Определение
Рекомбинантная ДНК является молекула ДНК, которая была модифицирована, чтобы включить гены из нескольких источников, либо через генетическая рекомбинация или с помощью лабораторных методов. В лаборатории, бактерии может быть трансформирован рекомбинантной ДНК. Генетическая рекомбинация происходит во время мейоз в процессе, известном как пересекая.
обзор
Рекомбинантная ДНК в эукариоты отвечает за увеличение генетического разнообразия. Аллели генов, которые ранее были связаны на хромосома может быть полностью перераспределен для создания новых комбинаций черт. Этот процесс происходит регулярно во время мейоза, чтобы смешать и сопоставить гены из отцовских и материнских источников.
В генная инженерия ученые используют рекомбинантную ДНК, созданную в лаборатории или извлеченную из организм добавить в геном другого организма. Из-за универсального дизайна ДНК, рекомбинантная ДНК не должна оставаться в том же самом вид, Это означает, что ученые могут легко добавлять гены одного вида в бактерии для производства продукта.
Например, инсулин регулярно производится с помощью рекомбинантной ДНК внутри бактерий. Человеческий инсулин ген вводится в плазмида, который затем вводится в бактериальный клетка, Затем бактерии будут использовать свои клеточные механизмы для производства белка инсулина, который можно собирать и распространять среди пациентов.
Примеры рекомбинантных ДНК
Мейоз у эукариот
Эукариотические организмы, которые проходят через половое размножение также должен пройти процесс мейоз, что уменьшает генетический материал, ведущий к оплодотворение, Во время мейоза хромосомы эукариот конденсируются и соединяются с гомологичны хромосома, Каждая пара гомологичные хромосомы представляет одну и ту же последовательность ДНК из разных родительских корней. Когда гомологи связаны во время мейоза, они могут обмениваться аналогичными последовательностями ДНК в процессе пересекая.
В то время как каждый организм имеет десятки тысяч генов, количество хромосом намного меньше. Это требует, чтобы в хромосоме было более одного гена, обычно сотни. Если бы генетическая рекомбинация не происходила, разнообразие между этими генами было бы ограничено.
Например, представьте, что в цвете шерсти есть только два аллеля. Население, черное и белое. Есть также два аллеля для цвета глаз, коричневый и синий. Если ген для цвета глаз и ген для цвета шерсти существуют в одной хромосоме, их называют связанные гены , Без рекомбинантной ДНК организм мог передавать только ту комбинацию аллелей, которая передавалась от его родителей.
Устойчивые к насекомым культуры
Генная инженерия и рекомбинантные ДНК широко используются в современном сельском хозяйстве. Веками фермеры пытались сделать свои посевы устойчивыми как к насекомым, так и к гербицидам, применяемым на сорняках. С появлением генной инженерии ученые могут идентифицировать и разделять гены, представляющие интерес, и помещать их в виды сельскохозяйственных культур.
Например, чтобы повысить устойчивость к насекомым, ученые поместили гены бактерий в ДНК кукурузы, хлопка и других культур. Выбранные ими гены продуцируют белок Bt. Этот белок смертелен для личинок насекомых, которые его едят. Ученые создают рекомбинантную ДНК из геномов этих бактерий. Новая ДНК затем вставляется в геном защищаемой культуры. Когда новые растения начинают расти, их клетки экспрессируют бактериальную ДНК и вырабатывается белок Bt.
Генная терапия
Серповидноклеточная анемия кровь расстройство, которое затрагивает многие миллионы людей во всем мире. На самом деле заболеваемость увеличилась, потому что в более мягких формах она обеспечивает устойчивость к малярии. Как и многие генетические нарушения, в настоящее время нет никакого лечения. Пациенты с серповидноклеточной анемией должны подвергаться различным опасным процедурам, чтобы продлить свою жизнь.
Тем не менее, генная терапия является новым медицинским методом, который использует рекомбинантную ДНК для восстановления функций клеток, пораженных генетическими нарушениями. Серповидноклеточная анемия была одним из первых заболеваний, которые удалось устранить с помощью генной терапии. Исследователи из Гарварда лечили мышей с серповидно-клеточными особенностями путем доставки ДНК для правильного образования клеток крови через измененный ВИЧ вирус, Поскольку ВИЧ обладает склонностью к иммунной системе, он легко депонировал рекомбинантную ДНК в стволовые клетки, взятые у хозяина.
Эта же концепция была использована у людей еще в 1990 году, хотя массовое лечение до сих пор не доступно. Использование вирусов с рекомбинантной ДНК является спорным вопросом, поскольку вирус может размножаться в окружающей среде с непреднамеренными последствиями. Хотя полные последствия этих действий неизвестны, их многочисленные преимущества продолжают оказывать давление на политиков и общественность в их принятии. С надлежащими рекомендациями технология рекомбинантной ДНК, несомненно, произойдет революция в мире в позитивном ключе.
Процесс рекомбинантной ДНК
Ученые регулярно используют рекомбинантную ДНК, чтобы добавить признаки к определенным видам бактерий или продуцировать организмы, которые имеют дополнительные признаки. Существует основной процесс получения рекомбинантной ДНК в клетки, хотя точный метод варьируется в зависимости от конкретного организма.
В общем, первая часть процесса включает создание плазмиды, которая содержит последовательность ДНК, которая будет добавлена в организм. Простейший организм для добавления рекомбинантной ДНК – это бактерии. Бактериальные клетки размножаются быстро, что дает много возможностей для рекомбинантной ДНК проникать в клетку и размножаться.
После создания плазмиды, содержащей рекомбинантную ДНК, ее необходимо добавить в клетки. Для этого клетки обычно нагревают до такой степени, что их клеточные мембраны становятся более проницаемыми. Некоторые клетки погибнут, но плазмида успешно проникнет в некоторые из присутствующих бактериальных клеток.
Последний процесс создания организмов с рекомбинантной ДНК – дать клеткам остыть и расти. Часто введенная плазмида также имеет ген, который позволяет бактериям пережить лечение антибиотиками. При выращивании трансформированных бактерий вводится антибиотик. Любые бактерии, которые выживают, являются теми, которые были трансформированы рекомбинантной ДНК. Теперь у них есть плазмида, которая включает в себя как рекомбинантную ДНК, так и ген устойчивости к антибиотикам.
Использование рекомбинантной ДНК
Ученые могут использовать эту функцию ДНК для много целей, Во-первых, любой интересующий ген может быть легко реплицирован путем вставки гена в бактериальную плазмиду и обеспечения нормального размножения бактерий. Плазмиды – это маленькие кольца ДНК. Если точная последовательность плазмида Известно, что ученый может разрезать кольцо, используя специальные белки, называемые рестриктазами.
Как только плазмида открыта, ген выбора может быть вставлен. Если присутствуют все правильные последовательности, бактерии, которые поглощают плазмиду, будут продуцировать белок, кодируемый рекомбинантной ДНК. Кроме того, когда бактерии размножаются, ген также размножается. Бактерии могут удвоить свою популяцию менее чем за час, что может привести к тому, что большие бактериальные популяции производят большое количество продукта для научных, медицинских или промышленных целей.