基因工程中使用的基本工具

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關鍵詞

重組DNA，基因工程，基因，基因克隆，基因操作。

介紹

產生重組DNA分子所需的必要基本工具包括酶、載體和宿主生物。基因工程中最重要的一些酶是限制性內切酶、DNA連線酶和鹼性磷酸酶等。每條DNA鏈包含數千個基因。基因工程是利用基因克隆和其他基因操作來分離特定基因並將其用於研究和其他目的的過程。

基因工程中使用的工具

下文將討論基因工程中常用的十種工具/酶。

聚合酶鏈式反應 (PCR)

PCR被稱為聚合酶鏈式反應。它之所以高效，是因為它能夠在25到75個迴圈中呈指數級地擴增DNA。一個迴圈只需要一分鐘，並且製造的每個新的DNA片段都可以作為新的模板。

限制性內切酶（分子剪刀）

限制性內切酶的發現對於蛋白質工程至關重要。這些酶根據核苷酸序列在特定位置切割DNA。已從許多不同的細菌菌株中分離出數百種不同的限制性內切酶，它們能夠在不同的位點切割DNA。用限制性內切酶切割的DNA會產生許多大小不同的較小片段。這些片段可以使用凝膠電泳或色譜法分離。

凝膠電泳

如果我們無法觀察DNA——也就是說，無法找到一種方法來檢視提取物中是否包含任何東西，或者切割後的片段大小——那麼從細胞培養物中純化DNA或使用限制性內切酶切割DNA就沒有多大用處。一種方法是使用凝膠電泳。凝膠用於各種用途，從觀察切割的DNA到檢測DNA插入和敲除。

DNA連線酶

通常需要連線兩條或多條單獨的DNA鏈，以建立重組鏈或閉合用限制性內切酶切割的環狀鏈。稱為DNA連線酶的酶可以在核苷酸鏈之間形成共價鍵。DNA聚合酶I和多核苷酸激酶在這過程中也很重要，分別用於填充缺口或磷酸化5'端。

鹼性磷酸酶

它是一種DNA修飾酶，在雙鏈DNA (dsDNA)或單鏈DNA (ssDNA)或RNA的5'末端新增或去除特定的磷酸基團。它可以防止自身連線。這種酶是從細菌和犢牛腸中純化的。

聚合酶

催化核酸分子合成的酶群統稱為聚合酶。以下列出了三種重要的聚合酶。

• DNA依賴性DNA聚合酶，從DNA複製DNA。
• RNA依賴性DNA聚合酶（逆轉錄酶），從RNA轉錄DNA。
• DNA依賴性RNA聚合酶，從DNA轉錄RNA。

載體

基因克隆實驗的另一個主要組成部分是載體，例如質粒。載體是一種能夠自我複製的小型DNA分子，用作DNA片段的攜帶者和轉運工具，將其插入其中進行克隆實驗。

選擇小型自複製DNA

不是細菌基因組一部分，但能夠自我複製的小型環狀DNA片段被稱為質粒。質粒通常用作在微生物之間轉運基因的載體。在生物技術中，一旦目標基因被擴增，並且基因和質粒都被限制性內切酶切割，它們就會被連線在一起，產生所謂的重組DNA。病毒（噬菌體）DNA也可以用作載體，餘粒體（含有噬菌體基因的重組質粒）也可以。

感受態宿主（用於重組DNA轉化）

重組DNA分子的繁殖必須在活體系統或宿主內部進行。許多型別的宿主細胞可用於基因克隆，包括大腸桿菌、酵母、動物或植物細胞，具體取決於實驗。大腸桿菌是最廣泛使用的生物體，因為它的基因構成已被廣泛研究，易於處理和培養，可以接受各種載體，並且其安全性也得到了研究。大腸桿菌作為宿主細胞的一個更重要的特點是，在最佳生長條件下，細胞每20分鐘分裂一次。由於DNA是親水分子，它不能穿過細胞膜，為了迫使細菌吸收質粒，細菌細胞必須首先被製備成感受態以吸收DNA。

選擇轉基因生物的方法

並非所有細胞在轉化過程中都會吸收DNA。因此，識別經歷轉化的細胞和未經歷轉化的細胞至關重要。通常，質粒攜帶抗生素抗性基因，並且轉基因細胞可以選擇性地表達這些基因，並在含有該抗生素的培養基上生長。替代選擇方法取決於其他報告蛋白的存在，例如x-gal/lacZ系統或綠色熒光蛋白，它們分別允許基於顏色和熒光進行選擇。

結論

如今，基因工程的產物在我們的日常生活中很常見。從我們的食物到我們使用的藥物，基因工程在我們日常生活中發揮著至關重要的作用。這是人類最偉大的成就之一。分子生物學是這個世界的未來。這項技術可以創造一個更完美的世界。分子生物學為更多的研究和發展研究創造了領域。