分子遺傳學與生物技術

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簡介

基礎分子遺傳學研究為疾病診斷創造了全新的可能性。將研究成果轉化為工業實踐應用的潛力巨大。

分子遺傳學是生物學的一個分支，研究動物多樣性是如何由DNA分子結構或表達的差異產生的。在分子遺傳學中，基因篩選常被用於“研究”生物體基因組中基因的結構和/或功能。

細胞生物學、分子生物學、生物化學和生物技術，以及傳統的孟德爾遺傳學，為該研究領域奠定了基礎。研究人員尋找基因突變或有意導致基因異常，以將基因序列與特定症狀聯絡起來。

分子遺傳學是一種強大的工具，可以將突變與遺傳異常聯絡起來，有助於尋找多種遺傳疾病的治療方法和治癒方法。

中心法則

中心法則構成了所有遺傳學的基礎，對分子遺傳學的研究至關重要。根據中心法則，DNA自我複製，透過轉錄變成RNA，然後透過翻譯變成蛋白質。

遺傳密碼與中心法則一起被用來理解RNA是如何被翻譯成蛋白質的。DNA複製和從DNA到mRNA的轉錄發生在細胞核中，而RNA到蛋白質的翻譯發生在核糖體中。

構成遺傳密碼的四個鹼基對——腺嘌呤、胞嘧啶、鳥嘌呤和尿嘧啶——是冗餘的，這意味著這些鹼基對的不同組合（以三聯體形式讀取）產生相同的氨基酸。

分子遺傳學技術

遺傳學研究的重點是如何將生物特徵遺傳下來以及隨著時間的推移發生變化。我們已經提到，遺傳學研究可以在不直接檢查DNA的情況下進行。事實上，一些最優秀的遺傳學家依賴於表型、遺傳模式及其在精心設計的雜交中的比率的研究，而不是任何專門的DNA知識。

分離基因組DNA

目前，分子生物學經常與傳統遺傳學相結合，形成分子遺傳學，其中包括檢查生物體的DNA和其他分離的大分子。在分子遺傳學研究中，通常會分離和檢查來自特定基因的DNA或RNA轉錄物，使用各種技術。

透過PCR檢測特定序列

聚合酶鏈式反應（PCR）是一種在試管中複製DNA的技術。鏈式反應指的是該技術能夠利用每個新複製的雙螺旋作為模板合成兩個新的DNA雙螺旋，從而產生數百萬個DNA分子的複製的能力。在這裡，“聚合酶”指的是從細菌中分離和純化的DNA聚合酶酶。因此，PCR是一種非常有效擴增DNA的方法。

限制性酶切和DNA連線

在許多細菌中發現的酶可以在識別特定DNA序列後切割雙鏈DNA螺旋。這些酶被稱為位點特異性限制性內切酶，或簡稱“限制性酶”，它們自然作為細菌抵禦病毒和其他外源DNA來源的防禦機制的一部分。研究人員使用來自不同細菌物種的限制性酶，這些酶可以從各種商業來源獲得，在已知位點切割DNA。

克隆DNA

質粒是存在於多種細菌中的染色體外DNA成分。這些分子通常是環狀的、雙鏈的、很小的（幾千個鹼基對）、獨立的複製子，可以在細胞內大量存在。質粒可以在細菌交配過程中在野外交換，有時甚至在不同物種之間交換。質粒中經常發現致病性和耐藥性基因。

凝膠電泳

DNA溶液沒有顏色，看起來就像水一樣，除了在高濃度下會變得粘稠。為了找到和檢查DNA，已經開發了凝膠電泳等方法。

印跡和雜交

只有當大多數DNA分子大小相同（例如，在PCR反應後或質粒的限制性酶切後），電泳凝膠中的DNA條帶才會出現。有時，例如當染色體（基因組）DNA經歷限制性酶切時，酶切產物將包含大量不同大小的片段，並且看起來更像是DNA的連續塗抹而不是不同的條帶。

轉基因操作

利用生物技術，將外源DNA插入轉基因生物體中。因此，“外源DNA”（轉基因）被定義為來自同一物種的重組DNA，在被重新引入之前經歷了實驗室操作。術語基因修飾生物（GMO）和轉基因生物經常互換使用。

正向遺傳學

正向遺傳學是一種分子遺傳學技術，用於確定導致特定表型的基因或遺傳改變。在遺傳測試中，在使用誘變劑或轉座子產生隨機突變後，對人們進行所需性狀的測試。

誘變通常隨後進行二次實驗，即選擇。可以使用熒光報告基因或抗生素抗性基因來改變細胞，以便從非突變體中選擇出具有所需表型的突變體。

反向遺傳學

反向遺傳學指的是用於確定由感興趣基因的故意突變引起的表型的分子遺傳學技術。從表型中推斷出未突變基因版本的功能。

感興趣的基因可能會經歷隨機或有意的突變。突變可以是由於核苷酸新增或缺失引起的移碼突變，由於核苷酸替換引起的錯義突變，或者基因或基因區域的完全新增或缺失。