重组DNA：技术，应用和基础 - 生物学 - 2025

的重组DNA（rDNA的或基因）是在实验室中创建的，由感兴趣的组织的两个段进行积分的人造核酸分子。由于具有杂交特性，它也被称为嵌合DNA。在自然界中找不到这种类型的DNA。

产生它的基本方法包括：（a）选择目标DNA，并将其插入另一个DNA片段（通常是细菌质粒）中；（b）将该质粒引入细菌，（c）通过抗生素选择细菌，最后（d）表达基因。

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该技术利用了一套酶，可以根据研究人员的判断复制和粘贴特定的DNA片段。

在大多数情况下，重组技术的目标是表达分子生物学家期望用于未来研究或创造具有商业和治疗价值的蛋白质（例如人胰岛素，例如。

重组DNA技术的基础及其在基因工程中的应用

分子生物学的中心教条

我们知道的所有有机生物都有几个特征。其中之一是遗传物质的性质和蛋白质的制造方式-这一过程被称为分子生物学的中心“教条”。

除了几种病毒外，所有生物体都以DNA（脱氧核糖核酸）的形式存储遗传信息，该信息以非常紧凑和有组织的方式收集在细胞核中。

对于基因表达，DNA分子被转录成信使RNA，后者被翻译成氨基酸的语言，即蛋白质的组成部分。

什么是重组DNA？

在1970年代至1980年代之间，分子生物学家开始利用细胞内部自然发生的过程，并将其推断到实验室。

这样，可以将动物来源的基因（例如脊椎动物）插入细菌DNA的片段中。或者细菌的DNA可以与病毒DNA结合。因此，我们可以将重组DNA定义为由两种不同生物体的DNA组成的分子。

一旦创建了该杂种或重组分子，就可以表达目的基因。我们想用表达这个词来指代翻译成蛋白质的过程。

限制酶和连接酶：该过程的关键

开发重组DNA技术的关键要素是发现限制酶。

这些蛋白质分子具有将DNA（核酸酶）切割成特定序列的能力，可以用作“分子剪刀”。这些酶产生的片段称为限制性片段。

所述酶可以在靶序列中产生对称切割（在相同高度的两条链中）或不对称切割。限制酶作用的关键方面是，在切割链后，获得了“松散的边缘”，与相同酶切割的另一条边缘互补。

一些例子是ECOR 1和Sma1。目前已知超过200种类型的限制酶并且可以商购。

为了有用，剪刀必须随​​附胶水。DNA的这种密封作用（以前用限制性酶处理过）是通过连接酶进行的。

技术：如何在实验室中人工修饰生物的DNA？

下面我们将描述重组DNA技术所需的主要步骤。所有操作均由分子生物学实验室的专业人员进行。

什么是“克隆”？

在继续实验方案之前，我们必须注意，在分子生物学和生物技术中，术语“克隆”和动词“克隆”已被广泛使用。这可能导致混乱。

在这种情况下，我们不是在克隆整个生物（例如，著名的绵羊多莉），而是克隆DNA片段，而DNA可以是一个基因。也就是说，产生了该序列的许多拷贝-遗传上相同。

1.分离和获得DNA

第一步是确定要使用的顺序。这完全取决于研究人员及其工作目标。然后必须分离和纯化该DNA。实现此目的的方法和程序又取决于身体和组织。

通常，取一部分组织并在具有蛋白酶K（蛋白水解酶）的裂解缓冲液中进行处理，然后提取DNA。随后，遗传物质被破碎成小片段。

2.克隆载体

在准备步骤之后，研究人员试图将目的DNA片段引入克隆载体。从现在开始，我们将这一段称为DNA白DNA。

质粒

细菌来源的质粒中最常用的载体之一。质粒是细菌中天然存在的双链环状DNA分子。它们对细菌染色体是外来的-也就是说，它们是染色体外的，并且天然存在于这些原核生物中。

载体的基本要素是：（a）复制起点，允许DNA合成；（b）选择剂，它可以鉴定携带带有目标DNA的质粒的生物，例如对某些抗生素的抗性；（c）多克隆位点，在其中发现了将被限制酶识别的序列。

将实验室中第一个成功的重组DNA克隆到大肠杆菌中的质粒pSC101中。除了复制起点外，它还包含限制性酶EcoRI的限制性酶切位点和对抗生素具有抗性的基因。

使用前面部分所述的限制酶和连接酶的分子工具，将目标DNA插入质粒。

剩余向量类型

除质粒外，DNA还可插入其他载体，例如噬菌体λ，粘粒，YAC（酵母人工染色体），BAC（细菌人工染色体）和噬菌粒。

3.重组DNA的引入

一旦获得重组DNA分子（质粒或其他载体中的目的基因），就将其引入宿主或宿主生物中，该宿主或宿主生物可以是细菌。

为了将外源DNA引入细菌中，使用了一种称为细菌转化的技术，该生物经过二价阳离子处理，使其易于吸收DNA。

从方法上讲，我们不能保证培养物中100％的细菌有效吸收了我们的重组DNA分子。这是质粒中含有抗生素抗性的部分发挥作用的地方。

因此，已经吸收质粒的细菌将对某种抗生素具有抗性。要选择它们，只需使用上述抗生素并带走幸存者即可。

4.“收获”蛋白质

用我们的重组DNA选择细菌后，我们继续使用宿主的酶促机制来产生目标蛋白质产物。随着细菌的繁殖，质粒会传给它们的后代，因此在分裂过程中不会丢失。

该程序使用细菌作为一种蛋白质“工厂”。稍后我们将看到，这在开发有效的医学治疗中是非常相关的过程。

一旦准备好培养并且细菌产生了大量蛋白质，细胞就会被裂解或破坏。有多种生化技术可根据其理化特性纯化蛋白质。

在另一个实验环境中，我们可能对产生蛋白质不感兴趣，但是我们对获得DNA序列本身感兴趣。如果是这种情况，则该质粒将用于产生目的片段的多个拷贝，以便具有足够的靶DNA来进行相关实验。

应用领域

重组DNA技术为分子生物学，生物技术，医学和其他相关领域提供了无限的可能性。其最出色的应用如下。

基因分析

第一个应用与分子生物学实验室直接相关。重组DNA技术使研究人员能够了解基因的正常功能，并且所产生的蛋白质可用于进一步的研究。

制药业

使用重组DNA程序生产的蛋白质已在医学中得到应用。该领域中两个非常相关的例子是人胰岛素和生长激素，它们被用于缺乏这种蛋白质的患者。

多亏了重组DNA，这些蛋白才得以产生而无需从另一个人身上提取，这代表了其他方法上的复杂性和健康风险。这有助于改善无数患者的生活质量。

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