DNA نوترکیب مولکول هایی هستند که توسط تکنیک های نوترکیب ژنتیکی آزمایشگاهی برای ترکیب مواد ژنتیکی از منابع متعدد تشکیل می شوند. این امکان وجود دارد زیرا مولکول های DNA همه موجودات دارای ساختار شیمیایی یکسانی هستند و فقط در توالی نوکلئوتیدی درون آن تفاوت دارند.
آفرینش
شبیه سازی مولکولی یک فرآیند آزمایشگاهی است که برای ایجاد DNA نوترکیب استفاده می شود. این یکی از دو روش پرکاربرد به همراه واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR) است. این به شما امکان می دهد همانندسازی هر توالی DNA خاصی را که توسط آزمایشگر انتخاب می شود کنترل کنید.
دو تفاوت اساسی بین روشهای DNA نوترکیب وجود دارد. یکی این است که شبیه سازی مولکولی شامل تکثیر در یک سلول زنده است، در حالی که PCR شامل شرایط آزمایشگاهی است. تفاوت دیگر این است که روش اول امکان برش و چسباندن توالی های DNA را می دهد، در حالی که روش دوم با کپی کردن ترتیب موجود بهبود می یابد.
وکتور DNA
دریافت DNA نوترکیب به یک ناقل شبیه سازی نیاز دارد. از پلاسمیدها یا ویروس ها مشتق شده و بخش نسبتاً کوچکی است. انتخاب ناقل برای شبیه‌سازی مولکولی به انتخاب ارگانیسم میزبان، اندازه DNA که باید شبیه‌سازی شود و اینکه آیا مولکول‌های خارجی باید بیان شوند، بستگی دارد. بخش‌ها را می‌توان با استفاده از روشهای مختلفی مانند شبیه‌سازی آنزیم محدود/لیگاز یا مونتاژ گیبسون ترکیب کرد.
Cloning
در پروتکل های استاندارد، شبیه سازی شامل هفت مرحله است.
- انتخاب ارگانیسم میزبان و ناقل شبیه سازی.
- به دست آوردن ناقل DNA.
- تشکیل DNA کلون شده.
- ایجاد DNA نوترکیب.
- معرفی آن به ارگانیسم میزبان.
- انتخاب موجودات حاوی آن.
- انتخاب کلون هایی با درج DNA و خواص بیولوژیکی دلخواه.
پس از پیوند به ارگانیسم میزبان، مولکول های خارجی موجود در ساختار نوترکیب ممکن است بیان شوند یا نشوند. بیان نیاز به بازسازی ژن برای شامل توالی هایی دارد که برای تولید DNA ضروری هستند. این توسط دستگاه ترجمه میزبان استفاده می شود.
چگونه کار می کند
DNA نوترکیب زمانی کار می کند که سلول میزبان پروتئینی از ژن های نوترکیب را بیان کند. بیان بستگی به احاطه ژن با مجموعه ای از سیگنال ها دارد که دستورالعمل هایی را برای رونویسی آن ارائه می دهد. آنها شامل پروموتر، اتصال ریبوزوم و پایان دهنده هستند.
مشکلات اگر ژن ایجاد شودحاوی اینترون ها یا سیگنال هایی است که به عنوان پایان دهنده برای میزبان باکتری عمل می کنند. این منجر به خاتمه زودرس می شود. پروتئین نوترکیب ممکن است به طور نامناسب پردازش، چین خورده یا تجزیه شود. تولید آن در سیستم های یوکاریوتی معمولا در مخمرها و قارچ های رشته ای اتفاق می افتد. استفاده از قفس حیوانات به دلیل نیاز به سطح نگهدارنده قوی برای بسیاری دشوار است.
خواص موجودات
ارگانیسم‌های حاوی مولکول‌های DNA نوترکیب فنوتیپ‌های ظاهراً طبیعی دارند. ظاهر، رفتار و متابولیسم آنها معمولاً تغییر نمی کند. تنها راه برای نشان دادن حضور توالی‌های نوترکیب، بررسی خود DNA با استفاده از آزمایش واکنش زنجیره‌ای پلیمراز است.
در برخی موارد، DNA نوترکیب می تواند اثرات مضری داشته باشد. این می تواند زمانی اتفاق بیفتد که قطعه آن حاوی یک پروموتر فعال در کنار یک ژن سلول میزبان که قبلاً خاموش بود قرار گیرد.
استفاده
فناوری DNA نوترکیب به طور گسترده در بیوتکنولوژی، پزشکی و تحقیقات استفاده می شود. پروتئین ها و سایر محصولات آن را می توان تقریباً در هر داروخانه غربی، کلینیک دامپزشکی، مطب پزشک، آزمایشگاه پزشکی یا بیولوژیکی یافت.
رایج ترین کاربرد در تحقیقات پایه است، جایی که فناوری برای بسیاری از کارهای امروزی در علوم زیستی و زیست پزشکی ضروری است. DNA نوترکیب برای شناسایی، نقشه برداری و توالی یابی ژن ها و تعیین آنها استفاده می شودکارکرد. پروب های rDNA برای تجزیه و تحلیل بیان ژن در سلول های منفرد و در بافت های کل موجودات استفاده می شود. پروتئین های نوترکیب به عنوان معرف در آزمایشات آزمایشگاهی استفاده می شوند. چند مثال خاص در زیر آورده شده است.
کیموزین نوترکیب
که در شیردان یافت می شود، کیموسین آنزیمی است که برای تهیه پنیر لازم است. این اولین افزودنی غذایی اصلاح شده ژنتیکی بود که در صنعت استفاده شد. آنزیم نوترکیب میکروبیولوژیکی تولید شده از نظر ساختاری مشابه آنزیم مشتق شده از گوساله ارزان‌تر است و در مقادیر بیشتری تولید می‌شود.
انسولین انسانی نوترکیب
برای درمان دیابت وابسته به انسولین عملاً جایگزین انسولین مشتق شده از منابع حیوانی (مانند خوک و گاو) شد. انسولین نوترکیب با وارد کردن ژن انسولین انسانی به باکتری‌های جنس Eterichia یا مخمر سنتز می‌شود.
هورمون رشد
برای بیمارانی تجویز می شود که غده هیپوفیز آنها هورمون رشد کافی برای حمایت از رشد طبیعی تولید نمی کند. قبل از اینکه هورمون رشد نوترکیب در دسترس قرار گیرد، از غده هیپوفیز اجساد به دست می آمد. این عمل ناایمن باعث شده است که برخی از بیماران به بیماری کروتسفلد-جاکوب مبتلا شوند.
فاکتور انعقاد نوترکیب
این یک پروتئین لخته کننده خون است که برای بیماران مبتلا به انواع هموفیلی با اختلالات خونریزی تجویز می شود. قادر به تولید نیستندفاکتور VIII به مقدار کافی قبل از توسعه فاکتور هشتم نوترکیب، این پروتئین با پردازش مقادیر زیادی خون انسان از چندین اهداکننده ساخته می‌شد. این امر خطر بسیار بالایی برای انتقال بیماری‌های عفونی دارد.
تشخیص عفونت HIV
هر یک از سه روش پرکاربرد برای تشخیص عفونت HIV با استفاده از DNA نوترکیب توسعه یافته است. آزمایش آنتی بادی از پروتئین او استفاده می کند. با استفاده از واکنش زنجیره ای پلیمراز رونویسی معکوس، وجود ماده ژنتیکی HIV را تشخیص می دهد. توسعه این آزمایش با شبیه‌سازی مولکولی و تعیین توالی ژنوم‌های HIV امکان‌پذیر شد.
