Кіріспе
Генетикалық материал фрагменттерінің жинағы. Молекулалық биологияда кітапхана – молекулалық клондау процесі арқылы микробтар популяциясында сақталып, көбейтілетін генетикалық материал фрагменттерінің жинағы. ДНК кітапханаларының түрлі түрлері бар, оның ішінде кДНК кітапханалары (кері транскрипцияланған РНК-дан жасалған), геномдық кітапханалар (геномдық ДНК-дан жасалған) және кездейсоқ мутанттық кітапханалар (балама нуклеотидтер немесе кодондар енгізілген de novo ген синтезі арқылы құрылатын). ДНК кітапханасы технологиясы – қазіргі молекулалық биологияның, генетикалық инженерияның және белок инженериясының маңызды құралы. Бұл кітапханалардың қолданылуы бастапқы ДНК фрагменттерінің көзіне байланысты. Кітапхана дайындауда қолданылатын клондау векторлары мен техникалар әртүрлі болуы мүмкін, бірақ әдетте әр ДНК фрагменті бірегей түрде клондау векторына енгізіледі, ал рекомбинантты ДНК молекулаларының жиынтығы бактериялар популяциясына (бактериялық жасанды хромосома немесе BAC кітапханасы) немесе ашытқыға жіберіледі, нәтижесінде әрбір организмде шамамен бір конструкция (вектор + енгізілім) болады. Организмдер популяциясы өскен кезде, олардың ішіндегі ДНК молекулалары көшіріліп, көбейтіледі (осылайша, "клондалады").
In molecular biology, a library is a collection of genetic material fragments that are stored and propagated in a population of microbes through the process of molecular cloning. There are different types of DNA libraries, including cDNA libraries (formed from reverse transcribed RNA), genomic libraries (formed from genomic DNA) and randomized mutant libraries (formed by de novo gene synthesis where alternative nucleotides or codons are incorporated). DNA library technology is a mainstay of current molecular biology, genetic engineering, and protein engineering, and the applications of these libraries depend on the source of the original DNA fragments. There are differences in the cloning vectors and techniques used in library preparation, but in general each DNA fragment is uniquely inserted into a cloning vector and the pool of recombinant DNA molecules is then transferred into a population of bacteria (a Bacterial Artificial Chromosome or BAC library) or yeast such that each organism contains on average one construct (vector + insert). As the population of organisms is grown in culture, the DNA molecules contained within them are copied and propagated (thus, "cloned").
Терминология
"Кітапхана" термині ДНК молекуласын клондау векторына енгізілген әрбір организмнен тұратын популяцияны, немесе клондалған вектор молекулаларының барлық жиынтығын білдіре алады.
Синтетикалық мутанттар кітапханалары
Жоғарыда сипатталған кітапхана түрлеріне қарамастан, вариантты гендер кітапханаларын жасау үшін әртүрлі жасанды әдістер бар. Гендегі өзгерістер кездейсоқ түрде қатеге бейім ПТР, ұқсас гендердің бөліктерін біріктіру үшін ДНК шайқауы, немесе инделдерді енгізу үшін транспозонға негізделген әдістер арқылы енгізілуі мүмкін. Балама ретінде, мутациялар де ново синтез немесе қанығу мутагенезі кезінде нақты кодондарға бағытталған түрде геннің бір немесе бірнеше нүктелік мутанттарын бақыланатын тәсілмен құру үшін қолданылуы мүмкін. Бұл нәтижесінде түпнұсқа геннің варианттарын көрсететін екі тізбекті ДНК молекулаларының қоспасы пайда болады. Осы кітапханалардан алынған экспрессияланған ақуыздар, жақсы қасиеттерге ие (мысалы, тұрақтылық, байланысу қабілеті немесе ферменттік белсенділік) варианттарды анықтау үшін тексерілуі мүмкін. Бұл ген варианттарын жасау және экспрессия өнімдерін бағытталған эволюция процесінде тексеру циклдарымен қайталана беруге болады.
ДНҚ алу
Егер mRNA кітапханасын жасасақ (яғни, cDNA клондары арқылы), толық ұзындығы бар mRNA-ны бөліп алу үшін бірнеше протокол бар. Геномдық ДНК (gDNA деп те аталады) кітапханалары үшін ДНК-ны алуға ДНК-ның мини-дайындамасы көмектесуі мүмкін.
Құрастыру
cDNA кітапханалары толық ұзындығындағы мРНК клондарының cDNA ретінде түсірілуін қамтамасыз ету үшін күтімді қажет етеді (кейін векторларға енгізілетін болады). Осы себепті, 1-ші және 2-ші сДНК тізбектерінің синтезін оңтайландыру және векторға бағытталған клонирлеуді жеңілдету үшін бірнеше протоколдар әзірленген. gDNA фрагменттері, алынған gDNA-дан ерекше емес, жиі кесетін рестрикциялық ферменттерді пайдалану арқылы жасалады.
Векторлар
Қызығушылық тудыратын нуклеотидтік тізбектер бактериялық жасушаларды жұқтыруға пайдаланылған плазмидтің немесе бактериофагтың геномына енгізілген кіріктірілімдер түрінде сақталады. Векторлар көбінесе бактериялық жасушаларда көбейтіледі, бірақ егер YAC (Ядролық жасанды хромосома) қолданса, ашытқы жасушаларын пайдалануға болады. Векторларды вирустарда да көбейтуге болады, бірақ бұл уақытты көп алады және қиынға соғуы мүмкін. Дегенмен, вирустарды (әсіресе фагтарды) пайдалану арқылы қол жеткізілетін жоғары трансфекция тиімділігі оларды векторды (лигацияланған кіріктіріліммен бірге) қаптау және одан кейін бактериялық (немесе ашытқы) жасушаға енгізу үшін тиімді етеді. Сонымен қатар, cDNA кітапханалары үшін Lambda Zap II фагы, ExAssist және 2 E. coli түрі қолданылатын жүйе әзірленген. Оның орнына loxP сайттары мен рекомбиназа ферментінің in vivo экспрессиясын пайдаланатын Cre Lox жүйесін де қолдануға болады. Бұл in vivo эксцизия жүйелерінің мысалдары. In vitro эксцизия көбінесе дәстүрлі шектеуші ферменттер мен клондау стратегияларын қолданатын субклондауды қамтиды. In vitro эксцизия көбірек уақытты талап етеді және in vivo эксцизия жүйелерімен салыстырғанда көбірек "қолмен" жұмыс жасау қажет болуы мүмкін. Екі жағдайда да жүйелер вектордың фагтан тірі жасушаға өтуіне мүмкіндік береді, онда вектор кітапхана қолданылғанға дейін көбейіп, таралады.
Кітапханаларды пайдалану
Бұл қызығушылық тудыратын тізбектерді "іріктеуді" қамтиды. Мұны жүзеге асырудың бірнеше мүмкін әдістері бар.