Кіріспе

Рекомбинация (рекомбинация арқылы генетикалық инженерия) - ДНК тізбектерін белгілі бір тәртіппен біріктіру үшін шектеу ферменттері мен лигазаларды пайдаланудың ескі / кең таралған әдісіне қарағанда, гомологты рекомбинация жүйелеріне негізделген генетикалық және молекулалық биология әдісі. Рекомбинация бактериялық генетикада, шартты тышқан нокаутын жасау үшін мақсатты векторларды өндіруде және бактериялық жасанды хромосомада (БАК) жиі кездесетін кез келген дереккөздің ДНК-сын өзгертуде кеңінен қолданылады.

Даму

Бактерияларда дамығанмен, рекомбинация әдістерінің көбі алғаш рет Saccharomyces cerevisiae-де жасалған әдістерден шықты, онда сызықтық плазмид гендерді нысанаға алу немесе гендерді хромосомадан клондау үшін пайдаланылды. Сонымен қатар, Saccharomyces cerevisiae тұқымдарында бірінші рет бір жікті олигонуклеотидтермен (олиго) рекомбинация көрсетілді. Рекомбинация 20 негізге дейінгі олигонуклеотидтермен жүзеге асады. Рекомбинация бактериофагтың ақуыздары арқылы Э. coli- дегі гомологтық рекомбинацияға негізделеді, Rac профагынан RecE/RecT немесе бактериофаг lambda- дан Redαβδ. Қазіргі кезде ең көп қолданылатын рекомбинациялық жүйе - Ламбда-Red, ал Red-дің in vivo гендік инженериясын алғаш рет Кенан Мерфи мен Фрэнсис Стюарт өз бетінше көрсетті. гендер мен белоктарды таңбалау (оның таңбалары және т.б. қараңыз) де кең таралған. Генді ауыстыру немесе жою үшін әдетте ПЦР-мен екі бөлікті праймерлерді қолдана отырып, дәріге қарсы гені бар кассета жасалады. Бұл праймерлер (5→3) касетке кіргізілетін мақсатты аймаққа гомологиясы бар 50 негізден тұрады, содан кейін дәріге төзімді касетке арналған 20 негізден тұрады. Соңғы конструкцияның дәл түйісу реті праймерлік жобамен анықталады. Бұл оқиғалар әдетте электропорациядан аман қалған клеткалардың шамамен 104/108 жиілігінде болады. Электропорация - сызықтық субстратты рекомбинациялық жасушаға түрлендіру үшін қолданылатын әдіс.

Таңдау/қайта таңдау әдісі

Кейбір жағдайларда, генді біріктіру үшін немесе гендегі нүктелі мутантты жасау үшін маркер қалдырмай өшіруді қалайды. Бұл екі рекомбинация раундымен орындалуы мүмкін. Рекомбинацияның бірінші кезеңінде өзгертілетін аймақтың орнына кассетаға селекциялық маркер енгізіледі. Екінші кезеңде кассетадағы екінші қарсы таңдау маркері (мысалы, sacB) қажетті модификацияны қамтитын мақсатты фрагмент енгізілгеннен кейін таңдалады. Яғни, мақсатты фрагментке локсП немесе ФРТ сайттары қосылуы мүмкін, олар кейіннен тек қана КРЕ немесе ФЛП рекомбиназаларының экспрессиясымен алынып тасталуы мүмкін. Рекомбинациялау тиімділігін арттыру үшін жаңа селекциялық маркер "mFabI" әзірленді.

ССДНҚ-мен қайта үйлесу

ssDNA-мен қайта үйлесу реакцияның тиімділігі мен нүктелік мутацияларды жасаудың оңайлығы жағынан да жаңа серпін берді. Бұл жиілік соншалықты жоғары, енді өзгерістерді таңдаусыз жасауға болады. Оптимизацияланған протоколдар арқылы электропорациядан аман қалған жасушалардың 50%-дан астамы қажетті өзгерістерді қамтиды. ssDNA-мен қайта үйлесу үшін тек қызыл бета ақуызды қажет етеді; Экзо, Гамма және қожайын рекомбинациялық ақуыздар қажет емес. Бета және RecT-ге гомологты ақуыздар көптеген бактериялар мен бактериофагтарда (>100, 2010 жылдың ақпан айына қарай) кездесетіндіктен, рекомбинация көптеген бактерияларда жұмыс істеуі мүмкін. Осылайша, ssDNA-мен қайта үйлесу әртүрлі организмдердегі зерттеулер үшін қол жетімді генетикалық құралдарды кеңейтеді. Осы уақытқа дейін рекомбинация E. coli, S. enterica, Y. pseudotuberculosis, S. cerevisiae және M. tuberculosis-те жүргізілген.

Қызыл тәуелсіз рекомбинация

2010 жылы ssDNA рекомбинациясы белгілі рекомбинациялық функциялар болмаған жағдайда да болуы мүмкін екені дәлелденді. Рекомбинациялар 104 / 108 өмір сүретін жасушаларда табылды. Қызылға тәуелсіз белсенділігі P. syringae, E. coli, S. enterica serovar typhimurium және S. flexneria бактерияларында дәлелденген.

Рекомбинацияның қолданылуы мен пайдасы

Рекомбинацияның ең үлкен артықшылығы - бұл ыңғайлы орналастырылған шектеу орындарының қажеттілігін болдырмайды, ал дәстүрлі гендік инженерияда ДНК-ны өзгерту жиі ерекше шектеу орындарының болуымен шектеледі. Инженерлік ірі конструкциялар >100 кб, мысалы, бактериялық жасанды хромосомалар (БАК) немесе хромосомалар, рекомбинациялау қажеттілікке айналды. Қайта біріктіру кез келген "жазық" қалдырмай, қажетті өзгерістерді туғыза алады. Ол сонымен қатар аралық векторларды өндіру үшін бірнеше клондау кезеңдерінен бас тартады және сондықтан салыстырмалы түрде қысқа мерзімде ДНК конструкцияларын өзгерту үшін қолданылады. Қажетті гомология синтетикалық олигонуклеотидтерде өндірілуі мүмкін және қысқа олигонуклеотидтермен рекомбинация өте тиімді. Жақында ДНК-ның жоғары өнімділік инженериясы үшін "рекомбинациялау құбырлары" деп аталатын рекомбинация әзірленді. Рекомбинациялық құбырлар EUCOMM (Еуропалық шартты тышқан мутагенезі консорциумы) және KOMP (Кноук-аут тышқан бағдарламасы) сияқты функционалдық геномика бағдарламалары үшін BAC трансгендер мен гендік мақсатты конструкциялардың кең ауқымды өндірісін қолдайды. Рекомбинация процесін автоматтандыру да қолға алынды, бұл процесс "MAGE" көпқабатты автоматтандырылған геномдық инженериясы деп аталады, ол Church зертханасында жүзеге асырылуда. CRISPR технологиясының дамуымен E. coli-да CRISPR интерференциялық штаммдарын құруға тек бір қадамдық олиго рекомбинация қажет, бұл гендік экспрессияны бақылаудың қарапайым және оңай іске асырылатын құралын қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, бірқатар өсімдік түрлеріне арналған "қайта үйлесімді құралдар" және зертханалық хаттамалар іске асырылды. Бұл құралдар мен процедуралар жекешелендіруге, масштабтауға және барлық зерттеушілерге тегін қол жетімді.