Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
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.
Recombineering (recombination mediated genetic engineering) is a genetic and molecular biology technique based on homologous recombination systems, as opposed to the older/more common method of using restriction enzymes and ligases to combine DNA sequences in a specified order. Recombineering is widely used for bacterial genetics, in the generation of target vectors for making a conditional mouse knockout, and for modifying DNA of any source often contained on a bacterial artificial chromosome (BAC), among other applications.
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.
Although developed in bacteria, much of the inspiration for recombineering techniques came from methods first developed in Saccharomyces cerevisiae where a linear plasmid was used to target genes or clone genes off the chromosome. In addition, recombination with single strand oligonucleotides (oligos) was first shown in Saccharomyces cerevisiae. Recombination was observed to take place with oligonucleotides as short as 20 bases. Recombineering is based on homologous recombination in Escherichia coli mediated by bacteriophage proteins, either RecE/RecT from Rac prophage or Redαβδ from bacteriophage lambda. The lambda Red recombination system is now most commonly used and the first demonstrations of Red in vivo genetic engineering were independently made by Kenan Murphy and Francis Stewart. and gene/protein tagging (His tags etc., see ) is also common. For gene replacements or deletions, usually a cassette encoding a drug resistance gene is made by PCR using bi partite primers. These primers consist of (from 5’→3’) 50 bases of homology to the target region, where the cassette is to be inserted, followed by 20 bases to prime the drug resistant cassette. The exact junction sequence of the final construct is determined by primer design. These events typically occur at a frequency of approximately 104/108cells that survive electroporation. Electroporation is the method used to transform the linear substrate into the recombining cell.
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.
In some cases, one desires a deletion with no marker left behind, to make a gene fusion, or to make a point mutant in a gene. This can be done with two rounds of recombination. In the first stage of recombineering, a selection marker on a cassette is introduced to replace the region to be modified. In the second stage, a second counterselection marker (e. g. sacB) on the cassette is selected against following introduction of a target fragment containing the desired modification. Alternatively, the target fragment could be flanked by loxP or FRT sites, which could be removed later simply by the expression of the Cre or FLP recombinases, respectively. A novel selection marker "mFabI" was also developed to increase recombineering efficiency.
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.
Recombineering with ssDNA provided a breakthrough both in the efficiency of the reaction and the ease of making point mutations. This frequency is high enough that alterations can now be made without selection. With optimized protocols, over 50% of the cells that survive electroporation contain the desired change. Recombineering with ssDNA only requires the Red Beta protein; Exo, Gamma and the host recombination proteins are not required. As proteins homologous to Beta and RecT are found in many bacteria and bacteriophages (>100 as of February 2010), recombineering is likely to work in many different bacteria. Thus, recombineering with ssDNA is expanding the genetic tools available for research in a variety of organisms. To date, recombineering has been performed in E. coli, S. enterica, Y. pseudotuberculosis, S. cerevisiae and M. tuberculosis.
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.
In the year 2010, it has been demonstrated that ssDNA recombination can occur in the absence of known recombination functions. Recombinants were found at up to 104/108 viable cells. This Red independent activity has been demonstrated in P. syringae, E. coli, S. enterica serovar typhimurium and S. flexneria.
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.
The biggest advantage of recombineering is that it obviates the need for conveniently positioned restriction sites, whereas in conventional genetic engineering, DNA modification is often compromised by the availability of unique restriction sites. In engineering large constructs of >100 kb, such as the Bacterial Artificial Chromosomes (BACs), or chromosomes, recombineering has become a necessity. Recombineering can generate the desired modifications without leaving any 'footprints' behind. It also forgoes multiple cloning stages for generating intermediate vectors and therefore is used to modify DNA constructs in a relatively short time frame. The homology required is short enough that it can be generated in synthetic oligonucleotides and recombination with short oligonucleotides themselves is incredibly efficient. Recently, recombineering has been developed for high throughput DNA engineering applications termed 'recombineering pipelines'. Recombineering pipelines support the large scale production of BAC transgenes and gene targeting constructs for functional genomics programs such as EUCOMM (European Conditional Mouse Mutagenesis Consortium) and KOMP (Knock Out Mouse Program). Recombineering has also been automated, a process called "MAGE" Multiplex Automated Genome Engineering, in the Church lab. With the development of CRISPR technologies, construction of CRISPR interference strains in E. coli requires only one step oligo recombineering, providing a simple and easy to implement tool for gene expression control. "Recombineering tools" and laboratory protocols have also been implemented for a number of plant species. These tools and procedures are customizable, scalable, and freely available to all researchers.