Введение
Конструкция ДНК – это искусственно созданный фрагмент ДНК, переносимый вектором, который может быть использован для введения генетического материала в целевую ткань или клетку. Конструкция ДНК содержит ДНК-вставку, называемую трансгеном, доставляемую с помощью вектора трансформации, который обеспечивает репликацию и/или экспрессию последовательности вставки в целевой клетке. Этот ген может быть клонирован из природного гена или синтезирован искусственно. Вектор может быть доставлен физическими, химическими или вирусными методами. Обычно векторы, используемые в конструкциях ДНК, содержат начало репликации, множественный сайт клонирования и селективный маркер. Конструкции ДНК могут быть размером от нескольких тысяч пар оснований (кбп) ДНК, несущих один ген, с использованием таких векторов, как плазмиды или бактериофаги, до сотен кбп для масштабных геномных исследований с использованием искусственной хромосомы. В 1982 году Джеффри Виейра и Йоахим Мессинг описали разработку векторов pUC, производных от M13mp7, которые состоят из множественного сайта клонирования и обеспечивают более эффективное секвенирование и клонирование с использованием набора универсальных праймеров M13. Три года спустя те же ученые разработали широко используемый в настоящее время плазмид pUC19.
Строительство
Ген в интересующей последовательности ДНК может быть клонирован из существующей последовательности или создан синтетически. Для клонирования природной последовательности в организме, ДНК организма сначала разрезается рестрикционными энзимами, которые распознают определенные последовательности ДНК и разрезают их вблизи целевого гена. Затем ген может быть амплифицирован с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР). Обычно этот процесс включает использование коротких последовательностей, известных как праймеры, для начальной гибридизации с целевой последовательностью; кроме того, точечные мутации могут быть внесены в последовательности праймеров и затем копироваться в каждом цикле для модификации целевой последовательности.
Способы доставки
Существует три основные категории доставки ДНК-конструкций: физическая, химическая и вирусная. Химические методы основаны на химических реакциях для доставки ДНК и включают трансформацию клеток, сделанных компетентными с помощью фосфата кальция, а также доставку с использованием липидных наночастиц. Вирусные методы используют различные вирусные векторы для доставки ДНК, такие как аденовирус, лентивирус и вирус простого герпеса.
Векторная структура
В дополнение к целевому гену, вектор содержит три важных элемента: начало репликации, селективный маркер и поликлонный сайт. Начало репликации – это последовательность ДНК, запускающая процесс репликации ДНК, позволяя вектору самовоспроизводиться. Поликлонный сайт содержит участки распознавания для нескольких рестрикционных ферментов, что облегчает встраивание различных последовательностей ДНК в вектор. Селективный маркер обеспечивает признак, по которому можно легко отобрать клетки-хозяева, чтобы определить, была ли трансформация успешной. Наиболее распространенными селективными маркерами являются гены устойчивости к антибиотикам, благодаря которым клетки-хозяева без вектора погибают в присутствии антибиотика, а выживают только клетки, содержащие вектор. Бактериальные плазмиды – это кольцевые молекулы ДНК, которые естественным образом реплицируются в бактериях. Векторы на основе бактериофагов – это вирусы, способные инфицировать бактерии и реплицировать свою ДНК. Фозмиды – это гибрид между бактериальными F-плазмидами и технологиями клонирования λ-фага. Вставки предварительно упаковываются в фаговые частицы, а затем вводятся в клетку-хозяина, имея возможность вмещать около 45 кб. Они обычно используются для создания геномных библиотек благодаря своей повышенной стабильности.
Приложения
Конструкции ДНК могут использоваться для производства белков, включая как природные, так и сконструированные мутантные белки. Эти белки могут быть использованы для создания терапевтических продуктов, таких как фармацевтические препараты и антитела. Конструкции ДНК также могут изменять уровни экспрессии других генов, экспрессируя регуляторные последовательности, такие как промоторы и ингибиторы. Помимо этого, конструкции ДНК могут применяться в исследовательских целях, например, для создания геномных библиотек, секвенирования клонированной ДНК и изучения экспрессии РНК и белков.