Введение

Коллекция общей геномической ДНК одного организма Геномическая библиотека - это коллекция перекрывающихся фрагментов ДНК, которые вместе составляют общую геномическую ДНК одного организма. ДНК хранится в популяции идентичных векторов, каждый из которых содержит разный вставку ДНК. Для того, чтобы создать геномную библиотеку, ДНК организма извлекается из клеток, а затем переваривается с помощью фермента ограничения, чтобы разрезать ДНК на фрагменты определенного размера. Затем фрагменты вставляются в вектор с помощью ДНК-лигазы. Далее, ДНК-вектор может быть принят организмом-хозяином, обычно популяцией Escherichia coli или дрожжей, причем каждая клетка содержит только одну молекулу-вектор. Использование клетки-хозяина для переноса вектора позволяет легко усиливать и извлекать конкретные клоны из библиотеки для анализа. Существует несколько видов векторов с различными вставными возможностями. Как правило, библиотеки, созданные из организмов с большими геномами, требуют векторов с большими вставками, таким образом, для создания библиотеки требуется меньше векторных молекул. Исследователи могут выбрать вектор, также учитывая идеальный размер вставки, чтобы найти желаемое количество клонов, необходимых для полного охвата генома. Геномические библиотеки обычно используются для приложений секвенирования. Они сыграли важную роль в секвенировании целого генома нескольких организмов, включая геном человека и несколько модельных организмов.

История

Первый полностью секвенированный геном на основе ДНК был достигнут двукратным лауреатом Нобелевской премии Фредериком Сэнгером в 1977 году. Сэнгер и его команда учёных создали библиотеку бактериофагов, phi X 174, для использования в секвенировании ДНК. Важность этого успеха способствовала постоянно растущему спросу на секвенирование геномов для исследования генной терапии. Теперь ученые могут каталогизировать полиморфизмы в геномах и исследовать те гены-кандидаты, которые способствуют таким заболеваниям, как болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, рассеянный склероз, ревматоидный артрит и диабет первого типа. Это связано с продвижением исследований широкой ассоциации генома от способности создавать и секвенировать геномные библиотеки. Предыдущие исследования связей и генов-кандидатов были одними из единственных подходов.

Строительство геномной библиотеки

Строительство геномной библиотеки включает в себя создание многих рекомбинантных молекул ДНК. Геномная ДНК организма извлекается, а затем переваривается с помощью фермента рестрикции. Для организмов с очень маленькими геномами (~10 кб) переваритые фрагменты можно разделить гелевым электрофорезом. Затем отделенные фрагменты могут быть отделены и клонированы в вектор отдельно. Однако, когда большой геном переваривается с помощью рестрикционного фермента, слишком много фрагментов, чтобы отдельно их вырезать. Весь набор фрагментов должен быть клонирован вместе с вектором, и после этого может произойти разделение клонов. В любом случае фрагменты связываются с вектором, который был переварит тем же ферментом рестрикции. Затем вектор, содержащий вставленные фрагменты геномной ДНК, может быть введен в организм-хозяин. Ниже приведена схема вышеуказанных шагов.

Определение титра библиотеки

После того, как геномная библиотека будет построена с помощью вирусного вектора, такого как лямбдафаг, можно определить титр библиотеки. Вычисление титра позволяет исследователям приблизительно определить, сколько инфекционных вирусных частиц было успешно создано в библиотеке. Для этого используются разбавления библиотеки для преобразования культур E. coli в известных концентрациях. Затем культуры помещают на агарные пластины и инкубируют на ночь. Количество вирусных бляшек подсчитывается и может быть использовано для расчета общего количества инфекционных вирусных частиц в библиотеке. Большинство вирусных векторов также содержат маркер, который позволяет отличать клоны, содержащие вставку, от тех, которые не имеют вставки. Это позволяет исследователям также определить процент инфекционных вирусных частиц, на самом деле содержащих фрагмент библиотеки. Аналогичный метод может быть использован для титрования геномных библиотек, сделанных с помощью невирусных векторов, таких как плазмиды и BAC. Для преобразования E. coli можно использовать тестовую лигацию библиотеки. Затем преобразование распределяется на агарные пластины и инкубируется в течение ночи. Титр преобразования определяется путем подсчета количества колоний, присутствующих на пластинах. Эти векторы обычно имеют выбираемый маркер, позволяющий дифференцировать клоны, содержащие вставку, от тех, которые этого не делают. Проводя этот тест, исследователи могут также определить эффективность лигации и внести необходимые коррективы, чтобы обеспечить желаемое количество клонов для библиотеки.

Библиотека скрининга

Для того, чтобы изолировать клоны, содержащие интересующие области из библиотеки, библиотека должна быть сначала отсечена. Один из методов скрининга - гибридизация. Каждая трансформированная клетка-хозяин библиотеки будет содержать только один вектор с одним вставкой ДНК. Вся библиотека может быть помещена на фильтр через носители. Фильтр и колонии подготавливаются к гибридизации, а затем помечаются зондом. Целевой вставка ДНК, представляющая интерес, может быть идентифицирована путем обнаружения, например, авторадиографией, из-за гибридизации с зондом, как показано ниже. Другой метод скрининга - полимеразная цепная реакция (ПЦР). Некоторые библиотеки хранятся как пулы клонов, и скрининг с помощью ПЦР является эффективным способом идентификации пулов, содержащих конкретные клоны.

Геномические исследования ассоциации

Исследования ассоциаций в широком масштабе генома являются общими приложениями для поиска конкретных целевых генов и полиморфизмов в человеческой расе. Международный проект HapMap был создан благодаря партнерству ученых и агентств из нескольких стран для каталогизации и использования этих данных. Целью данного проекта является сравнение генетических последовательностей различных индивидуумов для выявления сходств и различий в хромосомных областях. В целом, достижения в области создания библиотеки генома и секвенирования ДНК позволили эффективно обнаружить различные молекулярные цели. Применение этих особенностей с помощью таких эффективных методов может ускорить использование новых лекарственных препаратов.