Введение

Рекомбинация (рекомбинация опосредованная генетической инженерией) - это метод генетической и молекулярной биологии, основанный на гомологичных системах рекомбинации, в отличие от более старого / более распространенного метода использования рестрикционных ферментов и лигаз для объединения последовательностей ДНК в определенном порядке. Рекомбинация широко используется в бактериальной генетике, в генерации целевых векторов для создания условного нокаута мыши и для модификации ДНК любого источника, часто содержащегося в бактериальной искусственной хромосоме (BAC), среди других приложений.

Разработка

Хотя они были разработаны в бактериях, большая часть вдохновения для рекомбинационных методов исходила из методов, впервые разработанных в Saccharomyces cerevisiae, где линейный плазмид использовался для нацеливания генов или клонирования генов с хромосомы. Кроме того, рекомбинация с одноцепочечными олигонуклеотидами (олиго) впервые была показана у Saccharomyces cerevisiae. Рекомбинация наблюдалась с олигонуклеотидами, имеющими всего 20 оснований. Рекомбинация основана на гомологичной рекомбинации в Escherichia coli, опосредованной белками бактериофагов, RecE/RecT от профага Rac или Redαβδ от бактериофага lambda. В настоящее время наиболее часто используется система рекомбинации ламбда-красного цвета, а первые демонстрации генетической инженерии красного цвета in vivo были независимо сделаны Кенаном Мерфи и Фрэнсисом Стюартом. и маркировка генов/белков (см. Его метки и т.д.) также распространены. Для замены или удаления генов обычно производится кассета с кодированием гена лекарственной резистентности с помощью ПЦР с использованием бипартитных праймеров. Эти праймеры состоят из (от 5→3) 50 оснований гомологии с целевой областью, куда должна быть вставлена кассета, а затем 20 оснований для праймера лекарственно-устойчивой кассеты. Точная последовательность соединений окончательной конструкции определяется дизайном праймера. Эти события обычно происходят с частотой приблизительно 104/108 клеток, которые выживают при электропорации. Электропорация - это метод, используемый для преобразования линейного субстрата в рекомбинирующую ячейку.

Техника отбора/контр-отбора

В некоторых случаях желательно удалить без остатка маркера, чтобы сделать слияние генов или сделать точечный мутант в гене. Это можно сделать с помощью двух раундов рекомбинации. На первом этапе рекомбинации на кассете вводится маркер отбора, который заменяет область, подлежащую модификации. На втором этапе второй маркер контраселекции (например, sacB) на кассете выбирается после введения целевого фрагмента, содержащего желаемую модификацию. В качестве альтернативы, целевой фрагмент может быть окружен локс-П или ФРТ-сайтами, которые могут быть удалены позже просто экспрессией рекомбиназ Cre или FLP соответственно. Также был разработан новый маркер отбора "mFabI" для повышения эффективности рекомбинации.

Рекомбинация с сссДНК

Рекомбинация с сссДНК обеспечила прорыв как в эффективности реакции, так и в простоте проведения точечных мутаций. Эта частота достаточно высока, чтобы изменения могли быть произведены без отбора. При оптимизированных протоколах более 50% клеток, которые выживают после электропорации, содержат желаемые изменения. Для рекомбинации с ssDNA требуется только белок красный бета; Экзо, гамма и белки рекомбинации хозяина не требуются. Поскольку белки, гомологичные Бета и RecT, обнаруживаются во многих бактериях и бактериофагах (>100 в феврале 2010 года), рекомбинация, вероятно, будет работать во многих различных бактериях. Таким образом, рекомбинация с сссДНК расширяет генетические инструменты, доступные для исследований в различных организмах. На сегодняшний день рекомбинация была проведена в E. coli, S. enterica, Y. pseudotuberculosis, S. cerevisiae и M. tuberculosis.

Рекомбинация, независимая от красного

В 2010 году было продемонстрировано, что рекомбинация ssDNA может происходить при отсутствии известных функций рекомбинации. Рекомбинанты были обнаружены в 104/108 жизнеспособных клеток. Эта независимая от красного активность была продемонстрирована в P. syringae, E. coli, S. enterica serovar typhimurium и S. flexneria.

Применения и преимущества рекомбинации

Наибольшее преимущество рекомбинации заключается в том, что она устраняет необходимость в удобно расположенных участках ограничения, тогда как в обычной генной инженерии модификация ДНК часто скомпрометирована наличием уникальных участков ограничения. В инженерных конструкциях больших размеров > 100 кб, таких как бактериальные искусственные хромосомы (BAC) или хромосомы, рекомбинация стала необходимостью. Рекомбинация может генерировать желаемые модификации, не оставляя никаких "отпечатков". Он также отказывается от нескольких стадий клонирования для генерации промежуточных векторов и поэтому используется для модификации конструкций ДНК в относительно короткие сроки. Требуемая гомология достаточно коротка, чтобы ее можно было получить в синтетических олигонуклеотидах, а рекомбинация с самими короткими олигонуклеотидами невероятно эффективна. Недавно рекомбинация была разработана для высокопроизводительных приложений ДНК-инженерии, называемых "рекомбинационными трубопроводами". Рекомбинирующие трубопроводы поддерживают крупномасштабное производство трансгенов BAC и конструкций генной таргетировки для программ функциональной геномики, таких как EUCOMM (Европейский консорциум условной мутагенезы мышей) и KOMP (программа выбивания мышей). Рекомбинация также была автоматизирована, процесс называется "MAGE" Многоплексная автоматизированная геномная инженерия, в лаборатории церкви. С развитием технологий CRISPR создание интерференционных штаммов CRISPR в E. coli требует только одного этапа рекомбинации олиго, обеспечивая простой и простой в реализации инструмент для контроля экспрессии генов. Для ряда видов растений также были применены "инструменты рекомбинации" и лабораторные протоколы. Эти инструменты и процедуры являются настраиваемыми, масштабируемыми и свободно доступными для всех исследователей.