基因工程

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基因工程又叫做基因拼接技術或DNA重組技術。这種技術是在生物體外,通過對DNA分子進行人工“剪接”和“拼接”,對生物的基因進行改造和重新組合,然後導入受體細胞內進行無性繁殖,使重組基因在受體細胞內表達,産生出人類所需要的基因産物。

基因工程的第一步是獲得符合人類意願的基因“目的基因”,常用的工具酶是限制性內切酶,限制性內切酶的種類很多,但一種限制性內切只能識別一種特定的核苷酸序列,並且在特定切點上切割DNA分子,如從大腸杆菌中發現的一種限制性內切酶只能識別GATTC序列,並在G和A之間將这段序列切開。直接分離基因的最常用的方法是“鳥槍法”即用限制性內切酶將供體細胞中的DNA切成許多片段,將这些片段分別載入运載體,然後通過运載體分別轉入不同的受體細胞,讓供體細胞所提供的DNA(外源DNA)的所有片段分別在各個細胞中大量複制,從中找出含有基因的細胞,再用一定的方法把帶有目的基因的DNA片段分離出來。这種方法的優點是操作簡便,缺點是工作量大,具有一定的盲目性。在獲取真核細胞中的DNA時,“鳥槍法”就不太適用暸,原因是真核細胞的基因含有不表達的DNA片段,不能直接用于基因的擴增和表達,所以在獲取真核細胞中的基因時,常用的方法是人工合成基因的方法。人工合成基因的方法主要有兩條途徑:一是以目的基因轉錄成的mRNA爲模板,逆轉錄成互補的單鏈DNA,然後在酶的作用下合成雙鏈DNA,從而獲得所需要的基因;二是根據已知的蛋白質的氨基酸序列,推測出相應的 mRNA序列,然後按堿基互補配對原則,推測出它的結構基因的核苷酸序列,再通過化學的方法,以單核苷酸爲原料合成目的基因,如人的血紅蛋白基因胰島素基因等就是通過这種方法獲得的。

基因工程的第二步是把目的基因接到某種运載體上,常用的运載體是能夠和細菌共生的質粒等,具體做法是:先用限制性內切酶切斷目的基因,使其産生相同的黏性末。將切下的目的基因的片段插入到質粒的切口處,現再加人適量的DNA連接酶,質粒的黏性末端與目的基因DNA片段的黏性末端就會因堿基配對而結合,形成一個重組DNA分子。如人的胰島素基因質粒的結合就是通過这種方式實現的。

基因工程的第叁步是通過运載體把目的基因帶入某生物體內,並使它得到表達。在基因工程中常用的受體細胞有大腸杆菌、枯草杆菌、土壤農杆菌、動植物細胞等。目的基因導入受體細胞後,就可以隨著受體細胞的繁殖而複制。

基因工程的第四步是目的基因的檢測和表達。在基因工程的前叁步完成後,在全部受體細胞中,真正能夠攝入重組DNA分子的受體細胞是很少的。因此,必須通過一定的手段對細胞中是否導入暸目的基因進行檢測。檢測的方法有很多種,如大腸杆菌的某種質粒具有青黴素抗性基因,當这種質粒與外源DNA組合在一起形成重組質粒,並被轉入受體細胞後,就可以根據受體是否具有青黴素抗來判斷受體細胞是否獲得暸目的基因。

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