Амплификация специфической ДНК

С разработкой быстрых и недорогих методов химического синтеза фрагментов ДНК методология молекулярно-биологических исследований ДНК существенно изменилась. Химически синтезированные олигонуклеотиды можно использовать для конструирования целых генов или их фрагментов, для амплификации специфических фрагментов ДНК, для направленных мутаций изолированных ДНК, а также в качестве зондов при гибридизации и в качестве линкеров, облегчающих клонирование. [c.47]

Рис. 5-79. Очистка и амплификация специфической последовательности ДНК путем клонирования ДНК в бактериальных клетках.

Липкие концы различных молекул ДНК, расщепленных этим ферментом, могут вступать в комплементарное взаимодействие по четырем А—Т-парам. Рестрикционные эндонуклеазы различаются по тем сайтам в ДНК, которые они распознают и разрезают. Их можно использовать для различных целей. Однако наиболее распространенным этапом является их применение для амплификации специфической ДНК, что необходимо для определения нуклеотидных последовательностей фрагментов ДНК или для изучения механизмов [c.123]

Задача настоящей главы — подробно изложить суть новых методов, обсудить их преимущества и недостатки, рассмотреть некоторые модификации. Кроме того, мы на примерах покажем, как можно использовать предложенные нами методы для исследования фрагментов ДНК, полученных при амплификации специфических последовательностей в ходе полимеразной цепной реакции (ПЦР) [21—23]. [c.124]

В регуляции генной экспрессии в процессе развития иногда участвует запрограммированная амплификация специфических сегментов ДНК. Это четко показано для некоторых простейших, беспозвоночных и позвоночных. В каждом случае в результате амплификации в специфических клетках в определенный момент времени образуется огромное число генных копий, в результате чего синтезируется большое количество важного генного продукта. Однако молекулярные стратегии, используемые для амплификации в конкретных случаях, существенно различаются. [c.302]

Суть ПЦР состоит в циклическом удвоении (амплификации) определенного участка ДНК с помощью специфических праймеров (затравок) особых ферментов-полимераз. После первого цикла из одного фрагмента ДНК образуется два, после второго — четыре и далее увеличение количества ДНК идет в геометрической прогрессии. В конечном итоге, даже если в образце присутствовала всего одна молекула НК, образуется достаточное количество ДНК, чтобы ее можно было легко выявить обычными физико-химическими методами — хроматографией или электрофорезом. [c.93]

Использование специфических термостабильных ДНК-полиме-раз — Tth- и Taq-полимераз — выделенных из бактерий, живущих в гейзерах, позволило проводить амплификацию — множественную наработку любого фрагмента ДНК методом полимеразной цепной реакции (ПЦР). Метод ПЦР, в основу которого положена Г(яд -полимераза, не только упростил некоторые старые методики генной инженерии, но и позволил проводить молекулярное маркирование как отдельных генов, так и целых геномов. [c.24]

Один из основных путей адаптации организмов к изменяющимся условиям окружающей среды — регуля щя экспрессии генов. Этот процесс, детально изученный для бактерий и вирусов, заключается в специфическом взаимодействии определенных белков с различными участками ДНК, расположенными рядом с сайтами инициации транскрипции. Такие взаимодействия могут характеризоваться как позитивным (положительным), так и негативным (отрицательным) влиянием на уровень транскрипции. В эукариотических клетках используются и другие механизмы регуляции транскрипции. В контроле экспрессии генов могут участвовать амплификация, генные перестройки, переключение классов и посттранскрипционные модификации. [c.109]

Полимеразная цепная реакция, ПЦР (Polymerase hain rea tion) Метод амплификации специфического сегмента ДНК с помощью термостабильной ДНК-поли-меразы с использованием олигонуклеотидных ДНК-зондов, комплементарных последовательностям противоположных цепей ДНК, фланкирующим амплифицируемый сегмент. Процесс состоит из серии циклически повторяющихся реакций денатурации ДНК, отжига зондов, синтеза ДНК. [c.557]

Рис. 5-89. Полимеразная цепная реакция (ПЦР), используемая для амплификации специфических нуклеотидных последовательностей in vitro А Выделенную из клеток ДНК нагревают, чтобы разделить ее комплементарные цепи. Затем проводят отжиг этих цепей, добавив к ним избыток двух ДНК-олигонуклеотидов (по 15-20 нуклеотидов каждый), синтезированных химически с таким расчетом, чтобы они были комплементарны последовательностям, отделенным друг от друга расстоянием в X нуклеотидов (значение X варьирует от 50 до 2000). Эти два олигонуклеотида служат специфическими затравками для синтеза ДНК in vitro, катализируемого ДНК-полимеразой, которая копирует ДНК между соответствующими последовательностями. Б. Многократное повторение циклов реакции дает в итоге большое количество копий одного фрагмента

В последние годы появилась возможность вызывать амплификацию специфических областей генома культивируемых клеток м-пекопитаюших. В некоторых случаях последовательное применение увеличивающихся доз се-пективного агента приводит к амплификации специфического гена в несколько тысяч раз. Так, у онкологических больных, получавших метотрексат (противораковый препарат), развивалась устойчивость опухолевых клеток к этому лекарству. В основе этой лекарственной резистентности лежит амплификация гена дигидрофолатредуктазы, которая сама по себе является точкой приложения в терапевтическом действии метотрексата. Спонтанно произошедшая амплификация генов in vivo, т. е. в отсутствие экзогенных селективных агентов, может закрепиться в геноме при соответствующем давлении отбора. [c.121]

Несколько лет назад появилось сообщение о том, что важную роль в формировании памяти может ифать процесс обратной транскрипции. Авторы этого сообщения обнаружили, что в мозге и других тканях крыс присутствует РНК-зависимая ДНК-полимеразная активность. В гиппокампе крыс быстрообучаю-щейся генетической линии эта активность существенно выше, чем у крыс медленно обучающейся линии более того, процесс выработки пищедобывательного условного рефлекса сопровождается возрастанием этой активности в гиппокампе почти в два раза. По мнению авторов, роль обратной транскриптазы при формировании памягги может состоять в избирательной амплификации специфически активных при обучении генов. [c.389]

Имея исходно менее 1 мкг суммарной геномной ДНК позвоночных, в ПЦР можно получить несколько микрограмм специфического фрагмента. Хорошо амплифицируются фрагменты до 2000 п. н. (и несколько более длинные). В одной реакции можно амплифицировать одновременно и несколько фрагментов. Амплификация специфических фрагментов с помощью ПЦР мол<ет применяться и в диагностике, и при клонировании. Левинсон и Гит-шейер использовали амплифицированную в ПЦР геномную РНК и РНКазное расщепление для выявления однонуклеотидных замен в гене фактора VIII, обусловливающих Х-сцепленную гемофилию А человека [32]. В разделах, посвященных эксперимен- [c.139]

Амплификация генов. Среди повторяющихся последовательностей ДНК обнаружены сотни копий генов рибосомной и транспортной РНК. Такое количество копий генов в геноме гамет передается от поколения к поколению. В то же время обнаружена стимуляция амплификации специфических участков ДНК под влиянием внешних воздействий, например высоких доз лекарственных препаратов. Так, при лечении онкологических заболеваний у пациентов, получающих метотрексат — аналог фолиевой кислоты, в опухолевых клетках наблюдается многократная амплификация гена дигидрофолатредуктазы, на подавление активности которой направлено действие метотрексата. [c.83]

К другим запланированным перестройкам относятся процессы, с помощью которых прокариоты отвечают на изменение окружающей среды, дрожжевые клетки переключают тип спаривания, а трипаносомы уклоняются от иммунного ответа хозяина. В некоторых системах (гены рибосомных РНК Xenopus и гены, кодирующие белки хориона у D. melanogaster) для удовлетворения потребности в генных продуктах происходит массовая амплификация специфических генов. Известны случаи, когда, напротив, наблюдается массовая утрата ДНК. У некоторых простейших, например у Tetrahymena, геном зародышевой линии заключен в микронуклеус, а гены экспрессируются в соматическом макронуклеусе. При переходе в макронуклеус может утрачиваться 90% генома, поскольку из ДНК исключаются почти все повторяющиеся последовательности. У множества многоклеточных беспозвоночных, в том числе у некоторых нематод, насекомых и ракообразных, большая часть высокоповторяющихся последовательностей в соматических стволовых клетках утрачивается, но в клетках зародышевой линии сохраняется. Этот феномен впервые наблюдали под микроскопом в 1887 г. как димину-цию хромосом во время развития нематод. Таким образом, утверждение, что каждая клетка целого организма имеет ту же ДНК, что и оплодотворенное яйцо, из которого она возникла, не совсем верно. Тем не менее вклад специфических перестроек ДНК в процесс дифференцировки соматических клеток, по-видимому, невелик подавляющее большинство уже клонированных генов имеют одинаковую структуру и в клетках зародышевой линии, и в соматических клетках. [c.358]

Второй механизм онкогенеза — амплификация гена. Этот процесс повышает число копий онкогена в клетке в сотни раз, что ведёт к образованию большого количества соответствующих онкопротеинов. Амплификация специфических протоонкогенов — признак определённых опухолей (например, в мелкоклеточном раке легкого находят амплификацию С-тус, М-тус и Е-тус онкогенов). [c.217]

Рис. 5-79. Очистка н амплификация специфической последовательности Д1Ж путем клонирования ДНК в бактериальньк клетках

На з е развития методов молекулярного клонирования применение альтернативных способов амплификации специфических сегментов ДНК или РНК, присутствующих в больших популяциях молекул, казалось маловероятным. Однако в настоящее время такой метод разработан и широко используется. Он получил название полимеразной цяшой реакции (НЦР). С его помощью можно получать микрограммы ДНК-копии сегментов ДНК или РНК, даже когда они присутствуют в препарате в виде единственной молекулы. [c.360]

Специфическая ферментативная амплификация ДНК in vitro полимеразная цепная реакция [c.89]

Полимеразная цепная реакция (ПЦР) - это эффективный способ получения in vitro большого числа копий специфических нуклеотидных последовательностей. Их амплификация - иногда в миллионы раз - осуществляется в ходе трехэтапного циклического процесса. Для ПЦР необходимы 1) два синтетических олигонуклеотидных праймера (длиной примерно по 20 нуклеотидов), комплементарные участкам ДНК из противоположных цепей, фланкирующим последовательность-мишень их 3 -гидроксильные концы после отжига с ДНК должны быть ориентированы навстречу друг другу 2) ДНК-мишень длиной от 100 до -35 ООО п. п. 3) термостабильная ДНК-по-лимераза, которая не теряет своей активности при температуре 95° и выше 4) четыре дезокси-рибонуклеотида. [c.94]

Олигонуклеотид-направленный мутагенез с использованием ПЦР-амплификации Более простой и быстрый метод получения больших количеств мутантных генов, альтернативный системе с использованием фага М13, -сайт-специфический мутагенез в сочетании с полимеразной цепной реакцией (ПЦР). Один из вариантов этого подхода состоит в следующем. Ген-мишень встраивают в плазмидный вектор (рис. 8.4) и помещают препарат в две пробирки. В каждую из них добавляют по два специфических праймера для ПЦР 1 и 2 в одну пробирку, 3 и 4 - в другую. Праймеры 2 и 3 полностью комплементарны одному из участков клонированного гена или прилегающей к нему последовательности, а 1 и 3 комплементарны другому участку, но содержат один некомплементарный нуклеотид и гибридизуются с разными цепями, так что в результате происходит замена обоих нуклеотидов данной пары. Положение сайтов гибридизации праймеров 1 и 2 в одной пробирке и 3 и 4 - в другой таково, что ПЦР-продукты в разных пробирках имеют разные концы. По окончании ПЦР содержимое пробирок объединяют и проводят денатурацию, а затем ренатура-цию. Поскольку концы амплифицированных молекул ДНК из двух пробирок неодинаковы, одноцепочечные ДНК из разных пробирок ассоциируют с образованием кольцевьгх молекул с [c.163]

Рис. 19.6. Идентификация клеток, несущих трансген в специфическом сайте, при помощи ПЦР. А. В результате неспецифического встраивания векторной ДНК один из праймеров (Р2) не сможет гибридизоваться с участком хромосомы, находящимся на определенном расстоянии от места отжига праймера Р1, и фрагмента нужного размера при амплификации не образуется. Р1 гибридизуется с уникальным участком (118) встроенной ДНК, отсутствующим в хромосомной ДНК клетки-реципиента. Б. В результате гомологичной рекомбинации между участками НВ1 и НВ2 встраиваемой ДНК, с одной стороны, и комплементарными участками хромосомы С81 и С82, с другой, образуются участки, с которыми могут гибридизоваться оба праймера, Р1 и Р2, и которые находятся на определенном расстоянии друг от друга. В ходе ПЦР-амплификации синтезируются фрагменты одного размера, которые можно идентифицировать при помощи гель-электрофореза. Если ПЦР-продукт нужной длины образовался, значит трансген (ТО), находящийся между гомологичными участками (НВ1 и НВ2), встроился в определенный сайт хромосомы.

Рис. 20.21. Привязка маркера к специфическому хромосомному району с использованием делеционной панели гибридных клеток. А. Схематическое представление районов хромосомы, присутствующих в монохромосомном клеточном гибриде (А) и в клеточных линиях В—J делеционной панели гибридных клеток. Районы (с 1 по 10) определяются границами делеций в хромосомах делеционной панели. Закращенный прямоугольник - центромера каждой хромосомы. Б. Результаты ПЦР-амплификации ДНК гибридных клеточных линий (A-J) с использованием STS-маркеров (с STS-a по STS-e). Наличие или отсутствие ПЦР-продукта указано знаком плюс или минус соответственно. Данные о наличии или отсутствии ПЦР-продуктов клеточных линий делеционной панели с STS-маркером используются для определения хромосомного района, в котором находится STS. Например, STS-d отнесен к району 7, поскольку соответствующий ПЦР-продукт образуется при амплификации каждой клеточной линии делеционной панели, в которой присутствует район 7.

Метод ПЦР позволяет идентифицировать неизвестные микроорганизмы, находящиеся в природной пробе, без выделения чистых культур. Разработаны универсальные праймеры на бактерии, археи и эукариоты, которые дают возможность специфически амплифицировать последовательности этих трех групп микроорганизмов, разделить их с помощью ТССЕ/ООСЕ-методов и затем, после вторичной амплификации отдельных полос, получить почти полный профиль микробного сообщества с идентификацией отдельных филогенетических линий и классификацией микроорганизмов на основе последовательностей 168 рРНК. [c.256]

Доступность очищенных ДНК-полимераз и химически синтезированпых ДНК-олигоиуклеотидов сделала возможным быстрое клонирование специфических последовательностей ДНК вне живой клетки. Методика, известная под названием полимеразной цепной реакции (ПЦР), позволяет амплифицировать ДНК из какого-нибудь выбранного участка генома более чем в миллион раз, при условии, что нам известна хотя бы часть его нуклеотидной последовательности. Участки этой последовательности, окружающие выбранную для амплификации область, используют для того, чтобы приготовить по ним два синтетических ДНК-олигонуклеотида, каждый из которых комплементарен одной из двух цепей молекулы ДНК. Эти олигонуклеотиды служат затравками при синтезе ДНК in vitro катализируемом ДНК-полимеразой опи определяют концы получаемого фрагмента ДНК (рис. 5-89, AJ. [c.341]

Принцип методики ПЦР ясен из рис. 5-89, В. В каждом цикле реакции необходимо сначала кратковременное нагревание ДНК для разделения двух цепей двойной спирали (1-й этап) Последующее охлаждение ДНК в присутствии большого избытка двух упомянутых ДНК-олигонуклеотидов приводит к специфической гибридизации этих олигонуклеотидов с комплементарными последовательностями ДНК (2-й этап). После отжига смесь инкубируют с ДНК-полимеразой и четырьмя дезоксииуклеозидтрифосфатами, в результате чего избирательно синтезируются те участки ДНК, которые располагаются книзу от затравки (3-й этап). Для эффективной амплификации ДНК требуется от 20 до 30 циклов реакции В каждом последующем цикле количество ДНК по сравпепию с предыдущим циклом удваивается Отдельный цикл занимает около 5 мин, поэтому при автоматизации всей процедуры для бесклеточпого молекулярного клонирования какого-либо фрагмента ДНК требуется несколько часов, гогда как обычные процедуры клонирования растягиваются на несколько дней [c.341]

Например, многие из этих клеточных линий характеризуются избыточной экспрессией иротоонкогена туе или родственных ему генов N-тус и L-my . Часто это связано с амплификацией соответствующей области и проявляется в кариотипе как двойные минихромосомы или гомогенно окрашивающиеся хромосомные участки (рис. 21-31, см. также разд. 21.1.13). В этих же клетках гены семейства ras нередко претерпевают специфические точковые мутации. Амплификация гена туе всегда коррелирует с особенно быстрым ростом опухолевых клеток в культуре и с полным подавлением дифференцировки. Больных, имеющих опухоли с амплификацией этого гена, ждет особенно плохой прогноз. [c.478]

Альтернативные методы скрининга космидных библиотек, описанные в гл. 3, предполагают селекцию космидных клонов с использованием феномена гомологичной рекомбинации in vivo. Остальные главы книги посвящены вопросам, связанным с экспрессией клонированных генов. Для многих белков млекопитающих удалось осуществить высокопродуктивную внутриклеточную экспрессию в Е. oli. Однако гетерологические белки, локализующиеся в цитоплазме, часто образуют трудно растворимые агрегаты, что значительно осложняет получение нативного продукта. В гл. 4 описаны эффективные способы выделения активных растворимых продуктов из нерастворимых белков цитоплазмы Е. соИ. Вероятность деградации специфическими бактериальными протеиназами многих эукариотических белков, синтезируемых в Е. oli, может быть существенно снижена, если их экспрессировать в виде гибридных белков. Такие составные белки, в которых бактериальный компонент обычно представлен -галактозидазой, можно использовать в качестве иммуногенов для получения антисыворотки и моноклональных антител к клонированному эукариотическому белковому домену. Эти вопросы >ассматриваются в двух главах — одна посвящена получению поликлональной антисыворотки, а другая — методам гибридной технологии. В последующих главах книги описаны современные эукариотические экспрессирующие системы в гл. 7 — дрожжевая, далее в трех главах — системы на основе культивируемых клеток млекопитающих и трансгенные животные. В частности, описана система экспрессии с использованием векторов, которые несут гены, обеспечивающие возможность их индуцибельной амплификации это позволяет снимать токсическое действие антибиотиков, введенных в культуральную среду. Клонированные в таком векторе гены также [c.8]

Во всех известных на сегодняшний день случаях не только геномные копии, но и кДНК любого из этих генов в составе экспрессирующего вектора способны к амплификации в трансфицированных культивируемых клетках (см., например, [6—9,11,12]). Следовательно, вряд ли существует некая специфическая последовательность ДНК, ответственная за амплификацию. И хотя механизм этого явления изучен недостаточно полно, можно все-таки предположить, что в ходе селекции происходит лишь фиксирование определенных случайных событий амплификации, возникающих независимо с определенной частотой во всех пролиферирующих клеточных популяциях. Одна из гипотез связывает эти события с ошибками репликации ДНК [2]. С этой гипотезой согласуется наблюдение о том, что амплифицирующиеся участки хромосомной ДНК во всех случаях значительно превышают по размеру собственно кодирующую последовательность фермента (часто амплифицируются фрагменты длиной более 1000 т. п.н.). Точно так же при селекции на амплификацию клонированных генов увеличивается число копий и других последовательностей вектора — они тоже вовлекаются в амплификацию. [c.240]

В последнее время мы разработали систему амплификации вектора, основанную на использовании гена глутамин-синтетазы [gs) [17]. Глутамин — ключевой продукт многих катаболических и биосинтетических реакций клетки, необходимое количество которого должно либо поставляться в клетку извне — из культуральной среды, либо синтезироваться внутриклеточно из глу-тамата и аммиака в реакции, катализируемой глутамин-синте-тазой. Хотя известно несколько клеточных линий, нуждающихся в экзогенном глутамине (поскольку синтез глутамин-синтетазы у них нарушен), большинство культивируемых клеток, в том числе и клетки СН0-К1, могут обходиться без глутамина, если в среде есть глутамат. В этих условиях, естественно, активность глутамин-синтетазы является жизненно важной для клеткн и угнетение этого фермента специфическим ингибитором метио-нинсульфоксимином (МСКс, MSX) приводит к ее гибели. [c.251]

Оценить эффективность амплификации генов можно либо с помощью гибридизационных методов, позволяющих детектировать увеличение количества копий специфических последовательностей ДНК или мРНК, либо с помощью количественного анализа экспрессии белка. Наиболее информативно сравнение данных по всем трем контрольным параметрам (количества ДНК, РНК и белка), так как изменения этих параметров не всегда коррелируют друг с другом. Кроме того, полезную информацию может дать локализация амплифицированных последовательностей на метафазиых хромосомах с помощью гибридизации in situ например для оценки стабильности экспрессирующих клонов при культивировании в неселективных условиях. [c.262]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология