Принципы клонирования

Цель данной главы заключается в том, чтобы дать некоторые простейшие указания, как осуществить инсерцию рестрикционного фрагмента ДНК в вектор для трансформации растений, и посвятить исследователя в основы технологии рекомбинантных ДНК. За более детальным разъяснением принципов клонирования генов и анализа последовательностей ДНК следует обратиться к литературным источникам, например [11, 39]. [c.35]

Контроль стабильности и копийности оказался важнейшим свойством центромеры дрожжей, на котором основан общий принцип клонирования дрожжевых центромер по признаку стабилизации ARS плазмид. [c.68]

По мере развития методов репродуктивной биологии млекопитающих и создания различных трансгенных животных становилось все более очевидным, что клонирование человека - дело не столь отдаленного будущего. Предположение стало реальностью в 1997 г., когда была клонирована овечка, названная Долли. Для этого использовалось ядро дифференцированной клетки донорной суягной овцы. Методический подход, который использовался при создании Долли, в принципе пригоден для получения клонов любых млекопитающих, в том числе и человека. И даже если он не оправдает себя применительно к млекопитающим других видов, по-видимому, не потребуется слишком много экспериментов, чтобы разработать подходящий метод. В результате клонирование человека тотчас станет предметом любой дискуссии, затрагивающей этические проблемы генетики и биологической медицины. [c.530]

Разработаны и применяются на практике основные принципы генетического клонирования животных, в том числе путем хирургического разделения ранних эмбрионов. [c.427]

ДНК области начала репликации может быть выделена благодаря ее способности поддерживать репликацию любой последовательности ДНК, к которой она присоединена. Принцип такого подхода состоит в клонировании ДНК из области, несущей точку начала репликации, в такой молекуле ДНК, которая имеет подходящие генетические маркеры, но утратила точку начала. Подобная реконструкция приведет к образованию плазмиды, способной автономно реплицироваться лишь в том случае, если ДНК из области точки начала репликации будет содержать все необходимые для функционирования последовательности. (Такой подход был использован для идентификации центромерной или теломерной ДНК у дрожжей по их влиянию на выживаемость плазмиды гл. 28.) [c.398]

Принцип этого метода прост. Рассмотрим его на конкретном примере картирования некоего фрагмента ДНК человека величиной 14,9 т.п.н., клонированного на фаговом векторе. Функция этого фрагмента ДНК не ясна. Известно, что он присутствует в количестве не более одной-двух копий на гаплоидный геном. Метафазные хромосомы человека, распределенные на стандартном предметном стекле, обрабатывали с целью удаления примесей связанной РНК и денатурации хромосомной ДНК. В качестве зонда использовали клонированный фрагмент ДНК, радиоактивно меченный ( Н) с помощью ник-трансляции. Пред- [c.314]

Клонирование того или иного гена начинается с создания библиотеки ДНК в вирусном или плазмидном векторе. Принципы, лежащие в основе клонирования генов, для обоих этих типов векторов одинаковы, хотя в деталях методы могут и различаться. Ради простоты мы в этой главе пренебрежем различиями и проиллюстрируем методы, о которых идет речь, применительно к плазмидам [c.327]

В качестве примера рассмотрим три системы регулируемой экспрессии рекомбинантных генов в клетках Е. соН, которые получили широкое распространение. В одном случае для контроля экспрессии клонированных генов используют хорошо изученную систему регуляторных элементов лактозного оперона [123], в другом - систему промотор-репрессор-оператор фага [124], в третьем - промоторы и РНК-полимеразы бактериофагов [125]. Принцип регуляции экспрессии рекомбинантных генов в первых двух случаях один и тот же. В векторные молекулы вводятся регуля- [c.108]

Синтез и клонирование рекомбинантных ДНК. Ген или его фрагмент, имеющий липкий конец, может по принципу комплементарности взаимодействовать с липким концом другого, не родственного ему фрагмента ДНК, полученным при действии на ДНК одной и той же рестриктазы (рис. 3.23). Фрагменты ковалентно соединяют друг с другом с помощью ДНК-лигазы и получают рекомбинантные (или гибридные) ДНК. [c.90]

Ннже будут описаны методы анализа макрокультур Т-клеток, специфически распознающих аитигены гнстосовместимостн, основанные иа принципе клонирования. Индивидуальные клоиы пролиферирующих Т клеток могут быть стимулированы в смешанной культуре лимфоцитов (СКЛ) уникальными илн общими антигенными детерминантами, экспрессированными иа поверхности клеток аллогенной селезенки. Путем повторной стимуляции можно получить большое количество клеток данного клона для серологического и биохимического анализа. [c.305]

Принцип клонирования в космидах, предложенный Дж. Коллинзом и Б. Хоном (1978 г.), приведен на рис. 2.20. Лигированию подвергается смесь молекул космидной и клонируемой [c.105]

Интерес общественности к возможности клонирования человека возник в 1960-х гг., после того как были проведены соответствующие эксперименты на лягушках и жабах. Эти исследования показали, что ядро оплодотворенной яйцеклетки можно заменить ядром недифференцированной клетки, и при этом эмбрион будет развиваться нормально. Таким образом, в принципе можно выделить ядра из недифференцированных клеток какого-либо организма, ввести их в оплодотворенные яйцеклетки того же самого организма и получить потомство с тем же генотипом, что и у родителя. Другими словами, каждый из организмов-потомков можно считать генетическим клоном исходного донорного организма. В 1960-е гг. казалось, что, несмотря на отсутствие технических возможностей, не составляет труда экстраполировать результаты клонирования лягушки на человека. В прессе появилось множество статей на эту тему, были даже написаны нучно-фантастические произведения. Один из рассказов был посвящен клонированию вероломно убитого президента США Джона Ф. Кеннеди, однако более популярной темой было клонирование злодеев. Произведения о клонировании человека были не только неправдоподобными, но и пропагандировали ошибочную и весьма опасную идею, что личностные особенности, характер и другие качества [c.529]

В качестве примера рассмотрим один из них. В его основу были положены модульный принцип конструирования ДНК и использование временных сайтов уникальных эндонуклеаз рестрикции для последовательного клонирования отдельных фрагментов и сборки целевого полинуклеотида. Дополнительные рест[ 1ктные сайты вводятся в последовательность гена в произвольно выбранные места. [c.373]

Научные работы относятся к биохимии и молекулярной биологии. Выполнил основополагающие исследования по выделению первого регуляторного белка, управляющего активностью лактозного гена (оперена), по изучению механизма специфического взаимодействия белков и ДНК, по установлению первичной структуры ряда ДНК, а также по клонированию гена— предшественника инсулина — и синтезу этого белка в бактериальной клетке. Совместно со своим сотрудником А. Мэксемом расщепил (1973) ДНК кишечной палочки посредством фермента — дезоксирибонуклеазы и выделил определенный участок (лак —оператор), который оказался двухцепочечным фрагментом, состоящим из 25 комплементарных пар оснований. Совместно с тем же сотрудником предложил (1977) один из удачных методов расшифровки первичной структуры ДНК, базирующийся на принципе локализации оснований по величине соответствующих фрагментов ДНК. [c.141]

Клонирование человеческого зародыша было проведено в США в 1993 г., однако клоны удалось довести до стадии всего нескольких клеток, т. е. показать, что в принципе это возможно. (В Великобритании клонирование человека было запрещено по этическим причинам.) Однако применительно к другим видам животных клонирование представляется перспективным. Можно, например, использовать зародыши животных на стадии нескольких клеток и, разделив такой зародыш на отдельные клетки, получить некоторое число идентичных близнецов. Этот процесс можно повторять многократно, потому что на этой стадии клеТки еще не достигают необратимой специализации. Таким образом можно создать множество идентичных копий одного животного, обладающего ценными признаками. Затем полученные зародыши можно пересадить в суррогатных матерей (реципиентов) для дальнейшего роста и — в конечном итоге — рожде- [c.46]

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]

При клоиироваиш ДНК фрагмент, содержащий изучаемый ген, выявляют обычно с помощью радиоактивного ДНК-зонда или, после экспрессии гена в клетке-хозяине, - с помощью антител, обнаруживающих кодируемый этим геном белок. Затем клеткам, несущим данный фрагмент ДНК, предоставляют возможность размножаться и нарабатывать большое количество копий как самого гена, так и молекул его продукта. Для генноинженерных задач нуклеотидную последовательность такого клонированного фрагмента ДНК изменяют, присоединяют к другой последовательности ДНК, а затем снова вводят в клетки. Сочетание клонирования ДНК с генной инженерией вооружает клеточного биолога очень мощным инструментом исследования. В принципе возможно сконструировать ген, кодирующий белок с любой желательной аминокислотной последовательностью, и присоединить его к такой промоторной последовательности ДНК, которая позволит контролировать время и тип экспрессии гена Этот новый ген можно ввести либо в клетки, выращиваемые в культуре, либо в клетки зародышевого пути мыши или плодовой мушки. У трансгенных животных эффект экспрессии включенного гена можно наблюдать на многих различных клетках и тканях. [c.343]

Первым ферментом, широко использовавшимся для синтеза РНК-зондов, стала РНК-полимераза фага SP6 [4]. Это в основном было обусловлено исключительно высокой стабильностью фермента и возможностью получать его в больших количествах с помощью простых методов — в отличие от ферментов фагов Т7 и ТЗ. Однако генетическая организация фагов Т7 и ТЗ исследована достаточно полно, что дало возможность получить их ферменты путем экспрессии клонированных генов, и сейчас они легко доступны. Принцип использования фаговых РНК-полимераз идентичен для всех трех ферментов (рис. 1.1). Обычно полимеразы применяются для транскрипции линейных матриц, но существует и другой подход, основанный на таком природном свойстве этих ферментов, как преждевременная тер-минацня цепи в присутствии низкой концентрации нуклеозид-трифосфатов. Достоинство этого подхода состоит в том, что он не требует линейной матрицы, однако получаемые при этом молекулы-зонды имеют разную длину, что делает их непригодными для работы при использовании приводимых здесь методик. [c.13]

Индукция профага приводит к упаковке космиды Кт , но не плазмиды Ар Однако если между фрагментами ДНК, клонированными в космиде и в плазмиде, имеется гомология, то между гомологичными последовательностями может с частотой 10 произойти рекомбинация, в результате которой оба вектора объединяются в одну крупную кольцевую космиду. Только в этом случае упаковка обеспечит возможность трансдукции обоих маркеров Д /п и Лр . Поэтому для клонирования какого-либо гена достаточно лишь вставить небольшой фрагмент его ДНК в плазмиду-зонд, содержащуюся в линии хелперных клеток, суперинфицировать их космидной библиотекой (упакованной, как указано в разд. 2.2.8.5), индуцировать профаг в хелперных клетках и высеять их на чашки с Km и Ар. Колонии с двойной лекарственной устойчивостью должны в принципе содержать ген, клонированный в космиде, в которую интегрировала плаз-мида-зонд. [c.62]

Принцип метода схематически показан на рис. 3.2. Космидные библиотеки, сконструированные в гесЛ -клетке, упаковывают в Я-частицы, чтобы получить лизат с высоким титром трансдуцирующих частиц. Аликвоты упакованной библиотеки используют затем для заражения гес+-клеток, в которые предварительно введена последовательность (или последовательности) -зонд, клонированная в плазмиде, не имеющей гомологии с космидным вектором. Через 30 мин — 2 ч, в течение которых должна произойти рекомбинация, космиды вновь упаковывают в фаговые частицы. Упакованные космиды используют для заражения гесЛ -хозяина, проводя селекцию по обоим маркерам лекарственной устойчивости — плазмидному и космидному. Поскольку плазмида не несет os-последовательностей, она будет перенесена в реципиентные клетки только в случае рекомбинации с гомологичной последовательностью в космидном клоне. Для того чтобы восстановить исходную космиду, можно вновь разделить два клопа в результате второго рекомбинационного события и после переноса в нового хозяина идентифицировать ревертантов на индикаторных чашках. Как будет сказано ниже, точное восстановление, однако, не всегда возможно (или желательно). [c.78]

Повлиять на наследуемые признаки можно в принципе на всех уровнях действия гена. Теоретически, наиболее полным было бы воздействие на уровне генетического материала-ДНК. Впервые перенос ДНК неполовым путем с помошью бактериофага (или другими способами) был продемонстрирован для бактерий. В настояшее время такой перенос становится возможным для высших организмов, включая клетки человека. Методы генной инженерии привлекли внимание широкой общественности, однако без достаточных оснований акцент в публикациях делался на клонировании и создании искусственных людей. В результате многие были напуганы последствиями генетических исследований человека вообще. В действительности же генная терапия некоторых менделирующих заболеваний в будущем может стать очень эффективной. В таком случае она займет достойное место в ряду различных терапевтических средств. Эту тему мы более подробно обсудим дальше, в разделе 9.2, посвященном генетическому будущему человечества. [c.61]

Простота, с которой можно получить четкие надежные данные, не прибегая к клонированию в бактериях, определяется 1) способностью ПЦР-затравок амплифицировать только интересующие последовательности (специфичность праймера) и 2) способом получения образца, приемлемого для секвенирования. Для прямого секвенирования продуктов ПЦР вполне пригоден химический метод (Максама — Гилберта). Мы рассмотрим здесь только наиболее распространенный метод Сэнгера, использующий нуклеотиды-терминаторы полимеразной реакции. Специфичность ПЦР-затравок в принципе определяет гомогенность амплифицируемых последовательностей. В идеале, в результате реакции экспоненциально наращивается только интересующая последовательность. Однако в реальных условиях многие праймеры амплифицируют также различные посторонние последовательности. Повышая температуру отжига в полимеразной реакции, это осложнение удается преодолеть [12]. К тому же для устранения затруднений, связанных со свойствами конкретной амплифицируемой последовательности, можно применить предварительную очистку интересующей последовательности электрофорезом в геле или использовать денатурирующий градиентный гель [15]. [c.185]

Результаты молекулярной гибридизации in situ могут быть достоверными только при условии высокой чистоты зондов поскольку метод основан на использовании избытка зонда, даже малейшие примеси могут принимать участие в гибридизации. Используя стандартные физические методы, можно получить зонды высокой чистоты для нуклеиновых кислот, имеющихся в избытке, таких как рибосомальная РНК. Однако относительно низкая концентрация большинства видов мРНК создает значительные трудности при использовании этих методов для получения зондов в чистом виде и в достаточном количестве. Проблема примесных последовательностей нуклеиновых кислот решается благодаря применению методов клонирования рекомбинантных ДНК в принципе эти методы могут быть использованы для получения зондов на любые интересующие вас гены или участки генома. [c.305]

Во избежание проблем, обусловленных ограниченностью числа хелперов и возникновением супрессорных реакций, мы разработали метод поликлональной активации В-клеток, основанный на использовании клонированных популяций Т-хелпе-ров, специфических по отношению к аллогенным антигенам гистосовместимости класса II. Аллореактивные Т-клетки были выбраны потому, что они в принципе способны взаимодействовать со всеми В-клетками независимо от их антигенной специ- фичности. В силу этого отпадает необходимость введения в си- стему чужеродного антигена, который мог бы исказить поли-клональность В-клеточного ответа. [c.269]

В первом томе монографии рассмотрены современные методические подходы, используемые в генной и белковой инженерии для создания рекомбинантных ДНК и белков. Вначале обсуждаются основные принципы и методы генной инженерии, включая клонирование ДНК, создание клонотек нуклеотидных последовательностей и систем их экспрессии. Отдельная глава посвящена ПЦР и альтернативным способам амплификации ДНК. Во второй части описаны принципы методов, используемых при реализации двух основных направлений белковой инженерии рационального дизайна и направленной эволюции белковых молекул, в том числе, направленного и случайного мутагенеза, лигиро-вания синтезированных белков, фагового и рибосомного дисплеев и т.п. [c.4]

Интенсивные исследования последних лет принесли и продолжают приносить новые знания о механизмах, обеспечивающих высокоэффективную и высокоспецифическую экспрессию генов [15]. Эту информацию успешно используют для эффективной экспрессии рекомбинантных генов в гомологичном или гете-рологичном генетическом окружении [117]. После рассмотрения основных принципов конструирования векторов для клонирования ДНК можно перейти к обсуждению проблемы экспрессии клонированных генов в искусственных генетических системах. Именно экспрессия клонированных генов является одной из основных задач генной инженерии и биотехнологии. Действительно, функциональную роль отдельных генов и их частей в живом организме можно понять и оценить лишь на основании экспрессии этих последовательностей, т.е. по фенотипическому проявлению их потенциальных биологических возможностей. Кроме того, крупномасштабная наработка биотехнологических продуктов требует осуществления эффективной экспрессии конкретных генов в искусственно созданных условиях. Для получения полноценной экспрессии клонированных генов используют экспрессирующие векторные системы, принципы конструирования которых в настоящее время хорошо разработаны. [c.104]

Приведенные примеры четко демонстрируют роль двух основных факторов, оказывающих влияние на уровень экспрессии чужеродных клонированных генов, находящихся в составе экспрессирующих векторов в бактериальных клетках. Этими факторами являются, во-первых, оптимальная транскрипция клонированных генов и, во-вторых, эффективная трансляция транскрибированной мРНК. В обоих случаях наилучшие результаты могут быть получены при объединении в составе вектора структурной части клонированного чужеродного гена с генетическими элементами, регулирующими транскрипцию и трансляцию (промоторы, SD-последовательности и т.п.) бактериальных клеток-хозяев или их вирусов. Знание главных принципов, лежащих в основе регуляции транскрипции и трансляции, позволяет конструировать новые регуляторные последовательности (например, промотор Taq) путем объединения известных регуляторных элементов или использования искусственно синтезированных последовательностей нуклеотидов, представляющих собой усредненные канонические регуляторные последовательности, учитывающие особенности большого числа природных регуляторных элементов. Однако этими важными факторами не исчерпывается возможность оптимизации экспрессии рекомбинантных генов в чужеродном генетическом окружении. [c.114]

Все основные принципы, используемые при конструировании бактериальных векторов, применимы и для получения векторов эукариотических клеток. Как и в случае бактерий, эукариотический вектор представляет собой небольшую молекулу ДНК, способную автономно реплицироваться в клетках животных или растений. Помимо последовательностей нуклеотидов, обеспечи-ваюпдих репликацию, эукариотические векторы могут содержать гены, используемые в качестве селектируемых маркеров, а также один или несколько уникальных сайтов рестрикции, по которым производится встраивание клонируемых последовательностей нуклеотидов ДНК. Поскольку непосредственное клонирование рекомбинантных ДНК в клетках животных или растений было бы дорогостоящей и малоэффективной процедурой, эукариотические векторы используют, как правило, для получения экспрессии уже клонированных последовательностей нуклеотидов в клетках высших эукариот, а сам процесс клонирования проводят в бактериях. Следовательно, эукариотические векторы, помимо всего прочего, должны быть челночными векторами. Для экспрессии в клетках рекомбинантные ДНК помещают под контроль регуляторных элементов, узнаваемых и используемых ферментативными системами эукариотических клеток. [c.133]

Недавно разработанные системы направленного мутагенеза с использованием ПЦР и мегапраймеров позволяют существенно облегчить процесс получения мутаций, что достигается отказом от использования перекрывающихся мутантных праймеров для синтеза мутантных фрагментов ДНК [25, 26]. Принцип этого метода заключается в следующем (рис. 36,а). В первом раунде ПЦР синтезируют мутантный фрагмент ДНК, в который вводят мутации с помощью одного из праймеров (праймер М). Поскольку образующийся продукт ПЦР обладает значительными размерами (его допустимые размеры 70-800 п.о.) и используется в качестве праймера в следующем раунде ПЦР, он получил название мегапраймера. Фрагмент очищают электрофорезом в агарозном геле и используют в качестве праймера во втором раунде репликации со встречным праймером А. Праймеры А и В могут быть универсальными и содержат на своих 5 -концах сайты рестрикции для дальнейшего клонирования фрагмента. Конечный продукт ПЦР, образовавшийся после второго раунда амплификации, длина которого может быть в пределах 400-2500 и.о., после очистки и инкубации с соответствующими рестриктазами клонируют в подготовленном векторе, заменяя исходный фрагмент ДНК на мутантный, полученный с использованием мегапраймера. [c.298]

Важнейшую роль в структурных исследованиях генома играет изучение его полиморфизма. Этот раздел молекулярной генетики является основой для понимания принципов молекулярной эволюции, механизмов возникновения патологических мутаций, для оценки факторов риска при воздействии потенциальных токсических агентов окружающей среды на человеческий организм, наконец, для понимания основ различной индивидуальной восприимчивости лекарств. Эти исследования получили новый импульс с открытием полиморфных мини- и микросателлитов, которые позволили осуществить тонкое генетическое картирование генома и в конечном счете создать интегрированные карты генома, объединяющие физические и генетические карты генома человека в единую систему. Это в свою очередь привело к развитию методов позиционного клонирования, которые позволяют быстро клонировать гены, начав с исследования их сегрегации в семьях. [c.7]

Г. Представленные здесь данные, безусловно, согласуются с заключением, что мутация dun e изменяет сам структурный ген фосфодиэстеразы сАМР. Тем не менее возможны и другие интерпретации, в частности ген dun e мог бы кодировать регулятор транскрипции, который абсолютно необходим для экспрессии структурного гена фосфодиэстеразы. Избыточная экспрессия такого фактора (при дупликации) могла бы вызвать усиление экспрессии гена фосфодиэстеразы, и, наоборот, отсутствие фактора в результате делеции сделало бы экспрессию структурного гена невозможной. Эта гипотеза позитивного регулятора транскрипции в принципе объясняет приведенные экспериментальные данные, однако в настоящее время ген dun e клонирован и секвенирован его последовательность обнаруживает сильную гомологию с другими генами фосфодиэстераз, и, судя по всему, он и представляет собой структурный ген фосфодиэстеразы сАМР. [c.467]

Хотя сам принцип специфической терминации, положенный в основу первоначального метода секвенирования ДНК с помопц.ю дидезок-ситерминаторов, остался неизменным, само секвенирование ДНК по Сэнгеру все же стало в значительной степени другим. Причем для описания всех этих последовательных усовершенствований одной главы оказалось недостаточно и, кроме главы 2, целиком посвященной этому методу, еще ряд глав (глава 3. ПЦР-секвенирование ДНК глава 9. Автоматическое секвенирование ДНК) имеют к ферментативному методу секвенирования ДНК самое непосредственное отношение. Разработки векторов для молекулярного клонирования и стратегий секвенирования (главы 7 и 8 соответственно) также в большей степени ориентированы на ферментативное секвенирование. В связи с разделением нами в главе 7 векторов для молекулярного клонирования на несколько поколений следует отметить, что оно, конечно же, условно хотя бы по той причине, что огромная группа специализированных векторов оказалась не включенной в приведенную схему. Подробное рассмотрение стратегий секвенирования объясняется тем, что именно от их выбора часто зависит общая производительность метода секвенирования ДНК. [c.10]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология