Главная/Библиотека/Клонирование ДНК

Клонирование: вставить ген в бактерию

Клонирование ДНК — это наделать одинаковых копий гена, а часто и заставить бактерию производить нужный белок, например инсулин. Разберём конвейер: вырезать ген, вставить в плазмиду, подсадить бактериям и отобрать тех, кто взял вставку.

Биотех-методы · урок 3 рестриктазы · плазмида · кДНК ⏱ ~16 мин
Шаг 1 · вырезать

Молекулярные ножницы

Сначала нужный ген надо вырезать из ДНК. Это делают рестриктазы — ферменты, которые узнают конкретную короткую последовательность и режут ровно в этом месте. Двумя разными рестриктазами отрезают ген с обоих концов. На концах остаются короткие одноцепочечные «липкие» хвосты.

Шаг 2 · вставить

Вклеить ген в плазмиду

Дальше ген вклеивают в плазмиду — небольшую кольцевую ДНК бактерии, которая живёт отдельно от хромосомы и размножается вместе с клеткой. Липкие концы гена и плазмиды подобраны комплементарно, поэтому они стыкуются, а лигаза сшивает остов. Получается рекомбинантная ДНК — плазмида с чужим геном внутри.

ген —[рестриктазы]→ вырезан, липкие концы
плазмида (кольцо) + ген → стыковка по липким концам
—[лигаза]→ рекомбинантная плазмида
Шаг 3 · подсадить и отобрать

Тепловой шок и антибиотик

Плазмиду вводят в бактерии (обычно кишечную палочку) коротким тепловым шоком — часть клеток её захватывает. Но не все, и вот тут хитрость с отбором.

Приманка
В плазмиду заранее вставляют ещё и ген устойчивости к антибиотику.
Отбор
Бактерий растят на среде с антибиотиком. Выживают только те, кто взял плазмиду (у них есть устойчивость), остальные гибнут.
Результат
Колонии-выжившие несут наш ген. Бактерия размножается, копирует ген, а может и производить белок (тот же инсулин).
Тонкость с эукариотами

Зачем нужна кДНК

С человеческим геном есть подвох. В нём сидят интроны, а бактерия не умеет их вырезать — сплайсинга у неё нет. Если вставить ген как есть, белок выйдет неправильным.

Решение — кДНК (комплементарная ДНК). Фермент обратная транскриптаза снимает ДНК-копию с уже зрелой мРНК, где интроны уже вырезаны. Такая кДНК идёт без интронов, и бактерия прочитает её правильно.

Логика в одну строку

Зрелая мРНК уже без интронов → снимаем с неё ДНК-копию → получаем кДНК без интронов → её и вставляем в бактерию.

Ловушки

Где чаще всего спотыкаются

✗ «Рестриктаза режет ДНК где попало»
Она узнаёт конкретную последовательность и режет строго в этом месте.
✗ «Плазмида — часть хромосомы бактерии»
Это отдельная кольцевая ДНК вне хромосомы.
✗ «Все бактерии на чашке взяли плазмиду»
Нет. Поэтому кладут ген устойчивости к антибиотику и отбирают на среде с антибиотиком.
✗ «Эукариотический ген можно вставить в бактерию как есть»
У него интроны, а бактерия не сплайсит. Берут безынтронную кДНК.
Тренажёр рассуждений

Не угадать ответ, а построить его

Прочитай вопрос и подумай сам. Потом открывай по шагу, будто рядом преподаватель и спрашивает «а почему?».

Зачем в плазмиду кладут ген устойчивости к антибиотику?
Что после теплового шока?
Плазмиду захватывают не все бактерии.
Кому достаётся устойчивость?
Только тем, кто взял плазмиду.
Что даёт среда с антибиотиком?
Выживают только клетки с плазмидой, остальные гибнут.
Вывод. Это отбор: на чашке остаются только нужные колонии.
Показать следующий шаг →
Почему для человеческого инсулина в бактерии берут кДНК, а не сам ген?
Что в человеческом гене?
Есть интроны.
Что с бактерией?
Она не умеет вырезать интроны — сплайсинга у неё нет.
В чём решение?
Обратная транскриптаза делает ДНК-копию со зрелой мРНК → кДНК уже без интронов.
Вывод. Безынтронную кДНК бактерия прочитает правильно и сделает нужный белок.
Показать следующий шаг →
Мини-кейс

Собери завод инсулина

Компании нужно наладить выпуск человеческого инсулина. Химически синтезировать его дорого, поэтому решают заставить бактерии делать белок за них.

Как это устроить?
Какой ген взять?
кДНК инсулина — без интронов, чтобы бактерия прочитала правильно.
Как собрать плазмиду?
Рестриктазами и лигазой вшить кДНК в плазмиду с геном устойчивости к антибиотику.
Как размножить и отобрать?
Тепловой шок → бактерии берут плазмиду; растим на антибиотике, выживают нужные.
Вывод. Бактерии размножаются и экспрессируют ген, выделяя инсулин. Так получают рекомбинантный человеческий инсулин.
Показать следующий шаг →
Повторение

Закрепить с интервалами

Карточки подстраиваются под тебя: «легко» отодвигает повтор дальше, «снова» возвращает скоро. Прогресс хранится в браузере.

Куда дальше

Связи с другими темами

Клонировать научились

Дальше — как найти нужную ДНК, РНК или белок в смеси

В библиотеку →