Varför används bakterier i rekombinant DNA-teknik

Rekombinant DNA-teknik är en metod för att ansluta DNA till två arter och införa det i en värdorganisme för att producera nya genetiska kombinationer. Laboratorieprocessen som används för att producera rekombinant DNA är molekylär kloning. PCR replikerar det önskade DNA-fragmentet som införs i en plasmid. Den rekombinerade plasmiden transformeras till en värdorganisme för att producera ett stort antal kopior av den rekombinerade plasmiden. Bakterier är värdorganismen som används i rekombinant DNA-teknik och det finns flera anledningar till användningen av dem som värd.

Viktiga områden som omfattas

1. Vad är rekombinant DNA-teknik
- Definition, Steg av processen
2. Varför används bakterier i rekombinant DNA-teknik
- Orsaker till användningen av bakterier som värdorganisme

Nyckelord: bakterier, molekylär kloning, tillväxthastighet, rekombinant DNA-teknik, PCR, plasmider, urval

Vad är rekombinant DNA-teknik

Rekombinant DNA-teknik är en molekylärbiologiteknik som används för att producera rekombinanta DNA-molekyler som bär den önskade egenskapen för en viss organism. Molekylär kloning är laboratorietekniken som används för att producera ett stort kopiantal rekombinant DNA kopplat med PCR. Processen med molekylär kloning består av sju steg som beskrivs nedan.

Val av värdorganisme och kloningsvektor - Värdorganismen är huvudsakligen bakterier. Valet av kloningsvektor beror på valet av värdorganismen, storleken på det främmande DNA-fragmentet och uttrycksnivån.
Framställning av vektor-DNA - Kloningsvektorn digereras med restriktionsenzymer för att göra kompatibla ändar med det främmande DNA-fragmentet.
Framställning av DNA som skall klonas - Det önskade DNA-fragmentet som skall klonas kan amplifieras genom PCR och digereras med restriktionsenzymerna för att alstra kompatibla ändar med kloningsvektorn.
Skapande av rekombinant DNA - Den uppdelade kloningsvektorn och PCR-fragmentet ligeras genom behandling med DNA-ligas.
Införande av rekombinant DNA i värdorganismen - De rekombinerade DNA-molekylerna transformeras till bakterier för att erhålla ett stort antal kopior.
Urval av transformerade organismer - en selekterbar markör såsom antibiotikaresistens kan användas för att selektera de transformerade bakterierna i en kultur.
Screening för kloner med önskat DNA - Det blåvita screeningssystemet, PCR, restriktionsfragmentanalys, nukleinsyrahybridisering, DNA-sekvensering och antikroppsprober kan användas för att screena klonerna med önskat DNA-fragment.

Stegen för rekombinant DNA-teknik visas i Figur 1.

Figur 1: Rekombinant DNA-teknik

Varför används bakterier i rekombinant DNA-teknik

Bakterier blir "fabriker" som producerar ett stort antal kopior av det rekombinanta DNA. Det finns flera skäl till användningen av bakterier som värd i den rekombinanta DNA-tekniken. Dom är;

Bakteriella celler är lätta att växa, underhålla och manipulera i ett laboratorium. Tillväxtkraven är enkla i bakterier och kan levereras i en petriskål. Tillväxtvillkoren kan tillhandahållas enkelt inuti en inkubator. De kan också tolerera främmande DNA inuti cellen.

De multiplicerar snabbt. Eftersom bakterier är små organismer växer de snabbt än komplexa celltyper. Deras andel av celldelning är hög.

De extrakromosomala elementen hos bakterier som är kända som plasmider kan manipuleras och kan användas som bärare av rekombinant DNA i celler. Plasmider kan isoleras från bakterier för att införa främmande DNA och sedan transformeras tillbaka till bakterier.

De klonade, rekombinanta plasmiderna kan lätt isoleras från bakterier. Plasmid-DNA kan isoleras genom enkla laboratorieprocesser genom bakteriell celllys.

Användningen av bakterier i rekombinant DNA-teknik visas i figur 2.

Figur 2: Användning av bakterier i rekombinant DNA-teknik

E coli är den allmänt använda typen av bakterier på grund av flera anledningar:

E coli genomet är väl studerat och är relativt enkelt. Det bär bara 4 400 gener. Dessutom förblir det haploid under hela livet. Därför är proteinteknik lätt med E coli som en enda genkopia finns att maskeras av platsriktad mutagenes.
Tillväxten av E. coli är hög. Den replikerar snabbt inom 20 minuter. Därför är det lätt att erhålla logfasen (mellanväg till maximal densitet).
Många E coli stammar är säkra att hantera med rimlig hygien.
Framställningen av kompetenta celler (cellerna som kan ta upp främmande DNA) och transformationen av rekombinanta molekyler är lätta med E coli.

Slutsats

Rekombinant DNA-teknik används för att införa önskade egenskaper hos organismer. Bakterier används som modeller i den rekombinanta DNA-tekniken på grund av många orsaker såsom lätt tillväxt och manipulation, snabbcellsdelning, enkelhet, förmåga att välja och skärma transformanter.

Referens:

1.Griffiths, Anthony JF. "Göra rekombinant DNA." En introduktion till genetisk analys. 7: e upplagan., U.S. National Library of Medicine, 1 Jan. 1970, Tillgänglig här.
2.Phillips, Theresa. "Top 6 Anledningar E. coli används för genkloning." Balansen, tillgänglig här.

Image Courtesy:

1. "OSC Microbio 12 01 MolCloning" av CNX OpenStax - (CC BY 4.0) via Wikimedia Commons
2. "Gene kloning" Av Kelvinsong - Egent arbete (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia

Vetenskap