Молекулярная биология

В 1970-х годах исследователи обнаружили фермент под названием taq-полимераза в бактериях, обнаруженных в Йеллоустонском парке. Этот фермент имеет решающее значение для генной инженерии и молекулярной биологии. За прошедшие годы мы добились значительных успехов в понимании ДНК с помощью таких методов, как вырезание и вставка ДНК с использованием ферментов рестрикции, гель-электрофорез для упорядочивания фрагментов ДНК, ПЦР для получения точных копий ДНК и маркеров, которые идентифицируют определенные участки ДНК. В настоящее время мы можем упорядочить все буквы в нашей ДНК, но все еще испытываем трудности с пониманием экспрессии генов.

Рестрикционные ферменты получают из бактерий в качестве защитного механизма от вирусов. Бактерии метилируют свою ДНК, чтобы защитить ее, и вырабатывают рестрикционные ферменты, которые специфически разрезают чужеродную ДНК, такую как вирусная ДНК. Одним из распространенных рестрикционных ферментов является Eco R1, который расщепляет определенную последовательность в ДНК. При разрезании образуются фрагменты, удерживаемые вместе водородными связями, известными как липкие концы.

Чтобы разделить ДНК в соответствии с ее длиной, мы можем использовать концепцию машин Пачинко. В этих вертикальных автоматах в Японии есть шарик, который отскакивает вниз, и если он достигает чашки на дне, вы получаете обратно еще больше шариков. Представьте, что вы опускаете в автомат один шарик и цепочку из восьми прикрепленных шариков. Одиночный шарик достигнет дна быстрее, чем цепочка, из-за наматывания и более медленного перемещения.

При гель-электрофорезе меньшие фрагменты ДНК перемещаются через гель быстрее, чем более крупные. Процесс включает в себя помещение образца ДНК в лунки с одной стороны геля и нанесение положительного заряда, чтобы притянуть к нему отрицательно заряженную ДНК. Сравнивая расстояния миграции, мы можем определить размеры фрагментов и их количество, используя лестницу с известными расстояниями или количествами.

Полимеразная цепная реакция, или ПЦР, - это метод, используемый для создания копий ДНК. Он был изобретен Кэри Муллисом во время езды на своем мотоцикле. При ПЦР праймер и нуклеотиды добавляются к ДНК в аппарате, который быстро нагревает и охлаждает ее. Полимераза Taq используется потому, что она может выдерживать высокие температуры. Этот процесс приводит к экспоненциальному росту нитей ДНК.

Секвенирование ДНК - это процесс определения порядка расположения нуклеотидов в молекуле ДНК. Это предполагает использование секвенсора ДНК, который работает аналогично ПЦР-аппарату. Последовательность определяется путем добавления определенных окрашенных дидезоксинуклеотидов, которые останавливают последовательность в определенных точках. Затем используется гель-электрофорез для разделения и анализа этих фрагментов в зависимости от их длины.