Клониране на ДНК и рекомбинантна ДНК

Да поговорим малко за клонирането на ДНК.

То представлява създаването на идентични копия

на дадена част от ДНК.

Всъщност това е част от ДНК,

която зашифрова нещо, което ни е важно.

Това е ген, който ще се изрази като протеин.

който считаме за важен по някакъв начин.

Може би си чувал също термина клониране

например при войната на клонингите в "Междузвездни войни"

или овцата Доли.

И това е свързана идея.

Ако клонираш животно или организъм, например овца,

тогава създаваш животно,

което има точно същия генетичен материал като първото животно.

Но когато говорим за клониране на ДНК,

става дума за нещо по-просто.

Въпреки че, както ще видим, това също е изумително.

То е създаване на идентични копия на част от ДНК.

И как става това?

Да речем, че това е ДНК верига ето тук.

Рисувам я като дълга...

Тя е двойна спирала.

И ще го запиша.

Това е двойна нишка.

Не искам се затруднявам с

рисуването на множество нишки.

Всъщност, нека само нарисувам

двете вериги.

За да ни напомня.

Готово.

Това е двойната верига на ДНК.

И да речем, че тази част от ДНК

има ген, който искаме да клонираме.

Искаме да направим копия от това тук.

Ген за клониране.

Ген, който ще клонираме.

Първото нещо, което искаме да

направим, е да отрежем този ген по някакъв начин.

А това става, като

използваме рестрикционни ензими.

Има множество рестрикционни ензими.

Лично аз го намирам за невероятно, че

ние, като цивилизация, сме стигнали до

момент, в който можем да идентифицираме тези ензими.

Знаем в какви точки на ДНК те могат да се режат.

Те разпознават определени последователсности.

И можем да решим

кои рестрикционни ензими трябва да използваме,

за да отержем различни парченца от ДНК.

Стигнали сме до тази точка като цивилизация.

Така, използваме рестрикционни ензими.

Можем да използваме един такъв ензим.

Нека ползвам друг цвят.

Ензим, който се закача ето тук,

разпознава генетичната последователност точно тук

и срязва на точното място.

Това може да е един рестрикционен ензим ето тук.

И после можеш да използваш друг ензим,

който разпознава последователността за срязване

от другата страна.

Нека надпиша това.

Тези, тези неща тук

са рестрикционни ензими.

Рестрикционни ензими.

Така че,

след като си приложил рестрикционните ензими,

ще имаш само този ген.

Може би ще имаш малко остатъци от двете страни.

Но ще си отрязал основно гена.

След като си използвал рестрикционните ензими да отделиш гена,

ще искаш да го сложиш

в т.нар. плазмид.

Плазмид е парче генетичен материал,

който стои извън хромозомите,

но може да възпроизвежда

или с други думи – точно да копира,

едновременно с механизмите,

заедно с генетичната машина на организма.

Може дори да се изразява

като гените в организма,

които са в хромозомите. Да се изразяват.

Така, тук режем,

нека го запиша,

изрязваме гена

и после искаме да го сложим

в плазмид.

Плазмидите обикновено са кръгли ДНК.

Слагаме го в плазмида.

За да могат да си паснат,

често тези провисват тук.

Можеш да имаш увисване тук

и също от другата страна.

И плазмидът, който ползваме,

може да има комплементарни базови двойки над тези издадени участъци.

Което позволява по-лесно

да си взаимодействат.

Ако те имат тези издатини.

Поставяме това в плазмида.

И това е невероятно,

защото очевидно ДНК

не е нещо, което можем

да манипулираме с ръцете си,

подобно на рязане на нещо и лепене с тиксо.

Правиш тези разтвори

и прилагаш рестрикционните ензими.

Рестрикционните ензими просто

режат тези неща в големи обеми.

Сблъскват се по точния начин,

за да причинят реакция

и после взимаш тези гени

и ги слагаш в плазмидите,

които имат точните последователности на краищата си,

така че да си паснат.

И после слагаш ДНК-лигаза.

ДНК-лигаза,

която да свърже веригите

ето тук.

Споменахме ДНК-лигазата, когато учехме за репликацията.

Това е ДНК-лигаза,

представи си я като нещо,

което помага на слепването.

Сега имаме този плазмид

и искаме да го вкараме в организъм,

който може да произведе негови копия.

И организмът, който обикновено се използва,

е бактерия, по-точно E. coli.

И какво можем да направим?

Да речем, че имаме

шишенце ето тук.

Имаш шишенце и то е пълно с разтвор

с един куп ешерихия коли.

Ешерихия коли.

Реално няма да можеш да го видиш

но E. coli е в този разтвор.

И тогава ще сложиш плазмидите си,

които ще са още по-трудни за виждане,

в този разтвор. И искаме по някакъв начин

бактериите да запълнят плазмида.

Това обикновено става,

като се подаде някакъв шок в системата,

който кара бактериите да превземат плазмида.

Типичният шок е топлинен.

Не е напълно разбрано

как точно работи този топлинен шок.

Но работи.

И хората го използват от доста време насам.

Ако имаш бактерия

точно тук,

с нейната ДНК.

Това е нейният съществуващ генетичен материал,

ето тук. Нека го надпиша.

Това е бактерията.

И я слагаш в присъствието на нашите плазмиди.

Слагаш я при плазмидите

и прилагаш топлинния шок.

И част от тази бактерия ще поеме плазмида.

Ще погълне плазмида

по този начин – ще го

приеме.

Тогава какво следва?

После слагаш разтвора с бактериите

част от които са приели плазмидите,

в чинийка и ще се опиташ да отгледаш бактериите.

Нека нарисувам това тук.

Така, тук имаме чинийка,

в която да отгледаме бактериите.

Вътре има хранителни вещества,

върху които бактериите да растат.

Има нутриенти.

Нутриенти. И можеш да си кажеш:

"Добре,

значи слагаме това тук и куп бактерии си се развиват."

Ще видиш нещо подобно,

много, много, много клетки бактерии,

ще има колонии от бактерии.

Можеш да ги оставиш да си растат.

Но има един проблем,

защото споменах, че някои от бактериите

ще поемат плазмидите,

а други няма.

И няма да знаеш

кога тази бактерия,

продължавайки да се репродуцира, ще

формира някоя от тези колонии.

Това тук е колония, която ти харесва.

Това е добра колония.

Сложи тикче тук.

Но може би тази колония е формирана от първична бактерия

или от група бактерии, които не са приели плазмиди.

И няма да съдържа гена, който ни трябва.

Не искаш тази тук.

Как тогава селектираш бактериите,

които са приели плазмидите?

Освен гена, който те касае,

на който искаш да

направиш копия,

в плазмида добавяш

и ген, който отговаря за

антибиотична устойчивост

Така, имаш ген за антибиотична устойчивост тук.

По този начин само бактериите,

които са се свързали с плазмида,

ще имат тази устойчивост на антибиотици.

И мисля, че е невероятно, че човечеството е

способно да прави такива неща.

После в нутриентите

слагаш антибиотик.

Плюс антибиотик.

И тогава тази ще оцелее,

понеже има тази устойчивост.

Има гена, който позволява да не се влияе

от антибиотици.

А тези няма да оцелеят.

Те дори няма да се развият.

Няма да се развият,

защото хранителните вещества са

смесени с антибиотици.

И това е много готино нещо.

Стартирал си с гена, който те интересува,

изрязал си го и си го залепил върху плазмида.

Нека ги надпиша.

В плазмид, който също съдържа ген,

даващ антибиотична резистентност

на всяка бактерия, която приеме плазмида.

Слагаш тези плазмиди при бактериите

или подаваш някакъв вид шок –

може би топлинен шок, така че част от бактериите да го приеме.

И после бактериите започват да се размножават.

И като се размножават, произвеждат и плазмидите,

защото има устойчивост към антибиотици.

Те ще се развиват върху антибиотично-нутриенната смес.

А бактериите, които не са се свързали с плазмиди,

няма да се развият.

И по този начин можеш да вземеш това,

можеш да вземеш тази колония тук

и да я сложиш в друг разтвор

или да продължиш да я отглеждаш.

И така ще имаш множество копия на гена,

които са вътре в тези бактерии.

Следващият въпрос,

(тук опростявам нещата наистина много)

е как използваш тези

куп бактерии, с копия на гена

в тях?

Да кажем генът е за нещо, което искаш да произведеш,

например инсулин за диабет.

Всъщност можеш да изпозваш механизмите на тази бактерия.

Използвахме репродуктивните ѝ механизми

за копирането на генетичната информация.

Но можеш също да използваш производствените ѝ механизми

Можеш да кажеш, че

ще изрази своята ДНК,

но може да изрази и гените, които са на плазмида.

Всъщност точно това дава на бактерията

антибиотична резистентност.

Но ако този ген е, да речем, за инсулин,

тогава бактерията ще произведе голямо количество

инсулинови молекули,

които можеш да използваш по някакъв начин.

Няма да навлизам в детайли

как ще изкараш инсулина

и как можеш да го използваш.

Но няма нужда да казвам даже

колко готино е, че можем да стигнем дори дотук.