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制限酵素を使用して組換え DNA を作成する方法

組換え DNA は、2 つ以上の種の DNA を組み合わせることによって生成される人工的なタイプの DNA です。組換え DNA を作成するプロセスは、分子クローニングとして知られています。分子クローニングの基本的な手順には、DNA の分離、DNA の切断、DNA の結合、組換え DNA の増幅が含まれます。目的の遺伝子は、目的の遺伝子のキャリア分子として機能するベクターに挿入されます。ベクターは、目的の遺伝子とともに、組換え DNA と呼ばれます。 遺伝子クローニングにおける制限酵素の主な役割は、DNA の切断です。 制限酵素を DNA 操作に適したものにする重要な特徴は、特定の標的で DNA を切断することです。これにより、結合目的で目的の DNA フラグメントを生成できます。

対象となる主な分野

1.制限酵素とは
– 定義、プロパティ、役割
2.制限酵素を使用して組換え DNA を作成する方法
– 遺伝子クローニング、遺伝子クローニングにおける制限酵素の使用

重要な用語:DNA の切断、遺伝子クローニング、目的の遺伝子、分子クローニング、組換え DNA 技術、制限酵素、ベクター

制限酵素とは

制限酵素は、制限部位として知られる短い特定の DNA 配列を認識し、その部位で DNA を切断するエンドヌクレアーゼです。それらは、バクテリアによって生成される生化学的なハサミの一種です。制限酵素は細菌をバクテリオファージから守ります。これらの酵素は細菌から分離され、実験室で DNA を切断するために使用されます。制限酵素の作用は 図 1 に示されています。

図 1:HindIII のアクション

正確な位置で DNA を切断する制限酵素の能力により、研究者はゲノム DNA から遺伝子を含むフラグメントを分離することができます。これらのフラグメントをベクターに挿入して、組換え DNA 分子を生成することができます。

組換え DNA の作成に制限酵素を使用する方法

組換え DNA は、2 つ以上の種の DNA から構成される DNA 分子です。主に、ドナー種からの目的の遺伝子と、目的の遺伝子を宿主細胞に運ぶベクターが含まれます。組換え DNA 分子の生産の主なステップは、DNA の単離、制限酵素による消化、目的の遺伝子のベクターへのライゲーション、宿主細胞内での組換え DNA 分子の増幅です。全体のプロセスは分子クローニングとして知られています .分子クローニングは 図 2 に示されています .

図 2:分子クローニング

目的の遺伝子は、生物学的サンプルからゲノム DNA の形で最初に分離されるか、PCR によって増幅されます。場合によっては、目的の遺伝子がベクター内に存在することがあります。目的の遺伝子を宿主細胞に運ぶのに適したベクターに挿入するためには、母分子から切断する必要があります。制限酵素は、制限部位を認識してDNAを正確に切断するため、この目的に使用できます。目的の遺伝子とベクターを同じ制限酵素で消化することも、目的の遺伝子の両端を 2 つの制限酵素で消化することもできます。この消化により、目的の遺伝子をベクターにライゲーションするための適合末端が生成されます。 2 つの制限酵素による消化により、フラグメントを目的の方向にライゲーションできます。 ライゲーション後、得られた組換え DNA 分子はバクテリアに形質転換され、多数のコピーが生成されます。

結論

制限酵素は、制限部位と呼ばれる特定の場所で DNA を切断するエンドヌクレアーゼです。制限酵素の特性を利用して、DNA を正確な位置で切断することにより、組換え DNA 分子を生成できます。組換え DNA には、通常、ベクターに挿入された目的の遺伝子が含まれています。

参照:

1.「制限酵素の定義」。 MedicineNet、こちらから入手できます。
2.グリフィス、アンソニー JF. 「組み換えDNAを作る」遺伝子解析入門。第 7 版、米国国立医学図書館、1970 年 1 月 1 日、こちらから入手可能。

画像提供:

1. 「HindIII 制限部位と粘着末端ベクター」 Helixitta 著 – Commons Wikimedia 経由の自身の作品 (CC BY-SA 4.0)
2. Joyxiによる「構築」–コモンズウィキメディア経由の自身の作品(パブリックドメイン)


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