در این مطلب از شرکت بازگانی ثنا شیمی که فروش مواد شیمیایی آزمایشگاهی را انجام میدهد، می خواهیم موضوع کلونینگ مولکولی را بررسی کنیم. کلونینگ مولکولی یک تکنیک اساسی در آزمایشگاه های زیست شناسی مولکولی و بیوتکنولوژی است. کلونینگ یک روش مفید برای مطالعه یک ژن، اصلاح آن، معرفی مجدد ژن اصلاح شده به میزبان طبیعی یا میزبان دیگر، یا تولید پروتئین است.
کلونینگ مولکولی چیست؟
کلونینگ مولکولی (شبیه سازی مولکولی) مجموعه‌ای از روش‌های تجربی در زیست‌شناسی مولکولی است که برای جمع‌آوری مولکول‌های DNA نوترکیب و هدایت تکثیر آن‌ها در ارگانیسم‌های میزبان استفاده می‌شود. استفاده از کلمه کلونینگ یا شبیه سازی به این امر اشاره دارد که این کار شامل تکثیر یک مولکول برای تولید جمعیتی از سلول ها با مولکول های DNA یکسان است. کلونینگ مولکولی معمولاً از توالی‌های DNA از دو ارگانیسم مختلف استفاده می‌کند: گونه‌ای که منبع DNA برای کلونینگ است و گونه‌ای که به عنوان میزبان زنده برای همانندسازی DNA نوترکیب عمل می‌کند. روش‌های کلونینگ مولکولی در بسیاری از حوزه‌های معاصر زیست‌شناسی و پزشکی مدرن نقش اساسی دارند. روش‌های کلونینگ مولکولی در بسیاری از حوزه‌های معاصر زیست‌شناسی و پزشکی مدرن نقش اساسی دارند.
در یک آزمایش کلونینگ مولکولی معمولی، DNA مورد نیاز برای شبیه‌سازی از ارگانیسم مورد نظر به دست می‌آید، سپس با آنزیم‌هایی در لوله آزمایش برای تولید قطعات DNA کوچک‌تر تیمار می‌شود. پس از آن، این قطعات با DNA ناقل ترکیب می شوند تا مولکول های DNA نوترکیب تولید کنند. سپس DNA نوترکیب به ارگانیسم میزبان وارد می شود. این باعث ایجاد جمعیتی از ارگانیسم‌ها می‌شود که در آن مولکول‌های DNA نوترکیب همراه با DNA میزبان تکثیر می‌شوند. از آنجا که آنها حاوی قطعات DNA خارجی هستند، این میکروارگانیسم های تراریخته یا اصلاح شده ژنتیکی (GMO) هستند.
سپس این سلول منفرد می تواند به صورت تصاعدی منبسط شود تا مقدار زیادی باکتری تولید کند که هر کدام از آنها کپی هایی از مولکول نوترکیب اصلی دارند. بنابراین، هم جمعیت باکتری حاصل و هم مولکول DNA نوترکیب، معمولاً به عنوان “کلون” نامیده می شوند. به بیان دقیق، DNA نوترکیب به مولکول های DNA اشاره دارد، در حالی که کلونینگ مولکولی به روش های تجربی مورد استفاده برای جمع آوری آنها اشاره دارد. این ایده مطرح شد که توالی‌های مختلف DNA را می‌توان در یک پلاسمید وارد کرد و این توالی‌های خارجی به باکتری منتقل شده و به عنوان بخشی از پلاسمید هضم می‌شوند. یعنی این پلاسمیدها می توانند به عنوان وکتور کلونینگ برای حمل ژن ها عمل کنند.
کدام توالی‌های DNA شبیه‌سازی اش دشوار است؟
تقریباً هر توالی DNA را می توان شبیه سازی و تقویت کرد، اما عواملی وجود دارند که ممکن است موفقیت این فرآیند را محدود کنند. نمونه‌هایی از توالی‌های DNA که شبیه‌سازی آن‌ها دشوار است عبارتند از:
تکرارهای معکوس
مبدا همانندسازی
سانترومرها
تلومرها
همچنین هنگام قرار دادن توالی های DNA با اندازه بزرگ، شانس موفقیت کمتری وجود دارد.
با توجه بر این اصل که که ساختار شیمیایی DNA اساساً در همه موجودات زنده یکسان است. بنابراین، اگر هر قطعه ای از DNA از هر موجود زنده ای در قطعه DNA حاوی توالی های مولکولی مورد نیاز برای همانندسازی DNA وارد شود و DNA نوترکیب حاصل به ارگانیسمی که توالی های همانندسازی از آن به دست آمده اند وارد شود، DNA خارجی همراه با DNA سلول میزبان در ارگانیسم تراریخته همانند سازی خواهد شد.
درواقع کلونینگ مولکولی شبیه واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR) است که امکان تکثیر توالی DNA را فراهم می کند. تفاوت اساسی بین این دو روش این است که کلونینگ مولکولی شامل تکثیر DNA در یک میکروارگانیسم زنده است، در حالی که PCR، DNA را در یک محلول آزمایشگاهی بدون سلول های زنده تکثیر می کند.
۷ مرحله انجام کلونینگ مولکولی
در آزمایش‌های کلونینگ مولکولی استاندارد، کلونینگ هر قطعه DNA اساساً شامل هفت مرحله است:
انتخاب ارگانیسم میزبان و وکتور کلونینگ
تهیه DNA وکتور
آماده سازی DNA برای کلونینگ
ایجاد DNA نوترکیب
انتقال DNA نوترکیب به ارگانیسم میزبان
انتخاب موجودات حاوی DNA نوترکیب
غربالگری برای کلون هایی با DNA و خواص بیولوژیکی دلخواه
کاربردهای مهم کلونینگ مولکولی
شبیه سازی مولکولی مقدار نامحدودی از هر بخش DNA منفرد حاصل از هر ژنوم را در اختیار دانشمندان قرار می دهد که می توان برای طیف وسیعی از اهداف، در علوم زیستی پایه و کاربردی استفاده کرد. چند مورد از کاربردهای مهم به طور خلاصه عبارتند از:
سازماندهی ژنوم و بیان ژن
تولید پروتئین های نوترکیب
تولید موجودات تراریخته
ژن درمانی
سخن پایانی
در این مطلب به موضوع کلونینگ مولکولی پرداخته شد. کلونینگ مولکولی، اصطلاحی که به معنای ایجاد مولکول های DNA نوترکیب است، باعث پیشرفت در زمینه های مختلف علوم زیستی شده است.