克隆和分子生物学有什么区别?
引言
克隆是指产生遗传上相同的个体群体的过程,这种过程在自然界中存在,例如细菌、真菌、昆虫或植物等生物进行无性繁殖时。例如各种树木,如榛树、蓝莓植物和美国枫香树。在生物技术中,克隆是指用于创建DNA片段(分子克隆)、细胞(细胞克隆)或生物体的副本的过程。
该术语还指对产品(例如数字媒体或软件)进行多次复制。克隆可以是自然的或人工的。自然发生的克隆的例子包括植物的营养繁殖,例如通过无融合生殖产生多个遗传上相同的植物的水葫芦,细菌的二元裂变以及某些动物的孤雌生殖。克隆也可以通过人工手段产生。
通过操作程序或生物技术进行多次复制是人工克隆,例如分子克隆,其中产生特定基因片段的副本。细胞克隆,在细胞培养物中产生具有与原始细胞完全相同的遗传含量的单细胞生物体。生物体克隆或生殖克隆,其中通常通过体细胞核移植创建多细胞克隆。
分子生物学克隆通常使用来自两种不同生物体的DNA序列。第一种是作为克隆DNA来源的物种。第二种是将作为重组DNA复制的活体宿主的物种。分子克隆技术是现代生物学和医学许多当代领域的核心。早在尝试克隆整个生物体之前,研究人员就学会了如何复制基因组的所需区域或片段,这个过程被称为分子克隆。
质粒已被重新利用并设计为分子克隆和重要试剂(如胰岛素和人生长激素)的大规模生产的载体。分子克隆已经从克隆单个DNA片段发展到将多个DNA组分组装成单个连续的DNA片段。
分子生物学克隆
分子克隆是分子生物学中常用的一种方法,用于扩增感兴趣的基因序列。这是通过将重组DNA插入载体中来实现的,然后该载体可以携带DNA片段在宿主生物体中进行扩增。
这种扩增过程基于分子生物学的标准,首先是在体外将目标基因重组到载体DNA分子中。然后将重组DNA转移到宿主细胞中。转移后,对表达重组DNA的细胞进行筛选,然后进行纯化和扩增。
分子生物学克隆技术流程
这是产生生物分子(如DNA)副本的过程。它用于扩增包含目标基因的特定DNA片段。除了基因(编码序列)外,它还用于制作启动子、非编码序列和随机片段DNA的多个副本。分子克隆的一般步骤是片段化、连接、转染、筛选或选择。
分离目标基因和载体。
直接分离适用于提取和分离细菌染色体、质粒和病毒DNA,其遗传背景是有研究兴趣的。
基因合成用于产生序列明确已知的短DNA片段。
cDNA可以通过反转录从mRNA合成。
从基因组文库中筛选用于分子克隆的基因。
目标基因和载体用限制性内切酶切割:这使得片段以后更容易连接。
然后用DNA连接酶连接目标基因和载体:这将封闭目标基因和载体之间的连接。
将连接的重组载体转移到宿主细胞中:细菌:大肠杆菌,真菌:酵母,昆虫细胞或哺乳动物细胞。
使用不同的方法在不同级别进行筛选以测试质量:例如:载体大小、酶消化结果、筛选标记等等。
应用
分子克隆为科学家提供了任何基因组中任何单个DNA片段的基本上无限量的材料。这种材料可用于广泛的目的,包括基础和应用生物科学中的目的。此处总结了一些更重要的应用。
基因组组织和基因表达
重组蛋白的生产
转基因生物
基因治疗
结论
分子克隆已经从费力地分离和拼接两段DNA,然后对潜在的克隆进行密集筛选,发展到在短短几个小时内就能以惊人的效率无缝组装多达10个DNA片段,或者在计算机上设计DNA分子并在体外合成它们。
所有这些技术共同为分子生物学家提供了一个令人惊叹的强大工具箱,用于探索、操纵和利用DNA,这将进一步拓宽科学的视野。可能性包括开发更安全的重组蛋白用于治疗疾病,增强基因治疗以及更快地生产、验证和发布新疫苗。