Wie werden Restriktionsenzyme verwendet, um rekombinante DNA herzustellen?

Rekombinante DNA ist eine künstliche Art von DNA, die durch Kombinieren von DNA von zwei oder mehr Arten hergestellt wird. Das Verfahren zur Herstellung von rekombinanter DNA ist als molekulares Klonen bekannt. Das grundlegende Verfahren des molekularen Klonierens umfasst das Isolieren von DNA, das Schneiden von DNA, das Verbinden von DNA und das Amplifizieren der rekombinanten DNA. Das interessierende Gen wird in den Vektor eingefügt, der als Trägermolekül für das interessierende Gen dient. Der Vektor wird zusammen mit dem interessierenden Gen auf die rekombinante DNA bezogen. Die Hauptrolle von Restriktionsenzymen beim Genklonieren ist das Schneiden von DNA. Das Hauptmerkmal von Restriktionsenzymen, das sie für die DNA-Manipulation geeignet macht, besteht darin, dass sie DNA an bestimmten Zielen schneiden. Dies ermöglicht die Herstellung gewünschter DNA-Fragmente für den Verbindungszweck.

Wichtige Bereiche

1. Was sind Restriktionsenzyme?
     - Definition, Eigenschaften, Rolle
2. Wie werden Restriktionsenzyme verwendet, um rekombinante DNA herzustellen?
     - Genklonierung, Verwendung von Restriktionsenzymen bei der Genklonierung

Schlüsselbegriffe: Schneiden von DNA, Genklonieren, Gen von Interesse, molekulares Klonen, rekombinante DNA-Technologie, Restriktionsenzyme, Vektor

Was sind Restriktionsenzyme?

Ein Restriktionsenzym ist eine Endonuklease, die kurze, spezifische DNA-Sequenzen erkennt, die als Restriktionsstellen bekannt sind, und die DNA an dieser Stelle spaltet. Sie sind eine Art biochemische Schere, die von Bakterien produziert wird. Restriktionsenzyme schützen Bakterien vor Bakteriophagen. Diese Enzyme werden aus Bakterien isoliert und zum Schneiden von DNA im Labor verwendet. Die Wirkung eines Restriktionsenzyms ist in gezeigt Abbildung 1.

Abbildung 1: Wirkung von HindIII

Die Fähigkeit von Restriktionsenzymen, DNA an genauen Stellen zu schneiden, ermöglicht es Forschern, Gen-enthaltende Fragmente aus genomischer DNA zu isolieren. Diese Fragmente können in Vektoren eingefügt werden, um rekombinante DNA-Moleküle herzustellen.  

Wie werden Restriktionsenzyme verwendet, um rekombinante DNA herzustellen?

Rekombinante DNA ist ein DNA-Molekül, das aus DNA von zwei oder mehr Arten besteht. Es umfasst hauptsächlich ein interessierendes Gen aus einer Donorspezies und einen Vektor, der das interessierende Gen zur Wirtszelle transportiert. Die Hauptschritte der Herstellung von rekombinanten DNA-Molekülen sind DNA-Isolierung, Verdau mit Restriktionsenzymen, Ligation des interessierenden Gens an den Vektor und Amplifizieren von rekombinanten DNA-Molekülen in einer Wirtszelle. Der gesamte Prozess ist bekannt als molekulares Klonen. Molekulares Klonieren ist in gezeigt Figur 2.

Abbildung 2: Molekulare Klonierung

Das interessierende Gen wird zunächst aus biologischen Proben in Form genomischer DNA isoliert oder kann durch PCR amplifiziert werden. Manchmal kann das interessierende Gen in einem Vektor vorhanden sein. Um in den Vektor eingefügt zu werden, der geeignet ist, das interessierende Gen in die Wirtszelle zu tragen, sollte es vom Muttermolekül abgeschnitten werden. Da Restriktionsenzyme die DNA durch Erkennung von Restriktionsstellen präzise schneiden, können sie zu diesem Zweck verwendet werden. Das interessierende Gen und der Vektor können mit demselben Restriktionsenzym gespalten werden, oder jedes Ende des interessierenden Gens kann durch zwei Restriktionsenzyme gespalten werden. Dieser Verdau führt zu kompatiblen Enden für die Ligation des interessierenden Gens an den Vektor. Der Verdau mit zwei Restriktionsenzymen ermöglicht die Ligation von Fragmenten in der gewünschten Orientierung. Nach der Ligation werden die resultierenden rekombinanten DNA-Moleküle in Bakterien umgewandelt, um eine große Anzahl von Kopien herzustellen.

Fazit

Restriktionsenzyme sind Endonukleasen, die DNA an bestimmten Stellen, so genannten Restriktionsstellen, schneiden. Die Eigenschaften von Restriktionsenzymen können verwendet werden, um rekombinante DNA-Moleküle herzustellen, indem DNA an exakten Stellen geschnitten wird. Rekombinante DNA enthält im Allgemeinen ein interessierendes Gen, das in einen Vektor eingefügt ist.

Referenz:

1. "Definition des Restriktionsenzyms". MedicineNet, hier verfügbar.
2. Griffiths, Anthony JF. "Herstellung rekombinanter DNA". Eine Einführung in die genetische Analyse. 7. Ausgabe, US National Library of Medicine, 1. Januar 1970, erhältlich hier.

Bildhöflichkeit:

1. "HindIII Restriction Site und sticky ends vector" Von Helixitta - Eigene Arbeit (CC BY-SA 4.0) über Commons Wikimedia
2. „Konstruieren“ von Joyxi - Eigene Arbeit (Public Domain) über Commons Wikimedia