Warum werden Bakterien in der rekombinanten DNA-Technologie verwendet?

Die rekombinante DNA-Technologie ist eine Methode, DNA zweier Arten zu verbinden und in einen Wirtsorganismus einzuführen, um neue genetische Kombinationen herzustellen. Der Laborprozess, der zur Herstellung rekombinanter DNA verwendet wird, ist das molekulare Klonen. Die PCR repliziert das gewünschte DNA-Fragment, das in ein Plasmid eingefügt wird. Das rekombinierte Plasmid wird in einen Wirtsorganismus umgewandelt, um eine große Anzahl von Kopien des rekombinierten Plasmids herzustellen. Bakterien sind der Wirtsorganismus, der in der rekombinanten DNA-Technologie verwendet wird, und es gibt mehrere Gründe für deren Verwendung als Wirt.

Wichtige Bereiche

1. Was ist Rekombinante DNA-Technologie?
     - Definition, Schritte des Prozesses
2. Warum werden Bakterien in der rekombinanten DNA-Technologie verwendet?
     - Gründe für die Verwendung von Bakterien als Wirtsorganismus

Schlüsselbegriffe: Bakterien, molekulares Klonen, Wachstumsrate, DNA-Rekombinationstechnik, PCR, Plasmide, Auswahl

Was ist Rekombinante DNA-Technologie?

Die rekombinante DNA-Technologie ist eine molekularbiologische Technik, die zur Herstellung rekombinanter DNA-Moleküle verwendet wird, die die gewünschten Eigenschaften für einen bestimmten Organismus tragen. Die molekulare Klonierung ist die Labortechnik, die zur Herstellung einer großen Anzahl rekombinanter DNA in Kombination mit PCR verwendet wird. Der Prozess des molekularen Klonierens besteht aus sieben Schritten, wie unten beschrieben.

1. Wahl des Wirtsorganismus und Klonierungsvektors - Der Wirtsorganismus besteht hauptsächlich aus Bakterien. Die Wahl des Klonierungsvektors hängt von der Wahl des Wirtsorganismus, der Größe des Fremd-DNA-Fragments und dem Expressionsniveau ab.
2. Herstellung von Vektor-DNA - Der Klonierungsvektor wird mit Restriktionsenzymen verdaut, um kompatible Enden mit dem Fremd-DNA-Fragment herzustellen.
3. Herstellung der zu klonierenden DNA - Das gewünschte zu klonierende DNA-Fragment kann durch PCR amplifiziert und mit den Restriktionsenzymen verdaut werden, um kompatible Enden mit dem Klonierungsvektor zu erzeugen.
4. Erzeugung von rekombinanter DNA - Der verdaute Klonierungsvektor und das PCR-Fragment werden durch Behandlung mit DNA-Ligase ligiert.
5. Einführung von rekombinanter DNA in den Wirtsorganismus - Die rekombinierten DNA-Moleküle werden in Bakterien umgewandelt, um eine große Anzahl von Kopien zu erhalten.
6. Auswahl transformierter Organismen - ein selektierbarer Marker wie Antibiotika-Resistenz kann verwendet werden, um die transformierten Bakterien in einer Kultur auszuwählen.
7. Screening auf Klone mit der gewünschten DNA - Das blau-weiße Screening-System, PCR, Restriktionsfragment-Analyse, Nukleinsäurehybridisierung, DNA-Sequenzierung und Antikörpersonden können verwendet werden, um die Klone mit dem gewünschten DNA-Fragment zu screenen.

Die Schritte der rekombinanten DNA-Technologie sind in gezeigt Abbildung 1.

Abbildung 1: Rekombinante DNA-Technologie

Warum werden Bakterien in der rekombinanten DNA-Technologie verwendet?

Bakterien werden zu "Fabriken", die eine große Anzahl von Kopien der rekombinanten DNA produzieren. Es gibt mehrere Gründe für die Verwendung von Bakterien als Wirt in der rekombinanten DNA-Technologie. Sie sind;

1. Bakterienzellen sind im Labor leicht zu züchten, zu warten und zu manipulieren. Die Wachstumsanforderungen sind bei Bakterien einfach und können in einer Petrischale geliefert werden. Die Wachstumsbedingungen können leicht in einem Inkubator bereitgestellt werden. Sie können auch fremde DNA in der Zelle tolerieren.

2. Sie vermehren sich schnell. Da Bakterien kleine Organismen sind, wachsen sie schneller als komplexe Zelltypen. Ihre Zellteilungsraten sind hoch.

3. Die extrachromosomalen Elemente von Bakterien, die als Plasmide bekannt sind, können manipuliert werden und als Träger rekombinanter DNA in Zellen verwendet werden. Plasmide können aus Bakterien isoliert werden, um fremde DNA einzufügen, und dann wieder in Bakterien umgewandelt werden.

4. Die klonierten rekombinanten Plasmide können leicht aus Bakterien isoliert werden. Plasmid-DNA kann durch einfache Laborprozesse durch Lyse von Bakterienzellen isoliert werden.

Die Verwendung von Bakterien in der rekombinanten DNA-Technologie ist in gezeigt Figur 2.

Abbildung 2: Verwendung von Bakterien in der Technologie der rekombinanten DNA

E coli ist die häufig verwendete Bakterienart aus mehreren Gründen:

• E coli Genom ist gut erforscht und relativ einfach. Es trägt nur 4 400 Gene. Darüber hinaus bleibt es während der gesamten Lebensdauer haploid. Daher ist das Protein-Engineering einfach E coli als einzelne Genkopie gibt es dort durch ortsgerichtete Mutagenese maskiert zu werden.
• Die Wachstumsrate von E. Coli ist hoch. Innerhalb von 20 Minuten repliziert es sich schnell. Daher ist es einfach, die Log-Phase (Mitte bis zur maximalen Dichte) zu erhalten..
• Viele E coli Stämme sind mit vertretbarer Hygiene sicher zu handhaben.
• Die Herstellung kompetenter Zellen (die Zellen, die fremde DNA aufnehmen können) und die Transformation rekombinanter Moleküle sind problemlos möglich E coli.

Fazit

Rekombinante DNA-Technologie wird verwendet, um Organismen die gewünschten Eigenschaften zu verleihen. Bakterien werden aus vielen Gründen als Modelle in der rekombinanten DNA-Technologie verwendet, wie z. B. leichtes Wachstum und Manipulation, schnelle Zellteilung, Einfachheit, die Fähigkeit, Transformanten auszuwählen und zu screenen.

Referenz:

1. Griffiths, Anthony JF. "Herstellung rekombinanter DNA". Eine Einführung in die genetische Analyse. 7. Ausgabe, US National Library of Medicine, 1. Januar 1970, erhältlich hier.
2. Phillips, Theresa. "Die 6 wichtigsten Gründe, warum E. coli für das Klonen von Genen verwendet wird.".

Bildhöflichkeit:

1. “OSC Microbio 12 01 MolCloning” von CNX OpenStax - (CC BY 4.0) über Commons Wikimedia
2. "Gene cloning" von Kelvinsong - Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia