Die molekulare Klonierung umfasst eine Reihe von Labortechniken, die zur Herstellung von Plasmiden mit spezifischer rekombinanter DNAerforderlich sind 1. Diese allgegenwärtigen Techniken stellen oft einen Engpass im experimentellen Arbeitsablaufdar 2. Viele molekulare Klonierungstechniken beruhen auf der Assemblierung von DNA-Fragmenten in vitro unter Verwendung einer Reihe enzymatischer Reaktionen vor der Umwandlung in einen Wirtsstamm (z. B. Escherichia coli DH5a) zur Amplifikation 3,4,5,6,7. Da In-vitro-Plasmid-Assemblierungsmethoden auf Enzymen beruhen, kann der Kauf oder die Reinigung von Enzymen sowohl kostspielig als auch zeitaufwändig sein.
Die In-vivo-Assemblierung (IVA) ist eine molekulare Klonierungsmethode, die auf der intermolekularen Rekombination von DNA-Fragmenten in einem geeigneten Wirtberuht 8,9,10,11,12. Grundlage dieser Methode war die Beobachtung, dass häufig verwendete recA-Klonierungsstämme von E. coli die intermolekulare Rekombination eines einzelsträngigen Primers mit einem durch Restriktionsenzyme gespaltenen Plasmid vermitteln können13. Die Verwendung der PCR zur Erzeugung homologer DNA-Enden für die Plasmidassemblierung in E. coli wurde in den 1990er Jahren beschrieben und diese Methode als Rekombinations-PCR 3,14 bezeichnet. Die Wirksamkeit der Rekombinations-PCR wurde mit etwa 50 % angegeben14. Diese Methode wurde jedoch nicht weit verbreitet übernommen, wahrscheinlich aufgrund der hohen Kosten für Primer und des Risikos, unerwünschte Mutationen mit Polymerasen mit geringer Genauigkeit einzuführen, um große DNA-Fragmente zu amplifizieren. Diese Nachteile waren in den 1990er Jahren erheblich und konnten durch den Einsatz von In-vitro-Klonierungsmethoden wie der Restriktionsenzym-vermittelten Klonierung vermieden werden.
In den letzten Jahren sind die Kosten für Primer gesunken, und neue kommerzielle Polymerasen haben die Genauigkeit der PCR-Amplifikation erhöht. Infolgedessen wurde die Rekombinations-PCR als schnelle und kostengünstige molekulare Klonierungstechnik neu interpretiert und in IVA 2,9,15,16 umbenannt. Mit zunehmender Machbarkeit wurde die IVA weiter erforscht und die Methode optimiert, um eine Klonierungseffizienz von bis zu 99 % zu erreichen16. Bei den Optimierungen wurden Merkmale der homologen DNA identifiziert, wie z. B. die Anzahl der Basenpaare und die Schmelztemperatur, die die in vivo-Rekombinationseffizienz maximieren 2,16. Weitere Analysen zeigten, dass bis zu 6 DNA-Fragmente im Bereich von 150 bp bis 7 kbp mit IVA15 effizient assembliert werden konnten. Darüber hinaus hat unsere Gruppe kürzlich IVA verwendet, um eine Plasmidserie mit unterschiedlichen Antibiotikaresistenzkassetten und Replikationsursprüngen zusammenzusetzen17. In dieser Studie war die IVA-Klonierung hocheffizient (71-100%), wobei für jedes Plasmid eine kleine Anzahl von Klonen getestet wurde (n = 2)17. Hier beschreiben wir das von unserem Labor verwendete IVA-Protokoll.