遺伝子工学の概要

Genetics

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Summary

遺伝子工学-生物の DNA を故意に変更するプロセス-強力な研究ツールとモデル生物を作成する使用されていますも多くの農業アプリケーションを見ています。ただし、エンジニアのために特徴など複雑な農業問題に取り組むためにストレス耐性、または人間の病気の治療のための遺伝子治療の約束を実現するためにフィールドのさらなる進歩がまだ必要があります。重要な考慮事項には、少なくとも「的外れ」効果を持つ有機体のゲノムの細胞または有機体の遺伝の構造の安全かつ効率的な配信と目的変更の確立があります。

ゼウスの概要の遺伝子工学は、遺伝物質として DNA を確認し、DNA を修正するツールの開発につながった発見の強調表示フィールドの履歴が表示されます。遺伝子工学のプロセスを改善するために答える必要がある重要な質問は、遺伝子工学で使われる様々 なツールと一緒に導入します。最後に、今日種類の実験の質問と戦略を示すいくつかのアプリケーションを調査します。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 遺伝学の必需品. 遺伝子工学の概要. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

遺伝子工学は、生物の DNA の意図的な改ざんです。この分野の進歩は、遺伝子組み換え細胞や生物医学研究および農業の目的のための生物を生成するための科学者を許可しています。しかし、遺伝子治療として知られている人間の治療として使用するための遺伝の技術のアプリケーションはまだ進行中の作業です。

このビデオでは、遺伝子工学、研究開発の主要な質問、生物のゲノムおよびこれらの技術のいくつかのアプリケーションを変更するための重要なツールの歴史の中でいくつかの重要な発見について説明します。

遺伝子工学の歴史の見直しから始めましょう。

科学者の遺伝子の遺伝物質のアイデンティティを解決にヒンジを直接操作する能力。1928 年、フレデリック ・ グリフィス観測熱殺された劇毒性の細菌のミックスを注入することとマウスにライブ、しかし劇毒性、ひずみが病気、細菌を生きて死んでから転送「変形主義」を仮定する彼をリードになります。

1944 年にオズワルド ・ アベリー、コリン ・ マクラウドとマッカーティ Maclyn は、この変換の責任者として細菌の DNA を識別されます。結果は、1952 年にウイルスの DNA および蛋白質ではない、その感染症の細菌のセルの中に送信されたことを示す、アルフレッド ・ ハーシーとマーサ ・ チェイスが放射能によってラベル付けされたバクテリオファージを使用する場合にさらに検証されました。

また 1952 年にジョシュア ・ レダーバーグはプラスミドの存在を仮定した-細菌間で転送することができます DNA の小さい、円形の部分。同じ時間頃彼はまた伝達、ウイルスが細胞の DNA を送信するベクトルとして機能を説明します。

1970 年頃、ハミルトン ・ スミス制限酵素などの遺伝子工学の実践的な「ツール」の一部を検出し始めような研究者を開始する「カット」DNA 特定のシーケンスで。これらのツールを使用して、1972 年にポール ・ バーグは、2 つの異なるウイルスから DNA を結合することによって「遺伝子組換え」最初の DNA 分子を生成、並行して、スタンリー ・ コーエンとハーバート ・ ボイヤー生成最初組換え生物プラスミド上に抗生物質耐性遺伝子を配置し細菌エシェリヒア属大腸菌にその構成要素を変換します。

1973 年、ルドルフ Jaenisch は最初トランスジェニックの多細胞生物は、他のいくつかの研究所が挿入された遺伝子を子孫に渡すことができる最初のトランスジェニック マウスを作成した 1981 年まではなかったが、SV40 ウイルスの DNA を含むマウスを作成しました。1980 年代半ばにマリオ ・ カペッキ、オリヴァー ・ スミティーズ最初と設立されましたその相同組換え遺伝子を標的にされる可能性があります 1989 年にこのメソッドの生成に使用最初のノックアウト マウスでは、遺伝子が機能しないされます。

次に、遺伝子工学のいくつかの主要な質問を見ていきましょう。

研究の 1 つの積分領域は、生物のゲノムを変更するための最良の方法を決定します。いくつかの要因は、考慮すべき細胞 DNA への意図しない変更のリスクを最小限に抑えるために特定の遺伝子を対象とする変更が必要かどうかも変更プロセスの効率化を含む必要があります。

宿主細胞のゲノムを変更するために、セルに「遺伝的構造」として知られている、この変更を行ったため人工的に組み立てられた DNA シーケンスを正常に配信する必要があります。この分野の研究は、細胞毒性を抑えながら効率を最大化を目指しています。個体レベルで研究などレトロ ウイルス粒子のベクトルを変更する方法または改善するためにナノ粒子の構築ターゲット細胞集団への配信。

最後に、農産物に多くの遺伝子が正常に適用できるかどうかに興味があるまたは治療を使用します。これらの技術は、作物に除草剤耐性などの単純な単一の特性を挿入するまたは遺伝子の削除または「ノック アウト」、マウスなどの強力な研究ツールを生成するために使用されています。しかし、不利な条件で繁栄する作物を生成するなどの複雑な問題は複数経路を同時に変更することが要求されます可能性が高い。また、ヒトの細胞に遺伝的構成要素の安全で効果的な配信を必要と、遺伝的疾患を治療する遺伝子治療の開発困難な作業のままです。

遺伝子工学ツールと研究者によって使用される技術を見てをみましょう。

遺伝的構成要素を生成するための古典的な方法は制限の酵素に基づくクローニング、DNA 断片を消化され、DNA リガーゼを使用して新しいプラスミッドを作成する特定の順序で再結合し。新しい技術は、ジーン、相同組換えを使用して分離して dna の制限の酵素の消化力のサイトを必要とせずに交換を含んでいます。

DNA は、いくつかの方法でセルに配信できます。変換またはトランスフェクションは、それぞれ細菌や真核生物の細胞に DNA を得るためのプロセスです。カルシウムなど 2価の陽イオンは、外因性 DNA の分子の吸収を増加する細胞膜、多孔質を行うことができます。エレクトロポレーションは、DNA を取り巻く脂質ナノ粒子は細胞膜と融合でき、そのペイロードを解放しながら、同じタスクを達成するために電界を使用します。伝達は、レンチ ウイルスなどのウイルスのベクトルによって DNA の転送を指します。

多細胞生物に遺伝子構造を提供するには、追加の考慮事項が必要です。種類の細胞が存在する場合、ウイルスやナノ粒子など対象となるベクトルは携帯配信の特異性を増加します。植物では、研究者はアグロバクテリウム、植物病原体遺伝子配信ツールとして植物細胞、DNA を転送することができる共同オプトインしています。「上」と「遺伝子銃」の使用細胞 DNA をコートしたゴールド ビーズを提供しますします。

最後に、配信の DNA 構造は、長期的な効果を達成するために宿主ゲノムに恒久的な変更を加える必要があります。これは宿主の DNA は、トランスポサーゼと呼ばれる DNA「切り取りと貼り付け」酵素認識部位で構造のタグ付けによって強化することができます配信の DNA の構造物のランダムな統合によって起こります。その一方で、遺伝子の相同組換えによるターゲティングなど技術は、ゲノムの特定のサイトに統合を許可します。カスタム設計された核酸を使用して、特定の遺伝子の二本鎖切断を生成します、ゲノムの編集、として知られている技術の最近の進歩は、遺伝子ターゲティング効率を大きく向上させます。

今、遺伝子工学技術が現在適用されている方法を見てみましょう。

真核生物の細胞の機能は細胞小器官に区分され、より特定の生物学的効果は、可能性があります個々 のコンパートメントに遺伝子組換え蛋白質の表現を対象とします。この実験では、研究者は、複数の PCR の製品間の重複の相同領域が制限の酵素を使用せず完全な構造の生成の許可ギブソン組立技術を使用して、タグ付きの GFP レポーター構成を生成されます。Biolistic トランスフェクションが植物細胞にこれらの構成要素を提供する使用され、研究者は葉緑体を対象とした GFP 発現を示すこと。

がん細胞はしばしば過剰表面受容体遺伝子療法を使用して研究員を対象を表現します。ここでは、科学者たちは、マウスのひと膀胱癌のモデルを確立しました。これは、膀胱がん細胞にアデノ ウイルスのベクトルの局所配信が続いたが。ルシフェラーゼ発現癌細胞の観察には、レポーターの遺伝子を正常に配信が示されています。

最後に、対象生物工学の完全な生物学的経路に進歩がなされ。ここでは、生合成経路の各遺伝子抗生物質エリスロマイシンは、 Saccharopolyspora erythraea、PCR によってそのホストの細菌から分離された、ここ一連の遺伝子オペロンのような構造に結合されます制御の下で同じ規制要素最適な表現を許可するために。これらの構造、合成経路を再構成するエシェリヒア属大腸菌に形質転換したとクローン生産された製品が、浄化され、機能をテストします。

遺伝子工学のゼウスの概要を見てきただけ。このビデオでは、遺伝子工学の歴史を説明した、フィールドに、ツールの主要な質問を検討し、遺伝子工学アプリケーションのいくつかの例を提示します。いつも見てくれてありがとう!

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