Skip to main content
Global

10.1: שיבוט והנדסה גנטית

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    208626

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    ביוטכנולוגיה היא שימוש בשיטות מלאכותיות לשינוי החומר הגנטי של אורגניזמים חיים או תאים לייצור תרכובות חדשות או לביצוע פונקציות חדשות. ביוטכנולוגיה שימשה לשיפור בעלי חיים וגידולים מאז תחילת החקלאות באמצעות גידול סלקטיבי. מאז גילוי מבנה ה- DNA בשנת 1953, ובמיוחד מאז פיתוח כלים ושיטות לתמרון DNA בשנות השבעים, הביוטכנולוגיה הפכה לשם נרדף למניפולציה של ה- DNA של האורגניזמים ברמה המולקולרית. היישומים העיקריים של טכנולוגיה זו הם ברפואה (לייצור חיסונים ואנטיביוטיקה) ובחקלאות (לשינוי גנטי של גידולים). לביוטכנולוגיה יש גם יישומים תעשייתיים רבים, כגון תסיסה, טיפול בשפיכות נפט וייצור דלקים ביולוגיים, כמו גם יישומים ביתיים רבים כגון שימוש באנזימים בחומר ניקוי כביסה.

    מניפולציה של חומר גנטי

    כדי להשיג את היישומים שתוארו לעיל, ביוטכנולוגים חייבים להיות מסוגלים לחלץ, לתפעל ולנתח חומצות גרעין.

    סקירה של מבנה חומצת הגרעין

    כדי להבין את הטכניקות הבסיסיות המשמשות לעבודה עם חומצות גרעין, זכרו שחומצות גרעין הן מקרומולקולות העשויות מנוקלאוטידים (סוכר, פוספט ובסיס חנקני). לקבוצות הפוספט במולקולות אלו יש מטען שלילי נטו. קבוצה שלמה של מולקולות DNA בגרעין האורגניזמים האוקריוטיים נקראת הגנום. ל- DNA שני גדילים משלימים המקושרים על ידי קשרי מימן בין הבסיסים המשויכים.

    שלא כמו DNA בתאים אוקריוטיים, מולקולות RNA עוזבות את הגרעין. RNA שליח (mRNA) מנותח בתדירות הגבוהה ביותר מכיוון שהוא מייצג את הגנים המקודדים לחלבון המתבטאים בתא.

    בידוד חומצות גרעין

    כדי ללמוד או לתפעל חומצות גרעין, תחילה יש לחלץ את ה-DNA מהתאים. טכניקות שונות משמשות לחילוץ סוגים שונים של DNA (איור\(\PageIndex{1}\)). רוב טכניקות מיצוי חומצות הגרעין כוללות שלבים לפרוץ את התא, ולאחר מכן שימוש בתגובות אנזימטיות להשמדת כל המקרומולקולות הלא רצויות. תאים נשברים באמצעות תמיסת דטרגנט המכילה תרכובות חציצה. כדי למנוע השפלה וזיהום, מקרומולקולות כגון חלבונים ו- RNA מושבתות באמצעות אנזימים. לאחר מכן מוציאים את ה- DNA מהתמיסה באמצעות אלכוהול. ה- DNA שנוצר, מכיוון שהוא מורכב מפולימרים ארוכים, יוצר מסה ג'לטינית.

    ארבע מבחנות מוצגות, המציגות ארבעה שלבים בחילוץ DNA. בראשון, תאים מסולקים באמצעות חומר ניקוי המשבש את קרום הפלזמה. בשני, תכולת התא מטופלת בפרוטאז להשמדת חלבון, ו- RNase להשמדת RNA. בשלישית, פסולת תאים מגולפת בצנטריפוגה. הסופרנטנט (נוזלי) המכיל את ה- DNA מועבר לצינור נקי. במבחנה הרביעית, ה-DNA מושקע באתנול. הוא יוצר קווצות צמיגות הניתנות לסלילה על מוט זכוכית.
    איור\(\PageIndex{1}\): תרשים זה מציג את השיטה הבסיסית המשמשת להפקת DNA.

    RNA נחקר כדי להבין דפוסי ביטוי גנים בתאים. RNA באופן טבעי מאוד לא יציב מכיוון שאנזימים המפרקים RNA נמצאים בדרך כלל בטבע. חלקם אפילו מופרשים על ידי העור שלנו וקשה מאוד להשבית אותם. בדומה למיצוי DNA, מיצוי RNA כרוך בשימוש במאגרים ואנזימים שונים כדי להשבית מקרומולקולות אחרות ולשמר רק את ה- RNA.

    ג'ל אלקטרופורזה

    מכיוון שחומצות גרעין הן יונים טעונים שלילית ב- pH ניטרלי או אלקליין בסביבה מימית, ניתן להזיז אותן על ידי שדה חשמלי. אלקטרופורזה של ג'ל היא טכניקה המשמשת להפרדת מולקולות טעונות על בסיס גודל ומטען. ניתן להפריד את חומצות הגרעין ככרומוזומים שלמים או כשברים. חומצות הגרעין נטענות לחריץ בקצה אחד של מטריצת ג'ל, מופעל זרם חשמלי ומולקולות טעונות שלילי נמשכות לכיוון הקצה הנגדי של הג'ל (הקצה עם האלקטרודה החיובית). מולקולות קטנות יותר נעות דרך הנקבוביות בג'ל מהר יותר ממולקולות גדולות יותר; הבדל זה בקצב הנדידה מפריד בין השברים על בסיס גודל. חומצות הגרעין במטריצת ג'ל אינן נראות עד שהן מוכתמות בתרכובת המאפשרת לראות אותן, כמו צבע. שברים מובחנים של חומצות גרעין מופיעים כרצועות במרחקים ספציפיים מהחלק העליון של הג'ל (קצה האלקטרודה השלילי) המבוססים על גודלם (איור\(\PageIndex{2}\)). תערובת של שברים רבים בגדלים משתנים מופיעה כמריחה ארוכה, ואילו DNA גנומי לא חתוך בדרך כלל גדול מכדי לעבור דרך הג'ל ויוצר רצועה אחת גדולה בחלק העליון של הג'ל.

    תמונה מראה רקע שחור עם 9 להקות אנכיות אפורות קלושות (נתיבים). בלהקות אלה רצועות אופקיות לבנות מעט מטושטשות בעוביים ובהירות משתנים. לנתיבים האפורים הקלושים בקצוות השמאלי והימני יש הרבה רצועות אופקיות, ול -7 באמצע יש רק כמה כל אחד, במיקומים שונים.
    איור\(\PageIndex{2}\): מוצגים שברי DNA משש דגימות המופעלות על ג'ל, מוכתמות בצבע ניאון ונראות תחת אור UV. (קרדיט: שינוי עבודתו של ג'יימס ג'ייקוב, המכללה הקהילתית טומפקינס קורטלנד)

    תגובת שרשרת פולימראז

    ניתוח DNA דורש לעתים קרובות התמקדות באזור ספציפי אחד או יותר של הגנום. זה גם כרוך לעתים קרובות במצבים שבהם רק עותק אחד או כמה עותקים של מולקולת DNA זמינים לניתוח נוסף. כמויות אלה אינן מספיקות לרוב ההליכים, כגון אלקטרופורזה בג'ל. תגובת שרשרת פולימראז (PCR) היא טכניקה המשמשת להגדיל במהירות את מספר העותקים של אזורים ספציפיים של DNA לניתוחים נוספים (איור\(\PageIndex{3}\)). PCR משתמש בצורה מיוחדת של DNA פולימראז, האנזים המשכפל DNA ורצפי נוקלאוטידים קצרים אחרים הנקראים פריימרים המתאימים לבסיס לחלק מסוים של ה-DNA המשוכפל. PCR משמש למטרות רבות במעבדות. אלה כוללים: 1) זיהוי הבעלים של דגימת DNA שנותר בזירת פשע; 2) ניתוח אבהות; 3) השוואה של כמויות קטנות של DNA עתיק עם אורגניזמים מודרניים; ו 4) קביעת רצף של נוקליאוטידים באזור מסוים.

    איור המציג PCR בארבעה שלבים. ראשית, הגדיל הכפול של ה-DNA מפוגל ב-95 מעלות צלזיוס כדי להפריד בין הגדילים. לאחר מכן מחסלים את 2 הגדילים בכ- 50 מעלות צלזיוס באמצעות פריימרים. לאחר מכן DNA פולימראז מרחיב את הגדילים החדשים ב-72 מעלות צלזיוס. השלב הרביעי מראה כי הליך זה מתרחש פעמים רבות, וכתוצאה מכך עלייה בעותקים של ה- DNA המקורי.
    איור\(\PageIndex{3}\): תגובת שרשרת פולימראז, או PCR, משמשת לייצור עותקים רבים של רצף ספציפי של DNA באמצעות צורה מיוחדת של DNA פולימראז.

    שיבוט

    באופן כללי, שיבוט פירושו יצירת העתק מושלם. בדרך כלל, המילה משמשת לתיאור יצירת עותק זהה גנטית. בביולוגיה מכונה יצירה מחדש של אורגניזם שלם "שיבוט רבייה". הרבה לפני שנעשו ניסיונות לשבט אורגניזם שלם, החוקרים למדו כיצד להעתיק קטעים קצרים של DNA - תהליך המכונה שיבוט מולקולרי.

    שיבוט מולקולרי

    שיבוט מאפשר יצירת עותקים מרובים של גנים, ביטוי גנים וחקר גנים ספציפיים. כדי להכניס את שבר ה- DNA לתא חיידקי בצורה שתועתק או תתבטא, השבר מוחדר תחילה לפלסמיד. פלסמיד (נקרא גם וקטור בהקשר זה) הוא מולקולת DNA מעגלית קטנה המשתכפלת ללא תלות ב-DNA הכרומוזומלי בחיידקים. בשיבוט ניתן להשתמש במולקולות הפלסמיד כדי לספק "רכב" בו ניתן להכניס שבר DNA רצוי. פלסמידים שהשתנו מוחדרים בדרך כלל מחדש למארח חיידקי לצורך שכפול. כאשר החיידקים מתחלקים, הם מעתיקים את ה-DNA שלהם (כולל הפלסמידים). שבר ה- DNA המוחדר מועתק יחד עם שאר ה- DNA החיידקי. בתא חיידקי מכונה שבר ה- DNA מהגנום האנושי (או אורגניזם אחר הנחקר) DNA זר כדי להבדיל אותו מה- DNA של החיידק (ה- DNA המארח).

    פלסמידים מופיעים באופן טבעי באוכלוסיות חיידקים (כגון Escherichia coli) ויש להם גנים שיכולים לתרום תכונות חיוביות לאורגניזם, כגון עמידות לאנטיביוטיקה (היכולת לא להיות מושפעת מאנטיביוטיקה). פלסמידים הונדסו מאוד כווקטורים לשיבוט מולקולרי ולייצור בקנה מידה גדול של מולקולות חשובות, כגון אינסולין. מאפיין בעל ערך של וקטורי פלסמיד הוא הקלות שבה ניתן להכניס שבר DNA זר. וקטורי פלסמיד אלה מכילים רצפי DNA קצרים רבים שניתן לחתוך עם אנזימי הגבלה שונים הזמינים בדרך כלל. אנזימי הגבלה (הנקראים גם אנדונוקליזות הגבלה) מזהים רצפי DNA ספציפיים וחותכים אותם באופן צפוי; הם מיוצרים באופן טבעי על ידי חיידקים כמנגנון הגנה מפני DNA זר. אנזימי הגבלה רבים מבצעים חתכים מדורגים בשני גדילי ה-DNA, כך שלקצוות החתוכים יש תלייה חד-גדילית של 2 עד 4 נוקלאוטידים. הרצף שמזוהה על ידי אנזים ההגבלה הוא רצף של ארבעה עד שמונה נוקלאוטידים שהוא פלינדרום. כמו במילה palindrome, פירוש הדבר שהרצף קורא אותו קדימה ואחורה. ברוב המקרים, הרצף קורא אותו קדימה על גדיל אחד ואחורה על הגדיל המשלים. כאשר חתך מדורג נעשה ברצף כזה, התלויים משלימים (איור\(\PageIndex{4}\)).

    בחלק א ', האיור מציג גדיל של DNA דמוי סולם. בחלק ב', ה-DNA נחתך בשני הגדילים בין שני הגואנינים. בחלק C, 2 הגדילים נפרדו, והשאירו קצוות דביקים משלימים על כל אחד עם נוקלאוטידים 5 'עד 3' G, A, T ו-C לא מחוברים.
    איור\(\PageIndex{4}\): באתר זיהוי אנזים הגבלה זה (א) שישה נוקלאוטידים, שימו לב שהרצף של שישה נוקלאוטידים קורא את אותו הדבר בכיוון 5' עד 3' על גדיל אחד כפי שהוא עושה בכיוון 5' עד 3' בגדיל המשלים. זה ידוע בשם פלינדרום. (ב) אנזים ההגבלה מבצע שבירות בגדילי ה- DNA, ו- (ג) החיתוך ב- DNA מביא ל"קצוות דביקים". פיסת DNA נוספת שנחתכה משני קצותיה על ידי אותו אנזים הגבלה יכולה להיצמד לקצוות הדביקים הללו ולהיכנס לפער שנוצר על ידי חתך זה.

    מכיוון שתלויים אלה מסוגלים לחזור יחד על ידי קישור מימן עם תלייה משלימה על פיסת DNA שנחתכה עם אותו אנזים הגבלה, אלה נקראים "קצוות דביקים". תהליך יצירת קשרי מימן בין רצפים משלימים על גדילים בודדים ליצירת DNA דו-גדילי נקרא חישול. תוספת של אנזים הנקרא DNA ligase, שלוקח חלק בשכפול ה- DNA בתאים, מצטרף לצמיתות לשברי ה- DNA כאשר הקצוות הדביקים מתאחדים. בדרך זו, ניתן לחבר כל שבר DNA בין שני הקצוות של DNA פלסמיד שנחתך עם אותו אנזים הגבלה (איור\(\PageIndex{5}\)).

    איור המציג את השלבים ביצירת פלסמידים DNA רקומביננטי, החדרתם לחיידקים ולאחר מכן בחירת רק החיידקים שתפסו בהצלחה את הפלסמיד הרקומביננטי. השלבים הם כדלקמן: גם DNA זר וגם פלסמיד נחתכים עם אותו אנזים הגבלה. אתר ההגבלה מתרחש רק פעם אחת בפלסמיד באמצע הגן לאנזים (lacZ). אנזים ההגבלה משאיר קצוות דביקים משלימים על שבר ה- DNA הזר והפלסמיד. זה מאפשר להכניס את ה-DNA הזר לפלסמיד כאשר הקצוות הדביקים מתחשלים. הוספת ליגאז DNA מחברת מחדש את עמוד השדרה של ה-DNA. אלה פלסמידים רקומביננטיים. הפלסמידים משולבים עם תרבית של חיידקים חיים. רבים מהחיידקים אינם לוקחים פלסמידים לתאים שלהם, רבים לוקחים פלסמידים שאין בהם את ה-DNA הזר, וכמה מהם תופסים את הפלסמיד הרקומביננטי. החיידקים שתופסים את הפלסמיד הרקומביננטי אינם יכולים ליצור את האנזים מהגן שאליו הוכנס השבר (lacZ). הם גם נושאים גן לעמידות לאמפיצילין האנטיביוטי, שהיה על הפלסמיד המקורי. כדי למצוא את החיידקים עם הפלסמיד הרקומביננטי, החיידקים גדלים על צלחת עם האמפיצילין האנטיביוטי וחומר שמשנה את צבעו כאשר הוא נחשף לאנזים המיוצר על ידי הגן lacZ. האמפיצילין יהרוג כל חיידק שלא לקח פלסמיד. צבע החומר לא ישתנה כאשר הגן ל- lacZ מכיל את תוספת ה- DNA הזר. אלו החיידקים עם הפלסמיד הרקומביננטי שאנחנו רוצים לגדל.
    איור\(\PageIndex{5}\): תרשים זה מציג את השלבים הכרוכים בשיבוט מולקולרי.

    פלסמידים עם DNA זר המוחדר לתוכם נקראים מולקולות DNA רקומביננטיות מכיוון שהם מכילים שילובים חדשים של חומר גנטי. חלבונים המיוצרים ממולקולות DNA רקומביננטיות נקראים חלבונים רקומביננטיים. לא כל הפלסמידים הרקומביננטיים מסוגלים לבטא גנים. פלסמידים עשויים גם להיות מהונדסים לביטוי חלבונים רק כאשר הם מעוררים על ידי גורמים סביבתיים מסוימים, כך שמדענים יוכלו לשלוט בביטוי החלבונים הרקומביננטיים.

    שיבוט רבייה

    שיבוט רבייה הוא שיטה המשמשת ליצירת שיבוט או עותק זהה של אורגניזם רב תאי שלם. רוב האורגניזמים הרב-תאיים עוברים רבייה באמצעים מיניים, הכרוכים בתרומת DNA משני פרטים (הורים), מה שלא מאפשר ליצור עותק זהה או שיבוט של כל אחד מההורים. ההתקדמות האחרונה בביוטכנולוגיה אפשרה לשכפל יונקים במעבדה.

    רבייה מינית טבעית כוללת איחוד, במהלך ההפריה, של זרע וביצה. כל אחד מהגמטות הללו הוא הפלואידי, כלומר הם מכילים קבוצה אחת של כרומוזומים בגרעינים שלהם. התא המתקבל, או הזיגוטה, הוא אז דיפלואידי ומכיל שתי קבוצות של כרומוזומים. תא זה מתחלק באופן מיטוטי לייצור אורגניזם רב תאי. עם זאת, האיחוד של שני תאים בלבד אינו יכול לייצר זיגוטה בת קיימא; ישנם רכיבים בציטופלזמה של תא הביצית החיוניים להתפתחות המוקדמת של העובר במהלך חלוקות התאים הראשונות שלו. ללא הוראות אלה, לא תהיה התפתחות שלאחר מכן. לכן, כדי לייצר פרט חדש, נדרשים גם השלמה גנטית דיפלואידית וגם ציטופלזמה של ביצית. הגישה לייצור אדם משובט באופן מלאכותי היא לקחת את תא הביצית של אדם אחד ולהסיר את הגרעין הפלואידי. ואז גרעין דיפלואידי מתא גוף של אדם שני, התורם, מוכנס לתא הביצית. לאחר מכן מגרים את הביצה להתחלק כך שההתפתחות תתקדם. זה נשמע פשוט, אך למעשה נדרשים ניסיונות רבים לפני שכל אחד מהצעדים יושלם בהצלחה.

    החיה החקלאית המשובטת הראשונה הייתה דולי, כבשה שנולדה בשנת 1996. שיעור ההצלחה של שיבוט הרבייה באותה תקופה היה נמוך מאוד. דולי חיה שש שנים ומתה מגידול ריאה (איור\(\PageIndex{6}\)). היו השערות שמכיוון ש- DNA התא שהוליד את דולי הגיע מאדם מבוגר יותר, ייתכן שגיל ה- DNA השפיע על תוחלת החיים שלה. מאז דולי, כמה מינים של בעלי חיים (כגון סוסים, שוורים ועזים) שובטו בהצלחה.

    היו ניסיונות לייצר עוברים אנושיים משובטים כמקורות לתאי גזע עובריים. בהליך, ה- DNA מאדם בוגר מוחדר לתא ביצה אנושי, אשר לאחר מכן מגורה להתחלק. הטכנולוגיה דומה לטכנולוגיה ששימשה לייצור דולי, אך העובר לעולם אינו מושתל לאם פונדקאית. התאים המיוצרים נקראים תאי גזע עובריים מכיוון שיש להם את היכולת להתפתח לסוגים רבים ושונים של תאים, כגון תאי שריר או עצב. תאי הגזע יכולים לשמש למחקר ובסופו של דבר לספק יישומים טיפוליים, כגון החלפת רקמות פגומות. היתרון בשיבוט במקרה זה הוא שהתאים המשמשים לחידוש רקמות חדשות יהוו התאמה מושלמת לתורם ה- DNA המקורי. לדוגמה, חולה לוקמיה לא ידרוש אח עם התאמת רקמות להשתלת מח עצם.

    חיבור אמנות

    האיור מציג את השלבים בשיבוט הכבשה בשם דולי. תא ביצה מחודד מכבשה אחת מתמזג עם תא חלב מכבשה אחרת. תא התמזג זה מתחלק לאחר מכן לשלב הבלסטוציסט ומונח ברחם הכבשה הפונדקאית, שם הוא מתפתח לכבש, דולי. דולי היא השיבוט הגנטי של תורם תאי החלב.
    דמות\(\PageIndex{6}\): דולי הכבשה הייתה החיה החקלאית הראשונה ששוכפלה. כדי ליצור את דולי, הגרעין הוסר מתא ביצית התורם. הביצה הגרעינית הונחה ליד התא השני, ואז הם נדהמו להתמזג. הם שוב נדהמו להתחיל חלוקה. התאים הורשו להתחלק במשך מספר ימים עד שהגיע לשלב עוברי מוקדם, לפני שהושתלו באם פונדקאית.

    מדוע דולי הייתה פין-דורסט ולא כבשה סקוטית בלקפייס?

    הנדסה גנטית

    שימוש בטכנולוגיית DNA רקומביננטי לשינוי ה- DNA של האורגניזם להשגת תכונות רצויות נקרא הנדסה גנטית. הוספת DNA זר בצורה של וקטורי DNA רקומביננטיים הנוצרים על ידי שיבוט מולקולרי היא השיטה הנפוצה ביותר להנדסה גנטית. אורגניזם שמקבל את ה- DNA הרקומביננטי נקרא אורגניזם מהונדס גנטית (GMO). אם ה- DNA הזר המוחדר מגיע ממין אחר, האורגניזם המארח נקרא מהונדס. חיידקים, צמחים ובעלי חיים עברו שינוי גנטי מאז תחילת שנות השבעים למטרות אקדמיות, רפואיות, חקלאיות ותעשייתיות. יישומים אלה ייבחנו ביתר פירוט במודול הבא.

    מושג בפעולה

    קוד QR המייצג כתובת אתר

    צפו בסרטון קצר זה המסביר כיצד מדענים יוצרים חיה מהונדסת.

    למרות שהשיטות הקלאסיות לחקר תפקוד הגנים החלו בפנוטיפ נתון וקבעו את הבסיס הגנטי של אותו פנוטיפ, טכניקות מודרניות מאפשרות לחוקרים להתחיל ברמת רצף ה-DNA ולשאול: "מה עושה הגן או יסוד ה-DNA הזה?" טכניקה זו, הנקראת גנטיקה הפוכה, הביאה להיפוך המתודולוגיה הגנטית הקלאסית. דוגמה אחת לשיטה זו מקבילה לפגיעה בחלק הגוף כדי לקבוע את תפקודו. חרק שמאבד כנף אינו יכול לעוף, מה שאומר שתפקוד הכנף הוא מעוף. השיטה הגנטית הקלאסית משווה חרקים שאינם יכולים לעוף עם חרקים שיכולים לעוף, וצופה כי החרקים הלא מעופפים איבדו כנפיים. באופן דומה בגישה גנטית הפוכה, מוטציה או מחיקה של גנים מספקת לחוקרים רמזים לגבי תפקוד הגנים. לחלופין, ניתן להשתמש בגנטיקה הפוכה כדי לגרום לגן להתבטא יתר על המידה כדי לקבוע אילו השפעות פנוטיפיות עשויות להתרחש.

    סיכום

    ניתן לבודד חומצות גרעין מהתאים לצורך ניתוח נוסף על ידי פריצת התאים והשמדה אנזימטית של כל שאר המקרומולקולות העיקריות. ניתן להפריד כרומוזומים מקוטעים או שלמים על בסיס גודל על ידי אלקטרופורזה של ג'ל. ניתן להגביר קטעים קצרים של DNA על ידי PCR. ניתן לחתוך DNA (ולאחר מכן לחבר אותו מחדש) באמצעות אנזימי הגבלה. הטכניקות המולקולריות והתאיות של הביוטכנולוגיה מאפשרות לחוקרים להנדס גנטית אורגניזמים, ולשנות אותם כדי להשיג תכונות רצויות.

    שיבוט עשוי לכלול שיבוט שברי DNA קטנים (שיבוט מולקולרי), או שיבוט אורגניזמים שלמים (שיבוט רבייה). בשיבוט מולקולרי עם חיידקים, מוחדר שבר DNA רצוי לפלסמיד חיידקי באמצעות אנזימי הגבלה והפלסמיד נקלט על ידי חיידק, אשר לאחר מכן יבטא את ה- DNA הזר. באמצעות טכניקות אחרות ניתן להכניס גנים זרים לאורגניזמים אוקריוטיים. בכל מקרה, האורגניזמים נקראים אורגניזמים מהונדסים. בשיבוט רבייה, גרעין תורם מוכנס לתא ביצה בעל גרעין, אשר לאחר מכן מגורה להתחלק ולהתפתח לאורגניזם.

    בשיטות גנטיקה הפוכות, גן עובר מוטציה או מוסר בדרך כלשהי כדי לזהות את השפעתו על הפנוטיפ של האורגניזם כולו כדרך לקבוע את תפקודו.

    חיבורי אמנות

    איור\(\PageIndex{6}\): מדוע דולי הייתה פין-דורסט ולא כבשה סקוטית בלקפייס?

    תשובה

    כי למרות שהתא המקורי הגיע מכבשה סקוטית Blackface והאם הפונדקאית הייתה Blackface סקוטית, ה- DNA הגיע מפין-דורסט.

    רשימת מילים

    חישול
    בביולוגיה מולקולרית, התהליך שבו שני גדילים בודדים של מימן DNA נקשרים בנוקלאוטידים משלימים ליצירת מולקולה דו-גדילית
    ביוטכנולוגיה
    השימוש בשיטות מלאכותיות לשינוי החומר הגנטי של אורגניזמים חיים או תאים לייצור תרכובות חדשות או לביצוע פונקציות חדשות
    שיבוט
    ייצור עותק מדויק - במיוחד עותק גנטי מדויק - של גן, תא או אורגניזם
    ג'ל אלקטרופורזה
    טכניקה המשמשת להפרדת מולקולות על בסיס יכולתן לנדוד דרך ג'ל מוצק למחצה בתגובה לזרם חשמלי
    הנדסה גנטית
    שינוי המבנה הגנטי של אורגניזם בשיטות המולקולריות של הביוטכנולוגיה
    אורגניזם מהונדס גנטית (GMO)
    אורגניזם שהגנום שלו השתנה באופן מלאכותי
    פלסמיד
    מולקולה מעגלית קטנה של DNA המצויה בחיידקים המשתכפלת ללא תלות בכרומוזום החיידקי הראשי; פלסמידים מקודדים לכמה תכונות חשובות לחיידקים ויכולים לשמש כווקטורים להובלת DNA לחיידקים ביישומי הנדסה גנטית
    תגובת שרשרת פולימראז (PCR)
    טכניקה המשמשת ליצירת עותקים מרובים של DNA
    DNA רקומביננטי
    שילוב של שברי DNA הנוצרים על ידי שיבוט מולקולרי שאינו קיים בטבע
    חלבון רקומביננטי
    חלבון המתבטא ממולקולות DNA רקומביננטיות
    אנזים הגבלה
    אנזים שמזהה רצף נוקלאוטידים ספציפי ב-DNA וחותך את הגדיל הכפול של ה-DNA באותו אתר זיהוי, לעתים קרובות עם חתך מדורג ומשאיר גדילים בודדים קצרים או קצוות "דביקים"
    גנטיקה הפוכה
    צורה של ניתוח גנטי שעושה מניפולציה של DNA כדי לשבש או להשפיע על תוצר הגן כדי לנתח את תפקוד הגן
    שיבוט רבייה
    שיבוט של אורגניזמים שלמים
    מהונדס
    תיאור אורגניזם שמקבל DNA ממין אחר

    תורמים וייחוסים