Skip to main content
Global

17.1C: שיבוט מולקולרי וסלולרי

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    209615

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

    שיבוט מולקולרי משחזר את האזורים או השברים הרצויים של הגנום, ומאפשר מניפולציה ומחקר של גנים.

    מטרות למידה
    • תאר את תהליך השיבוט המולקולרי

    נקודות מפתח

    • שיבוט שברים קטנים של גנום מאפשר לחקור גנים ספציפיים, מוצרי החלבון שלהם ואזורים שאינם מקודדים בבידוד.
    • פלסמיד, המכונה גם וקטור, הוא מולקולת DNA עגולה קטנה המשתכפלת ללא תלות ב- DNA הכרומוזומלי; ניתן להשתמש בו כדי לספק "תיקיה" בה ניתן להכניס שבר DNA רצוי.
    • מולקולות DNA רקומביננטיות הן פלסמידים עם DNA זר המוחדר לתוכם; הם נוצרים באופן מלאכותי מכיוון שהם אינם מתרחשים בטבע.
    • חיידקים ושמרים מייצרים באופן טבעי שיבוטים של עצמם כאשר הם משתכפלים באופן א-מיני באמצעות שיבוט תאי.

    מונחי מפתח

    • DNA רקומביננטי: DNA שהונדס על ידי שחבור שברי DNA ממינים מרובים והוכנס לתאי המארח
    • שיבוט מולקולרי: שיטה ביולוגית היוצרת מולקולות DNA זהות רבות ומכוונת את שכפולן בתוך אורגניזם מארח
    • פלסמיד: מעגל של DNA דו-גדילי הנפרד מהכרומוזומים, המצוי בחיידקים ובפרוטוזואה

    שיבוט מולקולרי

    באופן כללי, המילה "שיבוט" פירושה יצירת העתק מושלם; עם זאת, בביולוגיה, היצירה מחדש של אורגניזם שלם מכונה "שיבוט רבייה". הרבה לפני שנעשו ניסיונות לשבט אורגניזם שלם, החוקרים למדו כיצד לשחזר אזורים רצויים או שברי הגנום, תהליך המכונה שיבוט מולקולרי.

    שיבוט שברים קטנים של הגנום מאפשר מניפולציה ומחקר של גנים ספציפיים (ומוצרי החלבון שלהם) או אזורים לא מקודדים בבידוד. פלסמיד (נקרא גם וקטור) הוא מולקולת DNA מעגלית קטנה המשתכפלת ללא תלות ב-DNA הכרומוזומלי. בשיבוט ניתן להשתמש במולקולות הפלסמיד כדי לספק "תיקיה" שבה ניתן להכניס שבר DNA רצוי. פלסמידים מוחדרים בדרך כלל למארח חיידקי לצורך התפשטות. בהקשר החיידקי, שבר ה- DNA מהגנום האנושי (או הגנום של אורגניזם אחר הנחקר) מכונה DNA זר (או טרנסגן) כדי להבדיל אותו מה- DNA של החיידק, הנקרא ה- DNA המארח.

    פלסמידים מופיעים באופן טבעי באוכלוסיות חיידקים (כגון Escherichia coli) ויש להם גנים שיכולים לתרום תכונות חיוביות לאורגניזם כגון עמידות לאנטיביוטיקה (היכולת להיות לא מושפעת מאנטיביוטיקה). פלסמידים עוצבו מחדש והונדסו כווקטורים לשיבוט מולקולרי וייצור בקנה מידה גדול של ריאגנטים חשובים כגון אינסולין והורמון גדילה אנושי. מאפיין חשוב של וקטורי פלסמיד הוא הקלות שבה ניתן להכניס קטע DNA זר דרך אתר השיבוט המרובה (MCS). ה-MCS הוא רצף DNA קצר המכיל מספר אתרים שניתן לחתוך עם אנדונוקליזות הגבלה שונות הזמינות. אנדונוקליזות הגבלה מזהות רצפי DNA ספציפיים וחותכות אותם באופן צפוי; הם מיוצרים באופן טבעי על ידי חיידקים כמנגנון הגנה מפני DNA זר. אנדונוקלאזות הגבלה רבות עושות חתכים מדורגים בשני גדילי ה-DNA, כך שלקצוות החתוכים יש תלייה חד-גדילית של 2 או 4 בסיסים. מכיוון שתלויים אלה מסוגלים לחשול עם מתלים משלימים, אלה נקראים "קצוות דביקים". תוספת של אנזים הנקרא DNA ligase מצטרפת לצמיתות לשברי ה-DNA באמצעות קשרי פוספודיסטר. בדרך זו, ניתן לחבר כל שבר DNA שנוצר על ידי מחשוף אנדונוקלאז הגבלה בין שני הקצוות של DNA פלסמיד שנחתך עם אותו אנדונוקלאז הגבלה.

    דמות
    איור\(\PageIndex{1}\): שיבוט מולקולרי: דיאגרמה זו מציגה את השלבים הכרוכים בשיבוט מולקולרי, שבהם משוחזרים אזורים או שברי גנום כדי לאפשר מחקר או מניפולציה של גנים ומוצרי החלבון שלהם.

    מולקולות DNA רקומביננטיות

    פלסמידים עם DNA זר המוחדר לתוכם נקראים מולקולות DNA רקומביננטיות מכיוון שהם נוצרים באופן מלאכותי ואינם מתרחשים בטבע. הם נקראים גם מולקולות כימריות מכיוון שניתן לייחס את מקורם של חלקים שונים במולקולות למינים שונים של אורגניזמים ביולוגיים או אפילו לסינתזה כימית. חלבונים המתבטאים ממולקולות DNA רקומביננטיות נקראים חלבונים רקומביננטיים. לא כל הפלסמידים הרקומביננטיים מסוגלים לבטא גנים. ייתכן שיהיה צורך להעביר את ה-DNA הרקומביננטי לווקטור (או מארח) אחר המיועד טוב יותר לביטוי 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 סלולרי

    אורגניזמים חד-תאיים, כגון חיידקים ושמרים, מייצרים באופן טבעי שיבוטים של עצמם כאשר הם משתכפלים באופן א-מיני על ידי ביקוע בינארי; זה ידוע בשם שיבוט תאי. ה- DNA הגרעיני משוכפל בתהליך המיטוזה, היוצר העתק מדויק של החומר הגנטי.