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遺伝子工学
これは、遺伝子工学に関するマインドマップです。遺伝子組み換え技術やその他の技術を通じて、生物に新しい遺伝的特性を与え、人々のニーズをより満たす新しいタイプの生物や生物製品を作り出すことができます。
Edited at 2024-03-25 10:55:46
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遺伝子工学
基本
意味
人々の望みに応じて、遺伝子組み換えなどの技術によって生物に新たな遺伝的特性を与え、人々のニーズに応える新しい種類の生物や生物由来製品を生み出します。
原理
遺伝子スプライシングの理論的基礎
DNAは遺伝物質です
DNA の構成要素は dNTP です
DNAの空間構造は規則的な二重らせん構造です
レシピエントにおける外来遺伝子発現の理論的根拠
遺伝子は独立した遺伝単位です
遺伝情報の伝達はセントラルドグマに従う
遺伝コードを共有する
組換えDNA技術の基本ツール
制限エンドヌクレアーゼ 「分子メス」
一次情報
原核生物から分離および精製
効果
二本鎖 DNA 分子の特定のヌクレオチド配列を認識し、各鎖の特定の位置でホスホジエステル結合を切断します。
例：EcoR G↓AATTC、Sma が認識可能 CCC↓GGG が認識可能
切断形状
粘着性のある端
平らな端
DNAリガーゼ 「分子縫合針」
効果
二本鎖 DNA 断片を結合して、制限酵素によって切断された 2 つのヌクレオチド間のホスホジエステル結合を復元します
分類
大腸菌 DNA リガーゼ
ソース
大腸菌から分離
特徴
相補的な粘着末端を持つ DNA フラグメントのみを結合できます
T4 DNA リガーゼ
ソース
T4 バクテリオファージから分離
特徴
相補的な粘着末端と平滑末端の両方を接続できますが、平滑末端は効率が低くなります
レシピエント細胞への遺伝子侵入のためのベクター 「分子トランスポーター」
よく使われる通信事業者
プラスミド、ファージ、動植物ウイルス
プラスミド: 真核細胞の核または原核細胞の核様体 DNA から独立しており、自己複製能力を持つ、裸の単純な構造の環状二本鎖 DNA 分子。
必要とする
① 受容細胞に対して無害であり、受容細胞の通常の生命活動に影響を与えません。
②レシピエント細胞内で複製し安定に保存可能
③スクリーニング・同定のためのマーカー遺伝子を保有している
④制限酵素切断部位を複数有する
DNAの抽出と同定
実験原理
①DNAはアルコールに溶けないが、タンパク質によっては溶ける - DNAとタンパク質の予備分離
②DNAは2mol/L NaCl溶液に溶解可能
③ジフェニルアミン試薬を当てるとDNAが青く見える
方法
グラインド
不純物を除去する
濾過後、冷却/遠心分離し、上清を採取します。
抽出する
95%アルコール溶液を加えると溶液中に白い糸状の物体が現れる → 丸めてガラス棒で遠心分離し、沈殿を取り出し乾燥する
識別
ジフェニルアミン試薬を使用した識別 - 沈殿物/フィラメントが青色に見える
遺伝子工学の基本操作
標的遺伝子のスクリーニングと取得
適切な標的遺伝子のスクリーニング
意味
レシピエント細胞の性質を変化させたり、期待される発現産物を得るために使用される遺伝子など。
効果
生物学的ストレス耐性、高品質、医薬品の生産、非毒性分解および工業用酵素に関連
例えば
Bt 耐虫性タンパク質遺伝子 - バチルス・チューリンジエンシスによって生成されるバチルス・チューリンジエンシス伴細胞結晶タンパク質に由来し、ワタボウシを殺すことができます。
フィルター
構造が既知で機能が明らかな関連遺伝子の中から、適切な標的遺伝子をスクリーニング
PCR (ポリメラーゼ連鎖反応) を使用して目的の遺伝子を取得および増幅します
意味
半保存的DNA複製の原理に基づいて、DNA複製に関わる様々な成分や反応条件を試験管内に提供し、目的遺伝子の塩基配列を大規模に複製する技術。
基本条件
高温
開いたDNA二本鎖
DNA親鎖
DNA複製のためのテンプレートを提供します
dNTP
サブチェーンを合成するための原材料を提供します
DNAポリメラーゼ
DNA娘鎖の合成を触媒します
プライマー
DNA ポリメラーゼがプライマーの 3' 末端から開始してデオキシヌクレオチドをライゲートできるようにします
ATP
ヘリカーゼ
作曲の方向性
娘鎖の 5' 末端から 3' 末端まで伸ばす
反応過程
性転換者
温度が 90°C 以上になると、二本鎖 DNA が解重合して一本鎖になります。
復元
温度が約 50°C まで下がると、2 つのプライマーは相補的な塩基対形成を通じて 2 つの一本鎖 DNA と結合します。
伸ばす
温度が約 72°C まで下がると、ATCG は相補的塩基対形成の原理に従って、TaqDNA ポリメラーゼの作用下で新しい DNA 鎖を合成します。
遺伝子発現ベクターの構築
目的
遺伝子をレシピエントの細胞内に安定して存在させ、次世代に受け継がせる
標的遺伝子の発現と機能を可能にする
構成
プロモーター
RNA ポリメラーゼが認識して結合し、遺伝子を mRNA に転写する部位
ターミネーター
希望の位置で転写を停止します
マーカー遺伝子
レシピエント細胞に標的遺伝子が含まれているかどうかを識別し、標的遺伝子を含む細胞をスクリーニングします
標的遺伝子
コピー元
ビルドプロセス
①ある制限酵素を使ってベクターを切断し、ニックを作る
② 同一の制限酵素、または同一末端を生成する制限酵素を使用して、目的の遺伝子を含むDNA断片を切断します。
③ DNA リガーゼを使用して、標的遺伝子断片をベクターのニックに接続し、組換え DNA 分子を形成します
真核細胞遺伝子の基本構造
逆転写によって生成される標的遺伝子にはイントロン、プロモーター、ターミネーターがないため、原核細胞のRNAポリメラーゼは真核遺伝子のプロモーター配列を認識できません。
チップ
二重酵素消化を使用して、リバース ライゲーションまたはセルフ ライゲーションを防ぐことができます。
目的の遺伝子をレシピエント細胞に導入します
植物細胞をインポートする
花粉管の通過方法
方法
マイクロシリンジを使用して、標的遺伝子を含むDNA溶液を卵巣に直接注入します。
受粉後、柱頭を切断し、花柱の切断面にDNA溶液を滴下し、花粉管通路を通って目的の遺伝子を胚のうの中に侵入させます。
アグロバクテリウムの形質転換法
ステップ
① Ti プラスミドの T-DNA に目的遺伝子を挿入し、目的遺伝子を含む組換えプラスミドを取得します。
②この組換えプラスミドをアグロバクテリウムに導入し、組換えプラスミドアグロバクテリウムを取得する
③植物受容体細胞にアグロバクテリウムを導入する
④T-DNAをレシピエント細胞に導入し、目的遺伝子をレシピエント細胞のDNA染色体に組み込み、安定に維持・発現させます。
遺伝子銃法
圧縮ガスによって発生する力を利用して、金属粒子の表面に包まれた発現ベクターDNAを受容体に打ち込み、目的の遺伝子を組み込んで発現させます。
動物細胞を輸入する
マイクロインジェクション
マイクロインジェクションは、動物の受精卵にマイクロインジェクターを用いて目的の遺伝子を注入し、メスの動物の卵管や子宮に移植することで、新たな形質を持った動物に成長させます。
微生物細胞の導入
Ca2⁺治療法
細胞を Ca2+ で処理してコンピテントセルにし、周辺環境の DNA 分子を吸収して形質転換を完了します。
標的遺伝子の検出と同定
分子レベル
輸入
PCR技術は、標的遺伝子がレシピエント細胞の染色体に挿入されているかどうかを検出します。
転写する
PCR技術は、標的遺伝子がmRNAに転写されたかどうかを検出します
翻訳する
抗原抗体ハイブリダイゼーション技術により、標的遺伝子が特定のタンパク質に翻訳されるかどうかを検出します
個人レベル
害虫に強い植物 – 害虫が食べる – 害虫が死ぬかどうか
病気に強い植物 – ウイルス感染 – 症状が現れるかどうか
塩分/除草剤耐性植物 – 塩水/除草剤の水やり – 正常に成長していますか?
標的遺伝子産物が得られる遺伝子生物（抽出され、天然産物と比較される）が正常であるかどうか
遺伝子工学の応用
農業および畜産
植物の品質を向上させる
遺伝子組み換え耐虫性植物
遺伝子組み換え耐病性植物
遺伝子組み換え除草剤耐性植物
植物の品質を向上させる
動物の品質を向上させる
動物の成長率を高める
畜産物の品質向上
医学と健康
遺伝子組み換え微生物、動物、植物を使用して医薬品を製造する
哺乳類を利用して医薬品を大量生産する
ブレスト（ルーム）バイオリアクター
移植臓器工場設立の構想を実現
遺伝子治療
体外療法
遺伝子欠損ウイルスを体内から分離 → 体外で形質転換・増幅 → 体内（リンパ球）に移入
インビボ治療
正常な遺伝子を搭載したベクターを患者の組織細胞（肺組織）に直接導入します。
食品業界
工業用アミノ酸
工業用酵素
遺伝子ライブラリーから標的遺伝子を単離
cDNA 内の遺伝子: 小さな塩基と短い遺伝子