نوع من
الراتب
يدرس علماء الأحياء الجزيئية العمليات الجزيئية كأساس لجميع عمليات الحياة. بناءً على النتائج التي تم الحصول عليها ، يطورون مفاهيم لاستخدام العمليات الكيميائية الحيوية ، على سبيل المثال ، في البحث الطبي والتشخيص أو في التكنولوجيا الحيوية. بالإضافة إلى ذلك ، قد يشاركون في تصنيع المنتجات الصيدلانية أو تطوير المنتجات أو ضمان الجودة أو الاستشارات الصيدلانية.
يمكن لعلماء الأحياء الجزيئية العمل في مجالات مختلفة. على سبيل المثال ، تتعلق باستخدام نتائج البحث للإنتاج في مجالات مثل الهندسة الوراثية أو كيمياء البروتين أو علم العقاقير (اكتشاف الأدوية). في الصناعات الكيميائية والصيدلانية ، يسهلون إدخال المنتجات المطورة حديثًا من البحث إلى الإنتاج وتسويق المنتجات واستشارات المستخدم.
في البحث العلمي ، يدرس علماء الأحياء الجزيئية الخصائص الكيميائية والفيزيائية للمركبات العضوية ، وكذلك العمليات الكيميائية (في مجال التمثيل الغذائي الخلوي) في الكائنات الحية وينشرون نتائج البحث. في مؤسسات التعليم العالي ، يقومون بتدريس الطلاب ، والاستعداد للمحاضرات والندوات ، والتحقق من الأعمال الكتابية ، وإجراء الاختبارات. لا يمكن ممارسة النشاط العلمي المستقل إلا بعد الحصول على درجتي الماجستير والطبيب.
يجد علماء الأحياء الجزيئية وظائف مثل
الراتب الذي يتقاضاه علماء الأحياء الجزيئية في ألمانيا هو
(حسب مختلف المكاتب الإحصائية وخدمات التوظيف في ألمانيا)
يدرس علماء الأحياء الجزيئية العمليات الجزيئية كأساس لجميع عمليات الحياة. بناءً على النتائج التي تم الحصول عليها ، يطورون مفاهيم لاستخدام العمليات الكيميائية الحيوية ، على سبيل المثال ، في البحث الطبي والتشخيص أو في التكنولوجيا الحيوية. بالإضافة إلى ذلك ، قد يشاركون في تصنيع المنتجات الصيدلانية أو تطوير المنتجات أو ضمان الجودة أو الاستشارات الصيدلانية.
يتعامل علم الأحياء الجزيئي أو علم الوراثة الجزيئي مع دراسة التركيب والتركيب الحيوي للأحماض النووية والعمليات المرتبطة بنقل وتنفيذ هذه المعلومات في شكل بروتينات. هذا يجعل من الممكن فهم الاختلالات المؤلمة لهذه الوظائف ، وربما علاجها بالعلاج الجيني. هناك واجهات للتكنولوجيا الحيوية والهندسة الوراثية يتم فيها إنشاء كائنات بسيطة مثل البكتيريا والخميرة لجعل المواد ذات الأهمية الدوائية أو التجارية متاحة تجاريًا من خلال الطفرات المستهدفة.
تقدم الصناعة الصيدلانية والكيميائية العديد من مجالات العمل لعلماء الأحياء الجزيئية. في بيئة صناعية ، يقومون بتحليل عمليات التحول البيولوجي أو تطوير وتحسين عمليات الإنتاج الميكروبيولوجي للمكونات النشطة والوسائط الصيدلانية. بالإضافة إلى ذلك ، يشاركون في انتقال المنتجات المطورة حديثًا من البحث إلى الإنتاج. من خلال مهام التحقق الخاصة بهم ، يتأكدون من أن مرافق التصنيع والمعدات والأساليب التحليلية وجميع خطوات إنتاج المنتجات الحساسة مثل الأدوية تفي دائمًا بمعايير الجودة المطلوبة. بالإضافة إلى ذلك ، ينصح علماء الأحياء الجزيئية المستخدمين باستخدام المنتجات الجديدة.
غالبًا ما يكون برنامج الماجستير مطلوبًا للمناصب القيادية.
في مجال العلوم والبحث ، يتعامل علماء الأحياء الجزيئية مع موضوعات مثل التعرف على البروتينات في الخلية ونقلها وطيها وتدوينها. يتم نشر نتائج البحث ، التي تشكل أساس التطبيق العملي في مختلف المجالات ، وبالتالي إتاحتها للعلماء والطلاب الآخرين. في المؤتمرات والمؤتمرات ، يناقشون ويقدمون نتائج الأنشطة العلمية. يلقي علماء الأحياء الجزيئية محاضرات وندوات ، ويوجهون العمل العلمي ويأخذون الامتحانات.
تتطلب الأنشطة البحثية المستقلة درجتي الماجستير والدكتوراه.
1 المقدمة.
موضوع ومهام وطرق البيولوجيا الجزيئية وعلم الوراثة. قيمة علم الوراثة وعلم الوراثة "الكلاسيكي" للكائنات الدقيقة في تطوير البيولوجيا الجزيئية والهندسة الوراثية. مفهوم الجين في علم الوراثة "الكلاسيكي" والجزيئي وتطوره. مساهمة منهجية الهندسة الوراثية في تطوير علم الوراثة الجزيئي. القيمة التطبيقية للهندسة الوراثية للتكنولوجيا الحيوية.
2. الأساس الجزيئي للوراثة.
مفهوم الخلية ، تكوينها الجزيئي. طبيعة المادة الوراثية. تاريخ إثبات الوظيفة الجينية للحمض النووي.
2.1. أنواع مختلفة من الأحماض النووية.الوظائف البيولوجية للأحماض النووية. التركيب الكيميائي والتركيب المكاني والخواص الفيزيائية للأحماض النووية. ملامح بنية المادة الجينية من المؤيِّدات وحقيقيات النوى. أزواج قاعدة Watson-Crick التكميلية. الكود الجيني. تاريخ فك الشفرة الجينية. الخصائص الرئيسية للكود: التثليث ، الكود بدون فاصلات ، الانحطاط. ميزات قاموس الكود ، وعائلات الكودونات ، والكودونات الدلالية و "اللامعقولة". جزيئات الدنا الدائرية ومفهوم الالتفاف الفائق للحمض النووي. ايزومرات الحمض النووي وأنواعها. آليات عمل توبيزوميراز. الجيروسكوب DNA للبكتيريا.
2.2. نسخ الحمض النووي.بوليميراز الحمض النووي الريبي من بدائيات النوى ووحدته الفرعية وهياكله ثلاثية الأبعاد. مجموعة متنوعة من عوامل سيجما. محفز الجينات بدائية النواة ، عناصره الهيكلية. مراحل دورة النسخ. البدء ، تشكيل "مجمع مفتوح" ، استطالة وإنهاء النسخ. إضعاف النسخ. تنظيم التعبير عن أوبرا التربتوفان. "مفاتيح ريبو". آليات إنهاء النسخ. التنظيم السلبي والإيجابي للنسخ. أوبرا اللاكتوز. تنظيم النسخ في تطوير فجّ لامدا. مبادئ التعرف على الحمض النووي بواسطة البروتينات التنظيمية (بروتين CAP و lambda phage repressor). ميزات النسخ في حقيقيات النوى. معالجة الحمض النووي الريبي في حقيقيات النوى. السد والربط وبولي أدينيللين من النصوص. آليات الربط. دور الحمض النووي الريبي النووي الصغير وعوامل البروتين. التضفير البديل ، أمثلة.
2.3 إذاعة، مراحلها ، وظيفة الريبوسومات. توطين الريبوسومات في الخلية. أنواع بدائية النواة وحقيقية النواة من الريبوسومات ؛ 70S و 80S الريبوسومات. مورفولوجيا الريبوسومات. التقسيم إلى جسيمات فرعية (وحدات فرعية). الارتباط المعتمد على الكودون لـ aminoacyl-tRNA في دورة الاستطالة. تفاعل Codon-Anticodon. مشاركة عامل الاستطالة EF1 (EF-Tu) في ارتباط aminoacyl-tRNA بالريبوسوم. عامل الاستطالة EF1B (EF-Ts) ، وظيفته ، تسلسل التفاعلات بمشاركته. تؤثر المضادات الحيوية على مرحلة الارتباط المعتمد على الكودون لـ aminoacyl-tRNA بالريبوسوم. المضادات الحيوية أمينوغليكوزيد (ستربتومايسين ، نيومايسين ، كاناميسين ، جنتاميسين ، إلخ) ، آلية عملها. التتراسيكلين كمثبطات لربط aminoacyl-tRNA بالريبوسوم. بدء البث. المراحل الرئيسية لعملية البدء. بدء الترجمة في بدائيات النوى: عوامل البدء ، رموز البدء ، 3-نهاية RNA للوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة وتسلسل Shine-Dalgarno في mRNA. بدء الترجمة في حقيقيات النوى: عوامل البدء ، رموز البدء ، 5 ¢ منطقة غير مترجمة ، وبدء "طرفي" يعتمد على الغطاء. بدء "داخلي" مستقل عن الغطاء في حقيقيات النوى. رشح. مثبطات Transpeptidation: كلورامفينيكول ، لينكومايسين ، أميسيتين ، ستربتوجرينات ، أنيسوميسين. النقل. مشاركة عامل الاستطالة EF2 (EF-G) و GTP. مثبطات الانتقال: حمض الفوسيديك ، فيوميسين ، آليات عملها. إنهاء البث. رموز الإنهاء. عوامل إنهاء البروتين بدائيات النوى وحقيقيات النوى ؛ فئتين من عوامل الإنهاء وآليات عملها. تنظيم الترجمة في بدائيات النوى.
2.4 تكرار الحمض النوويوالتحكم الجيني. البوليميرات المشاركة في النسخ المتماثل ، خصائص أنشطتها الأنزيمية. دقة استنساخ الحمض النووي. دور التفاعلات الفراغية بين أزواج قواعد الحمض النووي أثناء النسخ المتماثل. الإشريكية القولونية بوليميراز الأول والثاني والثالث. وحدات فرعية بوليميراز الثالث. شوكة النسخ المتماثل والخيوط الرئيسية والمتأخرة في النسخ المتماثل. شظايا أوكازاكي. مركب من البروتينات في شوكة النسخ المتماثل. تنظيم بدء النسخ المتماثل في الإشريكية القولونية. إنهاء تكاثر البكتيريا. ميزات تنظيم تكاثر البلازميد. تكرار الحلقة ثنائية الاتجاه والمتداول.
2.5 إعادة التركيبوأنواعها ونماذجها. إعادة التركيب العام أو المتماثل. الحمض النووي مزدوج الخيط يكسر بدء إعادة التركيب. دور إعادة التركيب في الإصلاح اللاحق للكسر المزدوج الخيطي. هيكل عطلة في نموذج إعادة التركيب. إنزيمات إعادة التركيب العام في الإشريكية القولونية. مجمع RecBCD. بروتين ريكا. دور إعادة التركيب في ضمان تخليق الحمض النووي في حالة تلف الحمض النووي الذي يقطع التكاثر. إعادة التركيب في حقيقيات النوى. إنزيمات إعادة التركيب في حقيقيات النوى. إعادة التركيب الخاصة بالموقع. الاختلافات في الآليات الجزيئية لإعادة التركيب العام والخاص بالموقع. تصنيف إعادة التركيب. أنواع عمليات إعادة ترتيب الكروموسومات التي يتم إجراؤها أثناء إعادة التركيب الخاص بالموقع. الدور التنظيمي لإعادة التركيب الخاص بالموقع في البكتيريا. بناء الكروموسومات لحقيقيات النوى متعددة الخلايا باستخدام نظام إعادة تركيب الملتهمة الخاص بالموقع.
2.6. إصلاح الحمض النووي.تصنيف أنواع الإصلاح. الإصلاح المباشر لثايمين الثايمين والجوانين الميثيل. قطع القواعد. جليكوسيلاز. آلية إصلاح النيوكليوتيدات غير المتزاوجة (إصلاح عدم التطابق). اختيار خيط الحمض النووي المراد إصلاحه. إصلاح SOS. خصائص بوليميرات الحمض النووي المشاركة في إصلاح SOS في بدائيات النوى وحقيقيات النوى. مفهوم "الطفرات التكيفية" في البكتيريا. إصلاح فواصل الخيط المزدوج: إعادة التركيب المتماثل بعد التكاثر ودمج الأطراف غير المتجانسة لجزيء الحمض النووي. العلاقة بين عمليات النسخ المتماثل وإعادة التركيب والإصلاح.
3. عملية الطفرات.
دور المسوخات البيوكيميائية في تكوين جين واحد - نظرية إنزيم واحد. تصنيف الطفرات. الطفرات النقطية وإعادة ترتيب الكروموسومات ، آلية تكوينها. الطفرات العفوية والمستحثة. تصنيف المطفرات. آلية الطفرات الجزيئية. العلاقة بين الطفرات والإصلاح. تحديد واختيار المسوخ. قمع: داخل الجينات ، بين الجينات والنمط المظهري.
4. العناصر الوراثية خارج الصبغيات.
البلازميدات ، هيكلها وتصنيفها. العامل الجنسي F ، هيكله ودورة حياته. دور العامل F في تحريك نقل الكروموسومات. تكوين متبرعين مثل Hfr و F ". آلية الاقتران. الجراثيم ، هيكلها ودورة حياتها. عاثيات خبيثة ومتوسطة. استسالة وتوصيل. نقل عام وخاص. ترحيل العناصر الجينية: ترانسبوزونات وتسلسلات IS ، دورها في التبادل الجيني .الدنا - الينقولات في جينومات بدائيات النوى وحقيقيات النوى IS- تسلسل البكتيريا ، هيكلها IS- تسلسل كمكوّن من عامل F للبكتيريا ، والتي تحدد القدرة على نقل المواد الجينية أثناء الاقتران Transposons من البكتيريا والكائنات حقيقية النواة مباشرة الآليات غير التكاثرية والنسخية للتبديل مفهوم النقل الأفقي لليقولات ودورها في إعادة الترتيب الهيكلي (إعادة التركيب خارج الرحم) وفي تطور الجينوم.
5. دراسة تركيب ووظيفة الجين.
عناصر التحليل الجيني. اختبار تكامل رابطة الدول المستقلة. رسم الخرائط الجينية باستخدام الاقتران والتوصيل والتحويل. بناء الخرائط الجينية. رسم الخرائط الجينية الدقيقة. التحليل الفيزيائي لبنية الجين. تحليل مضاعف مضاعف تحليل القيود. طرق التسلسل. تفاعل البلمرة المتسلسل. تحديد وظيفة الجين.
6. تنظيم التعبير الجيني. مفاهيم Operon و Regulon. السيطرة على مستوى بدء النسخ. المروج والمشغل والبروتينات المنظمة. التحكم الإيجابي والسلبي في التعبير الجيني. التحكم في مستوى إنهاء النسخ. الاوبرونات التي يتحكم فيها الكاتابوليت: نماذج من اللاكتوز والجالاكتوز والأرابينوز والمالتوز. الأوبرا التي يتحكم فيها المخفف: نموذج لأوبرا التربتوفان. تنظيم متعدد التكافؤ للتعبير الجيني. أنظمة عالمية للتنظيم. الاستجابة التنظيمية للتوتر. مراقبة ما بعد النسخ. توصيل سيغال. التنظيم بوساطة RNA: RNAs صغير ، RNAs حسي.
7. أساسيات الهندسة الوراثية. إنزيمات التقييد والتعديل. عزل واستنساخ الجينات. نواقل الاستنساخ الجزيئي. مبادئ بناء الحمض النووي المؤتلف وإدخالها في الخلايا المتلقية. الجوانب التطبيقية للهندسة الوراثية.
1. Watson J.، Ace J.، Recombinant DNA: A Short Course. - م: مير ، 1986.
2. الجينات. - م: مير. 1987.
3. البيولوجيا الجزيئية: التركيب والتركيب الحيوي للأحماض النووية. / إد. ... - مدرسة ثانوية م. 1990.
4. ، - التكنولوجيا الحيوية الجزيئية. م 2002.
5. ريبوسومات السبيرين والتخليق الحيوي للبروتين. - م: المدرسة العليا 1986.
1. خسين من الجينوم. - م: العلوم. 1984.
2. الهندسة الوراثية Rybchin. - SPb.: SPbSTU. 1999.
3. باتروشيف الجينات. - م: نوكا ، 2000.
4. علم الأحياء الدقيقة الحديث. بدائيات النوى (في مجلدين). - م: مير ، 2005.
5. إم سينجر ، بي بيرج. الجينات والجينومات. - م: مير ، 1998.
6. هندسة كسارات البندق. - نوفوسيبيرسك: من Sib. الجامعة ، 2004.
7. علم الأحياء ستيبانوف. هيكل ووظيفة البروتينات. - م: ف.ش. ، 1996.
البيولوجيا الجزيئية / م ə لɛ إلىيʊ لər / هو فرع من فروع علم الأحياء يتعامل مع الأساس الجزيئي للنشاط البيولوجي بين الجزيئات الحيوية في أنظمة الخلايا المختلفة ، بما في ذلك التفاعلات بين DNA و RNA والبروتينات وتكوينها الحيوي ، فضلاً عن تنظيم هذه التفاعلات. التسجيل في طبيعة سجيةفي عام 1961 ، وصف أستبري البيولوجيا الجزيئية:
ليس أسلوبًا بقدر ما هو أسلوب ، نهج من وجهة نظر ما يسمى بالعلوم الأساسية مع الفكرة الرائدة للبحث أسفل المظاهر واسعة النطاق للبيولوجيا الكلاسيكية للخطة الجزيئية المقابلة. وهي معنية ، على وجه الخصوص ، بـ نماذجالجزيئات البيولوجية و [...] في الغالب ثلاثية الأبعاد وهيكلية - وهذا لا يعني ، مع ذلك ، أن هذا مجرد تنقيح للتشكل. يجب عليه في نفس الوقت استكشاف التكوين والوظيفة.
يستخدم الباحثون في مجال البيولوجيا الجزيئية طرقًا محددة لتنمية البيولوجيا الجزيئية ، لكنهم يجمعونها أكثر فأكثر مع طرق وأفكار من علم الوراثة والكيمياء الحيوية. لا يوجد خط محدد بين هذه التخصصات. هذا موضح في الرسم البياني التالي ، الذي يصور نوعًا واحدًا من العلاقة الممكنة بين الحقول:
يعد الاستنساخ الجزيئي أحد أبسط تقنيات البيولوجيا الجزيئية لدراسة وظيفة البروتين. في هذه التقنية ، يتم استنساخ DNA الذي يشفر بروتينًا مهمًا عن طريق تفاعل البلمرة المتسلسل (PCR) و / أو إنزيمات التقييد في البلازميد (ناقل التعبير). للناقل ثلاث سمات مميزة: أصل النسخ ، موقع استنساخ متعدد (MCS) ، وعلامة قابلة للتحديد ، عادة مقاومة للمضادات الحيوية. مواقع الاستنساخ المتعددة في المنبع هي مناطق مروج ومواقع بدء النسخ التي تنظم التعبير عن الجين المستنسخ. يمكن إدخال هذا البلازميد في الخلايا البكتيرية أو الحيوانية. يمكن إدخال الحمض النووي في الخلايا البكتيرية عن طريق التحويل باستخدام امتصاص الحمض النووي العاري ، أو الاقتران باستخدام ملامسات الخلايا الخلوية ، أو عن طريق التنبيغ باستخدام ناقل فيروسي. يُطلق على إدخال الحمض النووي في الخلايا حقيقية النواة ، مثل الخلايا الحيوانية ، بوسائل فيزيائية أو كيميائية ، ترنسفكأيشن. تتوفر عدة طرق مختلفة تعداء ، مثل تعداء فوسفات الكالسيوم ، والتثقيب الكهربائي ، والحقن المجهري ، وترنسفكأيشن الليبوزومات. يمكن دمج البلازميد في الجينوم ، مما يؤدي إلى تعداء مستقر ، أو يمكن أن يظل مستقلاً عن الجينوم ، وهو ما يسمى تعداء عابر.
يمكن الآن التعبير عن بروتينات ترميز الحمض النووي ذات الأهمية داخل الخلية والبروتينات. تساعد الأنظمة المتنوعة مثل المحفزات المحفزة وعوامل الإشارة الخلوية المحددة في التعبير عن اهتمام البروتين بمستويات عالية. يمكن بعد ذلك استعادة كميات كبيرة من البروتين من الخلية البكتيرية أو حقيقية النواة. يمكن اختبار نشاط إنزيمي للبروتين في مواقف مختلفة ، ويمكن بلورة البروتين بحيث يمكن دراسة هيكله الثلاثي ، أو في صناعة الأدوية ، يمكن دراسة نشاط الأدوية الجديدة ضد البروتين.
مصطلحات شمالي , غربو شرقيةالنشاف يأتي من ما كان في الأصل علم الأحياء الجزيئي مزحة لعبت على المصطلح Southernnet، باتباع الإجراء الذي وصفه Edwin Southern لتهجين DNA BLOTTED. باتريشيا توماس ، مطورة RNA النشاف ، والذي أصبح يعرف فيما بعد باسم الشمال - النشاف، لا تستخدم هذا المصطلح حقًا.
تم تسمية اللطخة الجنوبية على اسم مخترعها ، عالم الأحياء إدوين ساوث ، وهي طريقة لفحص وجود تسلسل محدد للحمض النووي في عينة الحمض النووي. تم فصل عينات الحمض النووي قبل أو بعد هضم إنزيم التقييد (إنزيم التقييد) بواسطة الرحلان الكهربائي للهلام ثم نقلها إلى الغشاء عن طريق النشاف باستخدام عمل شعري. يتم بعد ذلك تعريض الغشاء إلى مسبار الحمض النووي المسمى الذي يحتوي على تسلسل أساسي مكمل لذلك الموجود في الحمض النووي محل الاهتمام. النشاف الجنوبي أقل استخدامًا في المختبر العلمي نظرًا لقدرة الطرق الأخرى ، مثل تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) ، على اكتشاف تسلسل محدد للحمض النووي من عينات الحمض النووي. لا تزال هذه البقع تُستخدم في بعض التطبيقات ، مثل قياس رقم نسخة الجينات المحورة في الفئران المعدلة وراثيًا أو في هندسة الجينات لخطوط الخلايا الجذعية الجنينية الضربة القاضية.
مخطط لطخة شمالية
تتم تغطية الأبحاث السريرية والعلاجات الطبية الناشئة عن البيولوجيا الجزيئية جزئيًا بواسطة العلاج الجيني. إن تطبيق مناهج البيولوجيا الجزيئية أو بيولوجيا الخلية الجزيئية في الطب يسمى الآن الطب الجزيئي. تلعب البيولوجيا الجزيئية أيضًا دورًا مهمًا في فهم تكوين وإجراءات ولوائح أجزاء مختلفة من الخلايا ، والتي يمكن استخدامها لاستهداف عقاقير جديدة بشكل فعال وتشخيص المرض وفهم فسيولوجيا الخلية.
شهدت البيولوجيا الجزيئية فترة من التطور السريع لأساليب البحث الخاصة بها ، والتي تميزها الآن عن الكيمياء الحيوية. وتشمل هذه ، على وجه الخصوص ، طرق الهندسة الوراثية ، والاستنساخ ، والتعبير الاصطناعي ، والضربة القاضية للجينات. نظرًا لأن الحمض النووي هو مادة حاملة للمعلومات الجينية ، فقد أصبح علم الأحياء الجزيئي أقرب كثيرًا إلى علم الوراثة ، وتشكل علم الوراثة الجزيئي عند التقاطع ، وهو فرع من علم الوراثة والبيولوجيا الجزيئية. مثلما تستخدم البيولوجيا الجزيئية الفيروسات على نطاق واسع كأداة بحث ، في علم الفيروسات ، تُستخدم طرق البيولوجيا الجزيئية لحل مشاكلها. لتحليل المعلومات الجينية ، يتم استخدام تكنولوجيا الكمبيوتر ، فيما يتعلق بظهور اتجاهات جديدة في علم الوراثة الجزيئي ، والتي تعتبر أحيانًا تخصصات خاصة: المعلوماتية الحيوية ، وعلم الجينوم ، والبروتيوميات.
تم إعداد هذا الاكتشاف الأساسي من خلال مرحلة طويلة من البحث في علم الوراثة والكيمياء الحيوية للفيروسات والبكتيريا.
في عام 1928 ، أظهر فريدريك جريفيث لأول مرة أن مستخلصًا من البكتيريا المسببة للأمراض الممرضة للحرارة يمكن أن ينقل الإمراضية إلى بكتيريا غير خطرة. أدت دراسة تحول البكتيريا لاحقًا إلى تنقية العامل الممرض ، والذي تبين ، على عكس التوقعات ، أنه ليس بروتينًا ، ولكنه حمض نووي. الحمض النووي في حد ذاته ليس خطيرًا ، فهو ينقل فقط الجينات التي تحدد الإمراضية والخصائص الأخرى للكائن الحي.
في الخمسينيات من القرن العشرين ، تبين أن البكتيريا لديها عملية جنسية بدائية ، فهي قادرة على تبادل الحمض النووي خارج الصبغيات ، البلازميدات. شكل اكتشاف البلازميدات ، مثل التحول ، أساس تقنية البلازميد المنتشرة في علم الأحياء الجزيئي. اكتشاف آخر مهم للمنهجية كان اكتشاف الفيروسات والعاثيات البكتيرية في بداية القرن العشرين. يمكن أن تنقل العاثيات أيضًا مادة وراثية من خلية بكتيرية إلى أخرى. تؤدي إصابة البكتيريا بالعاقمات إلى تغيير في تكوين الحمض النووي الريبي البكتيري. إذا كان تكوين الحمض النووي الريبي ، بدون العاثيات ، مشابهًا لتكوين الحمض النووي البكتيري ، فإن الحمض النووي الريبي بعد الإصابة يصبح أكثر شبهاً بالحمض النووي للعاثية. وهكذا ، وجد أن بنية الحمض النووي الريبي تحددها بنية الحمض النووي. بدوره ، يعتمد معدل تخليق البروتين في الخلايا على كمية معقدات بروتين RNA. لذلك تمت صياغته العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية: DNA ↔ RNA → بروتين.
ترافق التطوير الإضافي للبيولوجيا الجزيئية مع تطوير منهجيتها ، ولا سيما اختراع طريقة لتحديد تسلسل النوكليوتيدات للحمض النووي (دبليو جيلبرت وف. سنجر ، جائزة نوبل في الكيمياء ، 1980) ، وجديد. الاكتشافات في مجال دراسات بنية وعمل الجينات (انظر. تاريخ علم الوراثة). بحلول بداية القرن الحادي والعشرين ، تم الحصول على بيانات عن التركيب الأساسي لجميع الحمض النووي البشري وعدد من الكائنات الحية الأخرى الأكثر أهمية للطب والزراعة والبحث العلمي ، مما أدى إلى ظهور عدة اتجاهات جديدة في علم الأحياء: الجينوم والمعلوماتية الحيوية ، إلخ.
مؤسسة ويكيميديا. 2010.
البيولوجيا الجزيئية- دراسات DOS. خصائص ومظاهر الحياة على المستوى الجزيئي. أهم الاتجاهات في M. b. هي دراسات عن التنظيم البنيوي والوظيفي للجهاز الجيني للخلايا وآلية تحقيق المعلومات الوراثية ... ... القاموس الموسوعي البيولوجي
البيولوجيا الجزيئية- يستكشف الخصائص الأساسية ومظاهر الحياة على المستوى الجزيئي. يكتشف كيف وإلى أي مدى يعود نمو وتطور الكائنات الحية ، وتخزين ونقل المعلومات الوراثية ، وتحول الطاقة في الخلايا الحية ، وما إلى ذلك ، إلى ... قاموس موسوعي كبير
البيولوجيا الجزيئية الموسوعة الحديثة
البيولوجيا الجزيئية- البيولوجيا الجزيئية ، دراسة بيولوجية لبنية وعمل الجزيئات التي تتكون منها الكائنات الحية. المجالات الرئيسية للدراسة هي الخصائص الفيزيائية والكيميائية للبروتينات والأحماض النووية مثل الحمض النووي. أنظر أيضا… … القاموس الموسوعي العلمي والتقني
البيولوجيا الجزيئية- قسم البيول ، الذي يستكشف الخصائص الأساسية ومظاهر الحياة على المستوى الجزيئي. يكتشف كيف وإلى أي مدى نمو وتطور الكائنات الحية ، وتخزين ونقل المعلومات الوراثية ، وتحول الطاقة في الخلايا الحية و ... ... قاموس علم الأحياء الدقيقة
البيولوجيا الجزيئية- - موضوعات التكنولوجيا الحيوية EN البيولوجيا الجزيئية ... دليل المترجم الفني
البيولوجيا الجزيئية- البيولوجيا الجزيئية ، يستكشف الخصائص الأساسية ومظاهر الحياة على المستوى الجزيئي. يكتشف كيف وإلى أي مدى نمو وتطور الكائنات الحية ، وتخزين ونقل المعلومات الوراثية ، وتحول الطاقة في الخلايا الحية و ... ... قاموس موسوعي مصور
البيولوجيا الجزيئية- علم يضع كمهمته معرفة طبيعة ظواهر النشاط الحيوي من خلال دراسة الكائنات والأنظمة البيولوجية على مستوى يقترب من المستوى الجزيئي ، وفي بعض الحالات حتى الوصول إلى هذا الحد. الهدف النهائي في هذا ... ... الموسوعة السوفيتية العظمى
البيولوجيا الجزيئية- يدرس ظواهر الحياة على مستوى الجزيئات الكبيرة (hl. obr. البروتينات والحمض النووي) في الهياكل اللاخلية (الريبوسومات ، إلخ) ، في الفيروسات ، وكذلك في الخلايا. هدف M. إنشاء دور وآلية عمل هذه الجزيئات الكبيرة بناءً على ... ... موسوعة كيميائية
البيولوجيا الجزيئية- يستكشف الخصائص الأساسية ومظاهر الحياة على المستوى الجزيئي. يكتشف كيف وإلى أي مدى نمو وتطور الكائنات الحية ، وتخزين ونقل المعلومات الوراثية ، وتحول الطاقة في الخلايا الحية والظواهر الأخرى ... ... قاموس موسوعي
أدى التقدم في دراسة الأحماض النووية والتخليق الحيوي للبروتين إلى إنشاء عدد من الأساليب التي لها أهمية تطبيقية كبيرة في الطب والزراعة وعدد من الصناعات الأخرى.
بعد دراسة الكود الجيني والمبادئ الأساسية لتخزين وإدراك المعلومات الوراثية ، وصل تطوير البيولوجيا الجزيئية إلى طريق مسدود ، حيث لم تكن هناك طرق يمكنها معالجة الجينات وعزلها وتغييرها. ظهر ظهور هذه الأساليب في السبعينيات والثمانينيات. أعطى هذا دفعة قوية لتطوير هذا المجال العلمي ، الذي لا يزال مزدهرًا حتى اليوم. أولاً وقبل كل شيء ، تتعلق هذه الأساليب بإنتاج الجينات الفردية وإدخالها في خلايا الكائنات الحية الأخرى (الاستنساخ الجزيئي والتكوين ، PCR) ، وكذلك طرق تحديد تسلسل النيوكليوتيدات في الجينات (تسلسل الحمض النووي الريبي والحمض النووي الريبي). سيتم مناقشة هذه الأساليب بمزيد من التفصيل أدناه. سنبدأ بأبسط طريقة أساسية ، وهي الرحلان الكهربائي ، ثم ننتقل إلى طرق أكثر تقدمًا.
إنها تقنية DNA أساسية تُستخدم جنبًا إلى جنب مع جميع الطرق الأخرى تقريبًا لعزل الجزيئات المرغوبة وتحليل النتائج. لفصل أجزاء الحمض النووي حسب الطول ، يتم استخدام طريقة الفصل الكهربائي للهلام. الحمض النووي عبارة عن حمض ، تحتوي جزيئاته على بقايا حمض الفوسفوريك ، والتي تنفصل عن البروتون وتكتسب شحنة سالبة (الشكل 1).
لذلك ، في مجال كهربائي ، تنتقل جزيئات الحمض النووي إلى القطب الموجب - قطب موجب الشحنة. يحدث هذا في محلول إلكتروليت يحتوي على أيونات حامل شحنة ، بحيث يقوم هذا المحلول بتوصيل التيار. لفصل الأجزاء ، يتم استخدام هلام بوليمر كثيف (الاغاروز أو بولي أكريلاميد). جزيئات الحمض النووي "تتشابك" فيه كلما زاد طولها ، وبالتالي تتحرك الجزيئات الأطول بشكل أبطأ ، والأقصر - الأسرع (الشكل 2). قبل أو بعد الرحلان الكهربائي ، تتم معالجة الجل بأصباغ ترتبط بالحمض النووي وتتألق في الضوء فوق البنفسجي ، ويتم الحصول على نمط من العصابات في الهلام (انظر الشكل 3). لتحديد أطوال أجزاء الحمض النووي لعينة ما ، تتم مقارنتها بعلامة - مجموعة من الأجزاء ذات الأطوال القياسية المطبقة بالتوازي على نفس الهلام (الشكل 4).
إن أهم أدوات العمل مع الحمض النووي هي الإنزيمات التي تحول الحمض النووي في الخلايا الحية: بوليميرات الحمض النووي ، ليجازات الحمض النووي ، نوكليازات التقييد ، أو إنزيمات التقييد. بوليميريز الحمض النوويإجراء تركيب مصفوفة للحمض النووي ، مما يسمح بتكاثر الحمض النووي في أنبوب الاختبار. ligases DNAقم بتجميع جزيئات الحمض النووي معًا أو شفاء الفجوات فيها. نوكليازات تقييدية، أو أنزيمات التقييد، قطع جزيئات الحمض النووي وفقًا لتسلسلات محددة بدقة ، مما يسمح لك بقطع الأجزاء الفردية من الكتلة الكلية للحمض النووي. قد تحتوي هذه الأجزاء في بعض الحالات على جينات منفصلة.
تكون التسلسلات التي يتم التعرف عليها بواسطة نوكليازات التقييد متماثلة ، ويمكن أن تحدث الفواصل في منتصف مثل هذا التسلسل أو مع حدوث تحول (في نفس المكان في كل من خيوط الحمض النووي). يظهر مخطط عمل أنواع مختلفة من إنزيمات التقييد في الشكل. 1. في الحالة الأولى ، يتم الحصول على ما يسمى بالنهايات "الحادة" ، وفي الحالة الثانية ، يتم الحصول على النهايات "اللزجة". في حالة النهايات "اللزجة" للقاع ، تتحول السلسلة إلى أقصر من الأخرى ؛ يتكون قسم أحادي الجديلة بتسلسل متماثل متماثل في كلا الطرفين.
ستكون التسلسلات النهائية هي نفسها عندما يتم شق أي DNA باستخدام إنزيم تقييد معين ويمكن إعادة ربطها نظرًا لأن لها تسلسلات تكميلية. يمكن تخييطها معًا باستخدام DNA ligase والحصول على جزيء واحد. وبالتالي ، فمن الممكن الجمع بين شظايا مختلفة من الحمض النووي والحصول على ما يسمى الحمض النووي معاد التركيب... يستخدم هذا النهج في طريقة الاستنساخ الجزيئي ، والذي يسمح لك بالحصول على جينات فردية وإدخالها في الخلايا التي يمكن أن تشكل بروتينًا مشفرًا في الجين.
يستخدم الاستنساخ الجزيئي جزيئين من الحمض النووي - ملحق يحتوي على الجين المعني ، و المتجه- يعمل الحمض النووي كناقل. يتم "حياكة" الإدخال في الناقل باستخدام الإنزيمات للحصول على جزيء DNA جديد مؤتلف ، ثم يتم إدخال هذا الجزيء في الخلايا المضيفة ، وتشكل هذه الخلايا مستعمرات على وسط غذائي. المستعمرة هي نسل خلية واحدة ، أي استنساخ ، جميع الخلايا في المستعمرة متطابقة وراثياً وتحتوي على نفس الحمض النووي المؤتلف. ومن هنا جاء مصطلح "الاستنساخ الجزيئي" ، أي الحصول على نسخة من الخلايا التي تحتوي على جزء من الحمض النووي الذي يهمنا. بعد الحصول على المستعمرات التي تحتوي على العناصر التي تهمنا ، يمكن وصف هذا الإدخال بطرق مختلفة ، على سبيل المثال ، لتحديد تسلسله الدقيق. يمكن أن تنتج الخلايا أيضًا بروتينًا مشفرًا بإدخاله إذا كان يحتوي على جين وظيفي.
عندما يتم إدخال جزيء مؤشب في الخلايا ، يحدث التحول الجيني لهذه الخلايا. تحويل- عملية امتصاص كائن حي لجزيء دنا حر من البيئة وإدماجه في الجينوم ، مما يؤدي إلى ظهور سمات موروثة جديدة مميزة في الكائن المتبرع بالحمض النووي في مثل هذه الخلية. على سبيل المثال ، إذا كان الجزيء الذي تم إدخاله يحتوي على الجين لمقاومة المضاد الحيوي الأمبيسلين ، فإن البكتيريا المحولة ستنمو في وجودها. قبل التحول ، تسبب الأمبيسلين في موتهم ، أي ظهور سمة جديدة في الخلايا المحولة.
يجب أن يحتوي المتجه على عدد من الخصائص:
أولاً ، إنه جزيء DNA صغير نسبيًا يمكن التلاعب به بسهولة.
ثانيًا ، من أجل الحفاظ على الحمض النووي ومضاعفته في خلية ، يجب أن يحتوي على تسلسل معين يضمن تكاثره (أصل التكرار ، أو أصل النسخ المتماثل).
ثالثًا ، يجب أن يحتوي علامة الجينات، مما يضمن اختيار تلك الخلايا التي سقط فيها الناقل فقط. عادةً ما تكون هذه جينات مقاومة للمضادات الحيوية - إذن ، في حالة وجود مضاد حيوي ، تموت جميع الخلايا التي لا تحتوي على الناقل.
غالبًا ما يتم إجراء استنساخ الجينات في الخلايا البكتيرية ، حيث يسهل زراعتها وتكاثرها بسرعة. تحتوي الخلية البكتيرية عادةً على جزيء DNA دائري كبير ، بطول عدة ملايين من أزواج النيوكليوتيدات ، وتحتوي على جميع الجينات اللازمة للبكتيريا - الكروموسوم البكتيري. بالإضافة إلى ذلك ، يوجد في بعض البكتيريا (عدة آلاف من الأزواج القاعدية) دنا دائري صغير يسمى البلازميدات(الصورة 2). فهي ، مثل الحمض النووي الرئيسي ، تحتوي على سلسلة من النيوكليوتيدات التي تضمن قدرة الحمض النووي على التكاثر (أوري). تتكاثر البلازميدات بشكل مستقل عن الحمض النووي (الكروموسومات) الرئيسي ، وبالتالي فهي موجودة في الخلية في عدد كبير من النسخ. تحمل العديد من هذه البلازميدات جينات مقاومة للمضادات الحيوية لتمييز الخلايا الحاملة للبلازميد عن الخلايا الطبيعية. تستخدم البلازميدات التي تحمل جينين يوفران مقاومة لاثنين من المضادات الحيوية ، على سبيل المثال ، التتراسيكلين والأميسيلين ، بشكل أكثر شيوعًا. هناك طرق بسيطة لعزل DNA البلازميد الخالي من DNA للكروموسوم الرئيسي البكتيري.
يسمى نقل الجينات من كائن حي إلى آخر جينات، وتلك الكائنات المعدلة - المعدلة وراثيا... عن طريق نقل الجينات إلى خلايا الكائنات الحية الدقيقة ، يتم الحصول على مستحضرات البروتين المؤتلف لاحتياجات الدواء ، على وجه الخصوص ، البروتينات البشرية التي لا تسبب رفضًا مناعيًا - الإنترفيرون ، والأنسولين والهرمونات البروتينية الأخرى ، وعوامل النمو الخلوي ، وكذلك البروتينات من أجل إنتاج اللقاحات. في الحالات الأكثر تعقيدًا ، عندما يتم تعديل البروتينات بشكل صحيح فقط في الخلايا حقيقية النواة ، يتم استخدام مزارع الخلايا المعدلة وراثيًا أو الحيوانات المعدلة وراثيًا ، على وجه الخصوص ، الماشية (الماعز بشكل أساسي) ، التي تفرز البروتينات الضرورية في الحليب ، أو يتم عزل البروتينات من دمائهم . هذه هي الطريقة التي يتم بها الحصول على الأجسام المضادة وعوامل التخثر والبروتينات الأخرى. من خلال طريقة التخلق ، يتم الحصول على نباتات المحاصيل المقاومة لمبيدات الأعشاب والآفات ولها خصائص مفيدة أخرى. بمساعدة الكائنات الحية الدقيقة المعدلة وراثيًا ، تقوم بتنقية المياه العادمة ومكافحة التلوث ، حتى أن هناك ميكروبات معدلة وراثيًا يمكنها تكسير الزيت. بالإضافة إلى ذلك ، لا غنى عن التقنيات المعدلة وراثيًا في البحث العلمي - تطوير علم الأحياء اليوم لا يمكن تصوره بدون الاستخدام الروتيني لطرق التعديل ونقل الجينات.
تقنية الاستنساخ الجزيئي
للحصول على جين فردي من أي كائن حي ، يتم عزل كل الحمض النووي الكروموسومي منه ويتم قطعه باستخدام إنزيم واحد أو اثنين من الإنزيمات المقيدة. يتم اختيار الإنزيمات بحيث لا تقطع الجين الذي يثير اهتمامنا ، ولكنها تقوم بعمل شقوق على طول حوافها ، وتحدث كسرًا واحدًا في DNA البلازميد في أحد جينات المقاومة ، على سبيل المثال ، للأمبيسيلين.
تتضمن عملية الاستنساخ الجزيئي الخطوات التالية:
القطع والتطريز - بناء جزيء مؤتلف واحد من مُدخل وناقل.
التحول هو إدخال جزيء مؤتلف إلى خلايا.
التحديد - تحديد الخلايا التي تلقت ناقل إدخال.
يتم التعامل مع DNA البلازميد بنفس إنزيمات التقييد ، ويتم تحويله إلى جزيء خطي إذا تم اختيار إنزيم التقييد الذي يقدم فجوة واحدة في البلازميد. نتيجة لذلك ، تنتهي جميع أجزاء الحمض النووي الناتجة بنفس الأطراف اللاصقة. عندما تنخفض درجة الحرارة ، ترتبط هذه الأطراف بشكل عشوائي ، ويتم ربطها بـ DNA ligase (انظر الشكل 3).
يتم الحصول على مزيج من الدنا الدائرية ذات التركيبات المختلفة: سيحتوي بعضها على تسلسل DNA محدد للحمض النووي الصبغي مرتبط بالحمض النووي البكتيري ، والبعض الآخر - أجزاء من الحمض النووي الصبغي المتصلة ببعضها البعض ، والبعض الآخر - بلازميد دائري مختزل أو ثنائيه (الشكل .4).
ثم يتم تنفيذ هذا الخليط التحول الجينيالبكتيريا التي لا تحتوي على البلازميدات. تحويل- عملية امتصاص كائن حي لجزيء دنا حر من البيئة وإدماجه في الجينوم ، مما يؤدي إلى ظهور سمات موروثة جديدة مميزة في الكائن المتبرع بالحمض النووي في مثل هذه الخلية. يستطيع بلازميد واحد فقط الدخول والتكاثر في كل خلية. توضع هذه الخلايا على وسط غذائي صلب يحتوي على المضاد الحيوي التتراسيكلين. الخلايا التي لم تحصل على البلازميد لن تنمو على هذا الوسط ، والخلايا الحاملة للبلازميد تشكل مستعمرات ، كل منها تحتوي على أحفاد خلية واحدة فقط ، أي. تحمل جميع الخلايا في المستعمرة نفس البلازميد (انظر الشكل 5).
بعد ذلك ، تتمثل المهمة في تحديد الخلايا التي سقط فيها المتجه مع الإدراج فقط ، وتمييزها عن الخلايا التي تحمل المتجه فقط دون الإدراج أو التي لا تحمل المتجه على الإطلاق. تسمى عملية اختيار الخلايا المرغوبة تربية... لهذا استخدم علامات انتقائية- عادة الجينات المقاومة للمضادات الحيوية في الناقل ، و وسائط انتقائيةتحتوي على مضادات حيوية أو مواد أخرى توفر الاختيار.
في مثالنا ، تمت زراعة الخلايا من المستعمرات المزروعة في وجود الأمبيسلين في وسطين: الأول يحتوي على الأمبيسلين ، والثاني يحتوي على التتراسيكلين. ستنمو المستعمرات التي تحتوي على البلازميد فقط على كلا الوسطين ، بينما لن تنمو المستعمرات التي تحتوي على دنا كروموسومي مُدخل في البلازميدات على الوسط مع التتراسيكلين (الشكل 5). من بينها ، من خلال طرق خاصة ، يتم اختيار الجينات التي تحتوي على الجين الذي يهمنا ، وتنمو بكميات كافية ويتم عزل DNA البلازميد. من ذلك ، باستخدام نفس إنزيمات التقييد التي تم استخدامها للحصول على الحمض النووي المؤتلف ، يتم استئصال الجين الفردي المعني. يمكن استخدام الحمض النووي لهذا الجين لتحديد تسلسل النيوكليوتيدات ، أو إدخاله في كائن حي للحصول على خصائص جديدة ، أو لتخليق البروتين المطلوب. تسمى هذه الطريقة لعزل الجينات الاستنساخ الجزيئي.
من المريح جدًا استخدام البروتينات الفلورية كجينات علامة في دراسات الكائنات حقيقية النواة. جين أول بروتين فلوري ، بروتين الفلورسنت الأخضر (GFP)تم عزله عن قنديل البحر Aqeorea victoria وتم إدخاله في نماذج الكائنات الحية المختلفة (انظر الشكل 6) في عام 2008 ، حصل O. Shimomura و M. Chalfi و R. Tsien على جائزة نوبل لاكتشاف هذا البروتين واستخدامه.
ثم تم عزل جينات البروتينات الفلورية الأخرى - الأحمر والأزرق والأصفر. تم تعديل هذه الجينات صناعيا لإنتاج بروتينات بالخصائص المرغوبة. يتم عرض مجموعة متنوعة من البروتينات الفلورية في الشكل. 7 ، والذي يُظهر طبق بتري به بكتيريا تحتوي على جينات لبروتينات فلورية مختلفة.
تطبيق البروتينات الفلورية
يمكن ربط جين البروتين الفلوري مع جين أي بروتين آخر ، ثم أثناء الترجمة سيتم تكوين بروتين واحد - بروتين اندماج انتقالي ، أو انصهار(بروتين الانصهار) الذي يتألق. وبالتالي ، من الممكن دراسة ، على سبيل المثال ، توطين (موقع) أي بروتينات مهمة في الخلية وحركتها. من خلال التعبير عن البروتينات الفلورية فقط في أنواع معينة من الخلايا ، من الممكن تمييز الخلايا من هذه الأنواع في كائن متعدد الخلايا (انظر الشكل 8 - دماغ الفأر ، حيث يكون للخلايا العصبية الفردية ألوان مختلفة بسبب مجموعة معينة من جينات الفلورسنت البروتينات). تعد البروتينات الفلورية أداة لا غنى عنها في علم الأحياء الجزيئي الحديث.
طريقة أخرى للحصول على الجينات تسمى تفاعل البلمرة المتسلسل (PCR)... وهو يعتمد على قدرة بوليميرات الحمض النووي على إكمال السلسلة الثانية من الحمض النووي على طول الشريط التكميلي ، كما يحدث في الخلايا أثناء تكرار الحمض النووي.
يتم تحديد أصل التكرار في هذه الطريقة من خلال قطعتين صغيرتين من الحمض النووي تسمى بذور،أو الاشعال... هذه البادئات مكملة لنهايات الجين المعني على شريطين من الحمض النووي. أولاً ، يتم خلط الحمض النووي الكروموسومي ، الذي يجب عزل الجين منه ، بالبذور وتسخينه إلى 99 درجة مئوية. وهذا يؤدي إلى تمزق الروابط الهيدروجينية وتباعد خيوط الدنا. بعد ذلك ، تنخفض درجة الحرارة إلى 50-70 درجة مئوية (حسب طول البذور وتسلسلها). في ظل هذه الظروف ، تلتصق البادئات بالمناطق التكميلية للحمض النووي الصبغي ، وتشكل حلزونًا مزدوجًا منتظمًا (انظر الشكل 9). بعد ذلك ، يتم إضافة خليط من جميع النيوكليوتيدات الأربعة اللازمة لتخليق الحمض النووي وبوليميراز الحمض النووي. يعمل الإنزيم على إطالة البادئات عن طريق بناء DNA مزدوج الشريطة من مكان توصيل البادئات ، أي من نهايات الجين إلى نهاية جزيء الكروموسومات أحادي الجديلة. 
إذا تم تسخين الخليط الآن مرة أخرى ، فسوف تتشتت السلاسل الكروموسومية والسلاسل المركبة حديثًا. بعد التبريد ، سيتم ربطها مرة أخرى بالبذور ، والتي تؤخذ بكميات كبيرة (انظر الشكل 10).
في السلاسل المركبة حديثًا ، لن تلتصق بالنهاية التي بدأ منها التوليف الأول ، ولكن بالطرف المقابل ، لأن سلاسل الحمض النووي غير متوازية. لذلك ، في الدورة الثانية من التوليف ، سيتم فقط إكمال التسلسل المقابل للجين على هذه السلاسل (انظر الشكل 11).
تستخدم هذه الطريقة بوليميريز DNA من بكتيريا محبة للحرارة ، قادرة على تحمل الغليان وتعمل في درجات حرارة 70-80 درجة مئوية ، ولا تحتاج إلى إضافتها في كل مرة ، لكنها كافية لإضافتها في بداية التجربة. من خلال تكرار إجراءات التسخين والتبريد في نفس التسلسل ، يمكننا مضاعفة عدد التسلسلات المحددة في كلا الطرفين بالبذور المحقونة في كل دورة (انظر الشكل 12).
بعد حوالي 25 دورة من هذا القبيل ، سيزداد عدد نسخ الجين بأكثر من مليون مرة. يمكن فصل هذه الكميات بسهولة عن الحمض النووي الكروموسومي الذي يتم إدخاله في أنبوب الاختبار واستخدامه لأغراض مختلفة.
إنجاز مهم آخر هو تطوير طرق لتحديد تسلسل النيوكليوتيدات في الحمض النووي - تسلسل الحمض النووي(من التسلسل الإنجليزي - التسلسل). للقيام بذلك ، من الضروري الحصول على جينات نقية من الحمض النووي الآخر بإحدى الطرق الموصوفة. ثم يتم فصل خيوط الحمض النووي عن طريق التسخين ويتم إضافة مادة أولية مكتوب عليها الفوسفور المشع أو ملصق الفلورسنت إليها. لاحظ أنه يتم أخذ بذرة واحدة ، مكملة لخصلة واحدة. ثم يضاف بوليميريز DNA ومزيج من 4 نيوكليوتيدات. ينقسم هذا الخليط إلى 4 أجزاء ويضاف إلى كل منها أحد النيوكليوتيدات ، ويتم تعديله بحيث لا يحتوي على مجموعة هيدروكسيل عند الذرة الثالثة من deoxyribose. إذا تم تضمين مثل هذا النيوكليوتيد في حبلا الحمض النووي المركب ، فلن يكون إطالته قادرًا على الاستمرار ، لأنه لن يكون للبوليميراز أي مكان لإرفاق النوكليوتيدات التالية. لذلك ، يتم إنهاء تخليق الحمض النووي بعد إدراج مثل هذا النيوكليوتيد. يتم إضافة كمية أقل بكثير من هذه النيوكليوتيدات ، التي تسمى ديديوكسينوكليوتيدات ، مقارنة بالنيوكليوتيدات العادية ، لذلك يحدث إنهاء السلسلة فقط في بعض الأحيان وفي كل سلسلة في أماكن مختلفة. والنتيجة هي مزيج من سلاسل ذات أطوال مختلفة ، مع نفس النوكليوتيدات في نهاية كل منها. وبالتالي ، فإن طول السلسلة يتوافق مع عدد النيوكليوتيدات في التسلسل المدروس ، على سبيل المثال ، إذا كان لدينا أدينيل ديديوكسينوكليوتيد ، وكانت السلاسل الناتجة 2 و 7 و 12 نيوكليوتيد طويلة ، ثم كان هناك أدينين في الجين في الثاني ، المركزين السابع والثاني عشر. يمكن فصل خليط السلاسل الناتج بسهولة عن طريق الحجم باستخدام الرحلان الكهربي ، ويمكن التعرف على السلاسل المركبة بالنشاط الإشعاعي على فيلم أشعة سينية (انظر الشكل 10).
اتضح أن الصورة الموضحة في الجزء السفلي من الشكل تسمى توقيع الراديو. بالانتقال من الأسفل إلى الأعلى وقراءة الحرف فوق أعمدة كل منطقة ، نحصل على تسلسل النيوكليوتيدات الموضح في الشكل الموجود على يمين التوقيع. اتضح أن التوليف لا يتوقف فقط عن طريق ديوكسينوكليوتيدات ، ولكن أيضًا عن طريق النيوكليوتيدات التي ترتبط فيها بعض المجموعات الكيميائية ، على سبيل المثال ، صبغة الفلورسنت ، بالموضع الثالث من السكر. إذا تم تمييز كل نوكليوتيد بصبغته الخاصة ، فإن المناطق التي تم الحصول عليها أثناء فصل الخيوط المركبة سوف تتوهج بضوء مختلف. هذا يجعل من الممكن تنفيذ التفاعل في أنبوب اختبار واحد في وقت واحد لجميع النيوكليوتيدات وبتقسيم السلاسل التي تم الحصول عليها حسب الطول ، لتحديد النيوكليوتيدات حسب اللون (انظر الشكل 11).
جعلت هذه الأساليب من الممكن تحديد تسلسل ليس فقط الجينات الفردية ، ولكن أيضًا لقراءة الجينوم بأكمله. تم الآن تطوير طرق أسرع لتحديد تسلسل النيوكليوتيدات في الجينات. إذا تم فك شفرة الجينوم البشري الزوجي بواسطة اتحاد دولي كبير باستخدام الطريقة الأولى المعطاة منذ 12 عامًا ، والثانية ، باستخدام الثانية ، في غضون ثلاث سنوات ، يمكن الآن القيام بذلك في غضون شهر. هذا يجعل من الممكن التنبؤ باستعداد الشخص للعديد من الأمراض واتخاذ الإجراءات المسبقة لتجنبها.
