分子生物学中常用的试验方法

最近处理一些基因数据的时候会好奇这些数据是怎么得到的,数据可靠吗。今天在一本书上看到了一些常用的分子生物学试验方法,这才解开了心中的疑惑。晚上抽时间把看得东西总结一下。

首先介绍一个基本概念“核酸酶(nuclease)”。核酸酶就是生物学家手里的剪刀,用它能把DNA切成小段。核酸酶中最重要的一个子类叫做限制性内切酶(restrictionendonuclease),它生物学家手中最精确的剪刀,每一种限制性内切酶可以切开DNA中的特定序列。比如下图中蓝色的椭圆就是在大肠杆菌中找到的一种限制性内切酶,它可以GAATTC(这个序列很有意思,它对应的CTTAAG倒着读就是自己,这种结构叫做反向回文结构,很多限制性内切酶只识别这种序列)。我想比喻成剪刀就已经能够解释核酸酶的作用了吧,对DNA的操作都要使用它完成。

“克隆”的生物学定义是复制一段基因,我们平时听到的克隆羊、克隆人等是特别复杂的克隆。大部分克隆实验没有这么高大上,而是通过把一小片基因“剪”下来(用上面提到的限制性内切酶),然后“粘”到另一个寄生体上去,观察这小片基因在寄生体上的表现。比如下图中,我们就用同一种酶把质粒(plasmid)切开,并从大肠杆菌上切下来一片基因,然后把基因连接到质粒上去。实验证明吸收了新基因的质粒会发生明显变化(培养基从蓝色的变成白色的)。这个过程看着容易,其实还有很多需要考虑的细节,比如质粒必须要寄生在别的细菌上才能存活,那么怎么把质粒注射到别的细菌上去呢?融合质粒和基因片段的时候,多大的比例合适?(实验证明1:1不是最合适的,5:1左右才好)再比如并不是所有的质粒都吸收了基因片段,有些调皮的质粒会吸收别的质粒(反正切口契合~~)

无论做什么基因实验,都需要从生物体中提取出DNA并分析DNA序列。首先,在打碎的细胞残骸中,DNA已经和细胞内别的物质混在一起了,不容易取出来。怎么办呢?有两种办法,一种是电泳:DNA带有微量的负电荷,在培养基两端通电后DNA会朝向正电荷方向移动,另一种是用离心机,把细胞残骸装在试管里,放入高速离心机中转,最终各种物质由于密度不同就分开了。不管我们用什么办法拿到DNA分子之后,都需要分析DNA序列,拿到我们熟悉的A-C-G-T序列。办法也不难,就是我们提前做出来一些序列已知的DNA片段,拿他们当做探针去和需要测定的DNA序列配对。由于DNA严格遵循A-T和C-G配对,所以把探针的序列对应过来就是需要探测的序列了。

染色质免疫沉淀(ChromatinImmunoprecipitation, ChIP)

生物体内的化学反应特别复杂,就拿DNA和蛋白质来说,一方面,DNA编码生成蛋白质,可是另一方面,DNA只负责存储遗传信息,是“静止”的,无法自己完成编码生成蛋白质这个过程,这个过程需要蛋白质来完成。蛋白质需要识别出特定的DNA片段,然后附着在DNA链上,开启编码过程。于是就很有必要检查出各种蛋白质分别识别哪些DNA片段了。染色质免疫沉淀就是用来确定蛋白质-DNA附着关系的。

ChIP先把一种蛋白质附着在DNA链上,然后用只识别该种蛋白质的抗体把蛋白质“抓住”,然后把DNA打碎,分析出每小段DNA序列。由于我们知道抗体对应的蛋白质种类,于是也就知道了蛋白质和DNA片段的对应关系。

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