ADN tái tổ hợp là gì? DNA tái tổ hợp DNA tái tổ hợp (rDNA) là một axit deoxyribonucleic tổng hợp. Nó được tạo ra bằng cách kết hợp các chuỗi DNA thường không xuất hiện cùng một lúc. Theo quan điểm của kỹ thuật di truyền, DNA tái tổ hợp là việc bổ sung DNA có liên quan vào bộ gen của các sinh vật hiện có, chẳng hạn như plastids của vi khuẩn, với mục đích thay đổi hoặc thêm các đặc tính đặc biệt, chẳng hạn như khả năng miễn dịch. Tái tổ hợp DNA và tái tổ hợp di truyền không giống nhau. Nó không phải là sự tái tổ hợp của bộ gen đã tồn tại trong tế bào hoặc trên nhiễm sắc thể, mà hoàn toàn đạt được thông qua kỹ thuật bên ngoài. Protein tái tổ hợp là protein được tổng hợp từ DNA tái tổ hợp. Công nghệ DNA tái tổ hợp được thiết kế vào năm 1973 bởi Stanley Norman Cohen và Herbert Boyle. Họ đã công bố thiết kế của mình vào năm 1974. Trong bài báo này, họ đã mô tả việc cô lập và khuếch đại các gen hoặc đoạn DNA, sau đó đưa chúng vào các tế bào khác một cách chính xác, từ đó tạo ra vi khuẩn biến đổi gen. Werner Abel, Daniel Nasens và Hamilton Smith đã phát minh ra các enzym giới hạn để làm cho công nghệ DNA tái tổ hợp trở nên khả thi, nhờ đó họ đã giành được giải Nobel Y học năm 1978. Giới thiệu Tái tổ hợp DNA về cơ bản đề cập đến sự tái tổ hợp di truyền, còn được gọi là thay đổi cấu trúc di truyền, đề cập đến sự trao đổi vật chất di truyền giữa hai nhiễm sắc thể chị em khác nhau. Tái tổ hợp DNA làm cho con cái tạo ra các đặc điểm mới khác với bất kỳ cha mẹ nào. Sự tái tổ hợp DNA trong quá trình meiosis ở sinh vật nhân chuẩn tạo ra thông tin di truyền mới, có thể được truyền từ bố mẹ cho con cái. Hầu hết sự tái tổ hợp DNA diễn ra tự nhiên. Sự tái tổ hợp DNA trong quá trình meiosis ở sinh vật nhân thực liên quan đến sự bắt cặp của các nhiễm sắc thể tương đồng và trao đổi thông tin sau đó giữa các nhiễm sắc thể. Trao đổi thông tin có thể được thực hiện thông qua sao chép, hoặc thông qua việc phá vỡ và sửa chữa sợi DNA. Trong nguyên phân và nguyên phân, sự tái tổ hợp xảy ra giữa các phân tử ADN tương đồng (trình tự tương đồng). Trong meiosis, các nhiễm sắc thể tương đồng không phải chị em bắt cặp với nhau, gây ra sự tái tổ hợp ADN giữa các nhiễm sắc thể tương đồng không phải chị em. Trong tế bào meiotic và tế bào nguyên phân, sự tái tổ hợp giữa các nhiễm sắc thể tương đồng là một cơ chế thường được sử dụng để sửa chữa DNA. Chuyển đổi gen - quá trình sao chép các trình tự tương đồng, cũng thuộc về tái tổ hợp DNA. Tái tổ hợp DNA và sửa chữa DNA tái tổ hợp cũng xảy ra ở vi khuẩn và vi khuẩn cổ sinh sản vô tính. Sự tái tổ hợp DNA có thể được thực hiện nhân tạo trong môi trường phòng thí nghiệm (trong ống nghiệm) để tạo ra DNA tái tổ hợp để phát triển vắc xin. Cơ chế Sự tái tổ hợp di truyền được xúc tác bởi nhiều loại enzym khác nhau. Tái tổ hợp là enzyme quan trọng xúc tác bước chuyển chuỗi trong quá trình tái tổ hợp DNA. RecA là tái tổ hợp chính được tìm thấy ở E. Coli và chịu trách nhiệm sửa chữa các đứt gãy chuỗi kép DNA (DSB). Ở nấm men và các sinh vật nhân thực khác, việc sửa chữa DSB cần hai lần tái tổ hợp. Protein RAD51 cần thiết cho quá trình phân bào và tái tổ hợp meiotic, trong khi protein sửa chữa DNA DMC1 đặc hiệu cho sự tái tổ hợp meiotic. Trong vi khuẩn cổ, ortholog của protein RecA vi khuẩn là RadA. Trao đổi nhiễm sắc thể Sự trao đổi các nhiễm sắc thể ở sinh vật nhân thực thúc đẩy sự tái tổ hợp DNA trong quá trình meiosis. Quá trình trao đổi dẫn đến việc con cái có sự kết hợp gen khác với bố mẹ của chúng và đôi khi có thể tạo ra các alen mới. Sự xáo trộn gen gây ra bởi sự tái tổ hợp DNA làm tăng sự biến đổi di truyền. Phép lai giữa nhiễm sắc thể liên quan đến sự tái tổ hợp giữa các nhiễm sắc thể được ghép nối thừa hưởng từ cha mẹ, thường là trong quá trình meiosis. Trong giai đoạn prophase I (pha vạch dày), bốn crômatit tập hợp chặt chẽ với nhau, và các vị trí tương đồng trên hai crômatit đã ghép đôi có thể bắt cặp chặt chẽ với nhau và thông tin di truyền có thể được trao đổi. Vì sự tái tổ hợp có thể xảy ra ở bất kỳ vị trí nào trên nhiễm sắc thể với xác suất nhỏ nên tần số tái tổ hợp giữa hai vị trí phụ thuộc vào khoảng cách giữa chúng. Vì vậy, đối với các gen nằm xa nhau trên cùng một nhiễm sắc thể, lượng trao đổi đủ để phá hủy mối tương quan giữa các alen. Chuyển đổi gen Trong chuyển đổi gen, một phần vật chất di truyền trên một nhiễm sắc thể này được sao chép sang một nhiễm sắc thể khác, và trình tự nhiễm sắc thể cung cấp phần vật chất di truyền này không bị thay đổi. Tại vị trí xảy ra tái tổ hợp DNA meiotic, quá trình chuyển đổi gen diễn ra với tần suất cao. Sự biến đổi gen thường được nghiên cứu trong lai nấm, trong đó có thể dễ dàng quan sát thấy bốn sản phẩm của một meiosis duy nhất. Tái tổ hợp không tương đồng Tái tổ hợp không tương đồng là sự tái tổ hợp giữa các trình tự DNA không chứa các trình tự tương đồng. Điều này có thể dẫn đến chuyển đoạn nhiễm sắc thể và đôi khi là ung thư. Kỹ thuật di truyền Tái tổ hợp DNA trong kỹ thuật di truyền đề cập đến sự tái tổ hợp nhân tạo của các đoạn DNA từ các sinh vật khác nhau để tạo ra cái gọi là DNA tái tổ hợp. Kỹ thuật di truyền có thể được sử dụng để thêm, xóa hoặc thay đổi gen của sinh vật theo những cách khác, và chủ yếu được sử dụng trong nghiên cứu y sinh để nghiên cứu chức năng của các gen cụ thể. Kỹ thuật gen cũng được ứng dụng rộng rãi trong việc nuôi trồng các giống sinh vật biến đổi gen mới, đặc biệt là cây trồng biến đổi gen, động vật biến đổi gen và vi sinh vật biến đổi gen. Công nghệ dựa trên kỹ thuật di truyền cũng được áp dụng cho kỹ thuật protein để phát triển các protein mới có ý nghĩa sinh học. Tái tổ hợp sửa chữa Tổn thương DNA do các yếu tố ngoại sinh khác nhau gây ra (như tia cực tím, tia X, các tác nhân liên kết ngang hóa học) trong quá trình nguyên phân và meiosis có thể được sửa chữa bằng cơ chế sửa chữa tái tổ hợp tương đồng (HRR). Các khiếm khuyết trong các sản phẩm gen cần thiết cho HRR trong quá trình meiosis ở người và động vật gặm nhấm có thể gây vô sinh. Các khiếm khuyết trong các sản phẩm gen cần thiết cho HRR của con người (chẳng hạn như BRCA1 và BRCA2) cũng làm tăng nguy cơ ung thư. Ở vi khuẩn, biến nạp là quá trình đưa các gen ngoại lai vào. Chuyển đổi bao gồm việc tích hợp DNA của người cho vào nhiễm sắc thể của người nhận thông qua tái tổ hợp, và quá trình này cũng được thực hiện thông qua sửa chữa HRR. Khi hai hoặc nhiều virut (mỗi virut bị tổn thương bộ gen gây tử vong) lây nhiễm vào cùng một tế bào chủ, bộ gen của virut thường có thể bắt cặp với nhau và trải qua quá trình HRR để tạo ra con cái bình thường. Quá trình này được gọi là nhiều lần kích hoạt lại.
