重组DNA与分子克隆

定点诱变(site-directed mutagenesis)

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如果你想弄清一句话里某个词起什么作用,最干净的实验就是只改那一个词、再读读会发生什么——其余一概不动。定点诱变就是为基因设计的这种实验:它让你在一段已克隆的DNA序列的精确位置上做出一处选定的、刻意的改动,然后追问这处改动如何影响蛋白。

经典的方法用一段合成引物——一小段与你的靶区相匹配、却带有你想要的确切碱基改动的DNA。你把这段几乎匹配的引物退火到你克隆的基因上;那一个错配的碱基鼓出来,但引物仍能结合。随后一种DNA聚合酶延伸该引物,复制整个质粒,把你设计的改动并入新链。去掉原来的(未突变的)模板后,你就得到带有你所指定的那个突变的质粒——一处替换的碱基、一处缺失或一处插入,恰恰在你放置的位置。现代试剂盒让这件事成了常规操作。

定点诱变把蛋白变成了可编辑的文本。它是你检验关于某蛋白的假说的办法:把一种酶活性中心里的某一个特定氨基酸改掉,看催化是否随之失效,从而确认那个残基的作用;或修复一个致病突变;或改造出性能更优的蛋白。哈钦森和迈克尔·史密斯开创了它,史密斯因此分享了1993年诺贝尔奖。注意它的适用范围:它编辑的是你已经在试管里克隆的DNA——这是蛋白工程的工具,与CRISPR基因组编辑不同,后者改变的是活细胞里基因原位的序列。

要检验某个特定的丝氨酸对一种酶是否必不可少,你设计一段引物,把它的密码子改成编码丙氨酸的,对克隆的基因做诱变,表达突变体蛋白并测定其活性。如果这酶现在失活了,那这个丝氨酸对催化确实至关重要——一个改动单个残基、答案明确的实验。

改动一个密码子,表达蛋白,再读出后果。

定点诱变编辑的是试管里克隆的DNA,而不是染色体上原位的基因——细胞内的那种编辑是CRISPR及相关基因组编辑工具的事,属于另一个领域。

又称
targeted mutagenesisin vitro mutagenesis定点诱变定向诱变