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质粒、载体与分子克隆

质粒如何把你的基因带入活细胞、什么造就一个好的载体,以及转化加细胞生长如何把一个基因扩增成数十亿份拷贝。

质粒:一个小小的DNA环

细菌带有它们的主染色体,但许多细菌还拥有称为质粒的额外小DNA环。质粒能独立地自我复制,并在细胞分裂时被传递下去。这使它成为完美的递送容器:用限制性内切酶把它切开,放入你的基因,用连接酶封合,你就得到了一个准备搭车进入细胞的重组质粒。

任何用来把基因带入细胞的DNA分子都被称为载体。质粒最常用,但病毒和其他载具也可充当载体。一个好的载体需要三样东西:一种在宿主中自我复制的方法、一个插入你基因的位置,以及一个可选择标记——常常是一个抗生素抗性基因——它让你能分辨哪些细胞摄取了载体。

转化:把DNA送入细胞

转化是细菌从周围环境摄取重组质粒的那一步。细胞通常不会轻易吞入DNA,所以我们要诱导它们——一个常见的技巧是把细胞在盐溶液中冷却后迅速热激,这会短暂地使膜变得足够通透,让质粒得以溜入。

培养皿中实际摄取质粒的细胞只有少数。这时可选择标记就显出价值:把细胞涂布在含有抗生素的平板上,只有被转化的细胞才能存活并生长。每个幸存者都建立一个菌落,而那个菌落中的每个细胞都携带着你基因的拷贝。

克隆:一个基因变成数十亿

分子克隆意味着制造一段DNA的许多相同拷贝。由于单个细菌大约每20–30分钟分裂一次,一个被转化的细胞一夜之间就变成数百万个——每个都携带并复制你的质粒。到了早晨,你就拥有了实际上无限多的基因拷贝,全都来自一个起始分子。

  1. 用同一种酶切割基因和切开的质粒载体;连接成一个重组质粒。
  2. 转化细菌,使少数细胞摄取质粒。
  3. 在抗生素平板上筛选,使只有携带质粒的细胞长成菌落。
  4. 把一个菌落放在液体培养基中生长;细胞增殖并把基因复制数十亿次。