Экзогенная ДНК

Экзогенные нити ДНК (красные и зеленые) показаны внутри ядра клетки.

Экзогенная ДНК — это ДНК, происходящая вне организма, вызывающего беспокойство или исследование. ^[1] Экзогенную ДНК можно найти в природе в виде частично деградированных фрагментов, оставшихся от мертвых клеток. Эти фрагменты ДНК могут затем интегрироваться в хромосомы близлежащих бактериальных клеток и подвергаться мутагенезу . ^[2] Этот процесс изменения бактерий известен как трансформация . ^[3] Бактерии также могут подвергаться искусственной трансформации посредством химических и биологических процессов. Введение экзогенной ДНК в эукариотические клетки известно как трансфекция . ^[4] Экзогенную ДНК также можно искусственно вставлять в геном, что произвело революцию в процессе генетической модификации животных. Путем микроинъекции искусственного трансгена в ядро эмбриона животного экзогенная ДНК может объединиться с существующей ДНК клетки и создать генетически модифицированное трансгенное животное. ^[5] Создание трансгенных животных также ведет к изучению изменения сперматозоидов экзогенной ДНК. ^[6]

История

В 1928 году бактериолог Фредрик Гриффит наблюдал экзогенную ДНК наряду с бактериальной трансформацией у вида Streptococcus pneumoniae . ^[7]^[3] В ходе дальнейших испытаний врач Освальд Эйвери смог выделить и подтвердить, что ДНК, использованная в эксперименте, возникла извне клетки и интегрировалась в геном клетки. Повторные эксперименты доказали, что интеграция экзогенной ДНК возможна и у других видов бактерий, что побудило исследования распространиться на клетки млекопитающих. ^[3] Технология инъекции экзогенной ДНК в организм была открыта Линем в 1966 году. Он смог использовать тонкую стеклянную иглу, чтобы вводить полученную в лаборатории ДНК в зиготы мышей, не разрушая их ядра. В 1976 году Джениш осуществил первую успешную доставку экзогенной ДНК мышам с использованием вируса лейкемии Молони. ^[5]

Приложения

Трансформация

Интеграцию экзогенной ДНК с геномом клетки называют трансформацией ( трансфекцией в клетках животных). ^[3]^[8] Трансформация — это естественный процесс, происходящий у бактерий. Чтобы успешно усваивать экзогенную ДНК, бактерии должны находиться в состоянии компетентности . Некоторые бактерии обладают естественной компетентностью, но обычно только в течение короткого времени на определенной стадии цикла роста. ^[9] Бактерии также можно сделать компетентными с помощью различных химических обработок. Эти методы лечения обычно включают в себя повышение проницаемости целевой клеточной мембраны для принятия экзогенной ДНК, одним из таких примеров является воздействие на бактерии раствора ионов кальция или смеси полиэтиленгликоля и диметилсульфоксида . ^[10] Другой метод лечения — использование электричества ( электропорация или электротрансформация) для создания отверстий в клеточной мембране для проникновения ДНК. Наконец, опосредованную липосомами можно использовать трансформацию, . Поверхность клетки и входящая ДНК заряжены отрицательно, поэтому ДНК покрыта липидами. Защищая ДНК и, возможно, сливаясь с мембранными липидами, эти липосомы могут облегчить проникновение ДНК. ^[8]

Трансформация бактерий, растительных и животных клеток имеет важные исследовательские и коммерческие функции. Направленное введение экзогенной ДНК используется для идентификации генов, поскольку введенная ДНК может вызвать мутацию или изменить экспрессию целевого гена, обеспечивая уникальный идентифицирующий сигнал. Эта технология, известная как инсерционный мутагенез, часто использует ретровирусы в качестве векторов доставки ДНК. Такой инсерционный мутагенез часто использовался для идентификации многих онкогенов в определенных местах опухолевых клеток. ^[11]

Трансфекция

Трансфекция – это процесс внедрения экзогенной ДНК в эукариотические клетки. ^[12] Это более конкретный термин для животных клеток, поскольку процесс канцерогенеза в этих клетках также включается в определение трансформации. Обычно трансфекция описывает изменения в геноме клетки вследствие введения чужеродной ДНК. ^[4] Существует несколько способов проведения искусственной трансфекции. Химические методы включают использование химических веществ в качестве носителей для введения ДНК, таких как осаждение фосфатом кальция , комплексообразование DEAE -декстрана и липид-опосредованный перенос ДНК. ^[13] Физические методы используют такие методы, как электропорация , микроинъекция и сжатие клеток , чтобы увеличить проницаемость клеточной мембраны для принятия ДНК. ^[14] Вирусные методы (или трансдукция ) используют рекомбинантные вирусы, обработанные в лаборатории, в качестве векторов для изменения эмбрионов и сперматозоидов. ^[8]

Трансгенезис

Использование экзогенной ДНК для трансформации клеток породило дисциплину трансгенеза : использование методов рекомбинантной ДНК для введения новых признаков в организмы, главным образом посредством трансгенов. ^[15] Трансген — это введенный сегмент ДНК, который используется для кодирования гена у животного-хозяина. ^[16] Биологи используют трансгенез как инструмент для разведения генетически модифицированных или трансгенных животных, которые имеют широкий спектр применения. К ним относятся изучение генетики развития, болезненных процессов и регуляции генов . ^[17] Например, трансгенные сельскохозяйственные животные могут производить фармацевтические препараты для человека наряду с увеличением производства молока или мяса. Ткани и органы трансгенных животных также можно использовать для переливания и трансплантации с меньшей вероятностью иммунного отторжения. ^[18]

Сперматозоиды

Использование трансгенеза для генетической модификации животных породило новое направление использования экзогенной ДНК для модификации сперматозоидов . Было показано, что эпидидимальные сперматозоиды реагируют на экзогенные нуклеиновые кислоты, позволяя ДНК обратимо связываться со сперматозоидами посредством ионных взаимодействий. ^[19] Способность сперматозоидов находить и усваивать экзогенную ДНК затем использовалась для переноса чужеродных генов в ооцит во время оплодотворения для создания трансгенных животных. ^[6] Однако низкая эффективность препятствует этому методу из-за низкого поглощения экзогенной ДНК сперматозоидами в сочетании с низкой скоростью оплодотворения ооцита. ^[20]

См. также

Ссылки

^ «Определение экзогенной ДНК» . groups.molbiosci.northwestern.edu . Проверено 20 ноября 2021 г.
^ Хаканссон, Андерс П.; Маркс, Лаура Р.; Рош-Хаканссон, Хейзелин (01 января 2015 г.), Браун, Джереми; Хаммершмидт, Свен; Ориуэла, Карлос (ред.), «Глава 7 - Пневмококковая генетическая трансформация во время колонизации и формирования биопленки» , Streptococcus Pneumoniae , Амстердам: Academic Press, стр. 129–142, ISBN 978-0-12-410530-0 , получено 28 октября 2021 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Фарли, Джордж Э.; (5-1-1969) « Трансформация клеток млекопитающих экзогенной ДНК » Медицинский центр Университета Небраски , стр. 3-8, получено 28 октября 2021 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Медицинский словарь Дорландса: трансфекция» . 13 февраля 2009 г. Архивировано из оригинала 13 февраля 2009 г. Проверено 20 ноября 2021 г.
^ Jump up to: ^а ^б Притчетт-Корнинг, Кэтлин Р.; Ландел, Карлайл П. (01 января 2015 г.), Фокс, Джеймс Г.; Андерсон, Линн С.; Отто, Глен М.; Притчетт-Корнинг, Кэтлин Р. (ред.), «Глава 32 - Генетически модифицированные животные» , Медицина лабораторных животных (третье издание) , Американский колледж медицины лабораторных животных, Бостон: Academic Press, стр. 1417–1440, ISBN 978-0-12-409527-4 , получено 28 октября 2021 г.
^ Jump up to: ^а ^б Лавитрано, Мариалуиза; Джованнони, Роберто; Серрито, Мария Грация (2013). «Методы переноса генов с помощью спермы» . Сперматогенез . Методы молекулярной биологии. Том. 927. стр. 519–529. дои : 10.1007/978-1-62703-038-0_44 . ISBN 978-1-62703-037-3 . ISSN 1940-6029 . ПМИД 22992941 .
^ Гриффит, Фред. (1928). «Значение типов пневмококков» . Журнал гигиены . 27 (2): 113–159. дои : 10.1017/s0022172400031879 . ISSN 0022-1724 . ПМК 2167760 . ПМИД 20474956 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с «Бактериальная трансформация и компетентные клетки – краткое введение – США» . www.thermofisher.com . Проверено 28 октября 2021 г.
^ Чен, Инес; Дубнау, Дэвид (2004). «Поглощение ДНК во время бактериальной трансформации» . Обзоры природы Микробиология . 2 (3): 241–249. дои : 10.1038/nrmicro844 . ISSN 1740-1534 . ПМИД 15083159 . S2CID 205499369 .
^ Вертц, Джон Э.; Лоу, К. Брукс (01 января 2017 г.), «Генетика, микробиология (общая) ☆» , Справочный модуль по биомедицинским наукам , Elsevier, ISBN 978-0-12-801238-3 , получено 28 октября 2021 г.
^ Урэн, АГ; Кул, Дж.; Бернс, А.; ван Лохуизен, М. (2005). «Ретровирусный инсерционный мутагенез: прошлое, настоящее и будущее» . Онкоген . 24 (52): 7656–7672. дои : 10.1038/sj.onc.1209043 . ISSN 1476-5594 . ПМИД 16299527 . S2CID 14441244 .
^ «MeSH-браузер» . meshb.nlm.nih.gov . Проверено 20 ноября 2021 г.
^ Джордан, Мартин; Шаллхорн, Аннетт; Вурм, Флориан М (1996). «Трансфекция клеток млекопитающих: оптимизация критических параметров, влияющих на образование осадка фосфата кальция» . Исследования нуклеиновых кислот . 24 (4): 596–601. дои : 10.1093/нар/24.4.596 . ПМК 145683 . ПМИД 8604299 . Проверено 20 ноября 2021 г. {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Шарей, Армон; Золдан, Джанет; Адамо, Андреа; Сим, У Ён; Чо, Нахён; Джексон, Эмили; Мао, Ширли; Шнайдер, Сабина; Хан, Мин Джун; Литтон-Джин, Эбигейл; Басто, Памела А. (05 февраля 2013 г.). «Безвекторная микрофлюидная платформа для внутриклеточной доставки» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (6): 2082–2087. Бибкод : 2013PNAS..110.2082S . дои : 10.1073/pnas.1218705110 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 3568376 . ПМИД 23341631 .
^ «Трансгенез – обзор | Темы ScienceDirect» . www.sciencedirect.com . Проверено 28 октября 2021 г.
^ Костантини, Ф. (1 января 2001 г.), «Трансгенные животные» , в Малой, Стэнли; Хьюз, Келли (ред.), Энциклопедия генетики Бреннера (второе издание) , Сан-Диего: Academic Press, стр. 117–123, ISBN 978-0-08-096156-9 , получено 20 ноября 2021 г.
^ Де Виндт, Леон Дж.; Довенданс, Питер А.; Чиен, Кеннет Р. (01 января 2004 г.), Чиен, КЕННЕТ Р. (редактор), «Глава 4 - Создание и клонирование генетически модифицированных животных» , Молекулярные основы сердечно-сосудистых заболеваний (второе издание) , Филадельфия: У.Б. Сондерс , стр. 49–71, ISBN. 978-0-7216-9428-3 , получено 28 октября 2021 г.
^ Костантини, Ф. (1 января 2001 г.), «Трансгенные животные» , в Малой, Стэнли; Хьюз, Келли (ред.), Энциклопедия генетики Бреннера (второе издание) , Сан-Диего: Academic Press, стр. 117–123, ISBN 978-0-08-096156-9 , получено 28 октября 2021 г.
^ Лавитрано, Мариалуиза и Френч, Де и Зани, М и Фрати, Луиджи и Спадафора, Коррадо. (1992). « Взаимодействие между экзогенной ДНК и сперматозоидами » . Молекулярное размножение и развитие. 31. 161-9. 10.1002/мрд.1080310302. получено 28 октября 2021 г.
^ Гарсиа-Васкес, Франсиско Альберто; Руис, Сальвадор Груллон, Луис Альберто; де Ондис, Айтор; Гутьеррес-Адан, Альфонсо; Гадеа, Хоакин (декабрь 2011 г.). «Факторы, влияющие на перенос генов, опосредованный спермой свиньи» . Исследования в области ветеринарии . 91 (3): 446–453. дои : 10.1016/j.rvsc.2010.09.015 . ISSN 1532-2661 . ПМИД 20980036 .

[1] «Определение экзогенной ДНК» . groups.molbiosci.northwestern.edu . Проверено 20 ноября 2021 г.

[2] Хаканссон, Андерс П.; Маркс, Лаура Р.; Рош-Хаканссон, Хейзелин (01 января 2015 г.), Браун, Джереми; Хаммершмидт, Свен; Ориуэла, Карлос (ред.), «Глава 7 - Пневмококковая генетическая трансформация во время колонизации и формирования биопленки» , Streptococcus Pneumoniae , Амстердам: Academic Press, стр. 129–142, ISBN 978-0-12-410530-0 , получено 28 октября 2021 г.

[:04-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Фарли, Джордж Э.; (5-1-1969) « Трансформация клеток млекопитающих экзогенной ДНК » Медицинский центр Университета Небраски , стр. 3-8, получено 28 октября 2021 г.

[:1-4] Jump up to: ^а ^б «Медицинский словарь Дорландса: трансфекция» . 13 февраля 2009 г. Архивировано из оригинала 13 февраля 2009 г. Проверено 20 ноября 2021 г.

[:0-5] Jump up to: ^а ^б Притчетт-Корнинг, Кэтлин Р.; Ландел, Карлайл П. (01 января 2015 г.), Фокс, Джеймс Г.; Андерсон, Линн С.; Отто, Глен М.; Притчетт-Корнинг, Кэтлин Р. (ред.), «Глава 32 - Генетически модифицированные животные» , Медицина лабораторных животных (третье издание) , Американский колледж медицины лабораторных животных, Бостон: Academic Press, стр. 1417–1440, ISBN 978-0-12-409527-4 , получено 28 октября 2021 г.

[:2-6] Jump up to: ^а ^б Лавитрано, Мариалуиза; Джованнони, Роберто; Серрито, Мария Грация (2013). «Методы переноса генов с помощью спермы» . Сперматогенез . Методы молекулярной биологии. Том. 927. стр. 519–529. дои : 10.1007/978-1-62703-038-0_44 . ISBN 978-1-62703-037-3 . ISSN 1940-6029 . ПМИД 22992941 .

[7] Гриффит, Фред. (1928). «Значение типов пневмококков» . Журнал гигиены . 27 (2): 113–159. дои : 10.1017/s0022172400031879 . ISSN 0022-1724 . ПМК 2167760 . ПМИД 20474956 .

[:05-8] Jump up to: ^а ^б ^с «Бактериальная трансформация и компетентные клетки – краткое введение – США» . www.thermofisher.com . Проверено 28 октября 2021 г.

[9] Чен, Инес; Дубнау, Дэвид (2004). «Поглощение ДНК во время бактериальной трансформации» . Обзоры природы Микробиология . 2 (3): 241–249. дои : 10.1038/nrmicro844 . ISSN 1740-1534 . ПМИД 15083159 . S2CID 205499369 .

[10] Вертц, Джон Э.; Лоу, К. Брукс (01 января 2017 г.), «Генетика, микробиология (общая) ☆» , Справочный модуль по биомедицинским наукам , Elsevier, ISBN 978-0-12-801238-3 , получено 28 октября 2021 г.

[11] Урэн, АГ; Кул, Дж.; Бернс, А.; ван Лохуизен, М. (2005). «Ретровирусный инсерционный мутагенез: прошлое, настоящее и будущее» . Онкоген . 24 (52): 7656–7672. дои : 10.1038/sj.onc.1209043 . ISSN 1476-5594 . ПМИД 16299527 . S2CID 14441244 .

[12] «MeSH-браузер» . meshb.nlm.nih.gov . Проверено 20 ноября 2021 г.

[13] Джордан, Мартин; Шаллхорн, Аннетт; Вурм, Флориан М (1996). «Трансфекция клеток млекопитающих: оптимизация критических параметров, влияющих на образование осадка фосфата кальция» . Исследования нуклеиновых кислот . 24 (4): 596–601. дои : 10.1093/нар/24.4.596 . ПМК 145683 . ПМИД 8604299 . Проверено 20 ноября 2021 г. {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[14] Шарей, Армон; Золдан, Джанет; Адамо, Андреа; Сим, У Ён; Чо, Нахён; Джексон, Эмили; Мао, Ширли; Шнайдер, Сабина; Хан, Мин Джун; Литтон-Джин, Эбигейл; Басто, Памела А. (05 февраля 2013 г.). «Безвекторная микрофлюидная платформа для внутриклеточной доставки» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (6): 2082–2087. Бибкод : 2013PNAS..110.2082S . дои : 10.1073/pnas.1218705110 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 3568376 . ПМИД 23341631 .

[15] «Трансгенез – обзор | Темы ScienceDirect» . www.sciencedirect.com . Проверено 28 октября 2021 г.

[16] Костантини, Ф. (1 января 2001 г.), «Трансгенные животные» , в Малой, Стэнли; Хьюз, Келли (ред.), Энциклопедия генетики Бреннера (второе издание) , Сан-Диего: Academic Press, стр. 117–123, ISBN 978-0-08-096156-9 , получено 20 ноября 2021 г.

[17] Де Виндт, Леон Дж.; Довенданс, Питер А.; Чиен, Кеннет Р. (01 января 2004 г.), Чиен, КЕННЕТ Р. (редактор), «Глава 4 - Создание и клонирование генетически модифицированных животных» , Молекулярные основы сердечно-сосудистых заболеваний (второе издание) , Филадельфия: У.Б. Сондерс , стр. 49–71, ISBN. 978-0-7216-9428-3 , получено 28 октября 2021 г.

[18] Костантини, Ф. (1 января 2001 г.), «Трансгенные животные» , в Малой, Стэнли; Хьюз, Келли (ред.), Энциклопедия генетики Бреннера (второе издание) , Сан-Диего: Academic Press, стр. 117–123, ISBN 978-0-08-096156-9 , получено 28 октября 2021 г.

[19] Лавитрано, Мариалуиза и Френч, Де и Зани, М и Фрати, Луиджи и Спадафора, Коррадо. (1992). « Взаимодействие между экзогенной ДНК и сперматозоидами » . Молекулярное размножение и развитие. 31. 161-9. 10.1002/мрд.1080310302. получено 28 октября 2021 г.

[20] Гарсиа-Васкес, Франсиско Альберто; Руис, Сальвадор Груллон, Луис Альберто; де Ондис, Айтор; Гутьеррес-Адан, Альфонсо; Гадеа, Хоакин (декабрь 2011 г.). «Факторы, влияющие на перенос генов, опосредованный спермой свиньи» . Исследования в области ветеринарии . 91 (3): 446–453. дои : 10.1016/j.rvsc.2010.09.015 . ISSN 1532-2661 . ПМИД 20980036 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]