基因是攜帶遺傳信息的DNA序列,通過轉(zhuǎn)錄和翻譯,指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成表達(dá)個體攜帶的遺傳信息,調(diào)控生物性狀表達(dá)?;蚝铣傻奈酥幵谟?,它可以人為操作,創(chuàng)造自然界中不存在的新基因,為人類改造生物開辟新途徑。在生命科學(xué)領(lǐng)域,基因合成的應(yīng)用初步體現(xiàn)在核酸疫苗、人工生命、生物醫(yī)藥、臨床治療等多個方面。
基因合成的主要功效
一、進(jìn)行基因優(yōu)化,增強基因表達(dá)
蛋白質(zhì)由基因翻譯,基因結(jié)構(gòu)影響蛋白質(zhì)的表達(dá),優(yōu)化基因有利于提高蛋白質(zhì)的表達(dá)效率,通過人工合成基因,合理權(quán)衡和優(yōu)化參數(shù)組合,是特定蛋白質(zhì)最高的效率。
二、合成已知序列難以擴(kuò)增的基因
PCR是核酸的體外擴(kuò)增技術(shù),作為最基礎(chǔ)的分子生物學(xué)技術(shù)之一,在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但實際上,我們經(jīng)常遇到難以擴(kuò)增的DNA靶序列,就像富含高GC含量、重復(fù)序列和發(fā)夾等特殊結(jié)構(gòu)的基因一樣。對于這樣困難的基因,通過人工合成,可以建立自然條件下難以獲得的基因序列。
三、合成微芯片大量使用的cDNA
目前,cDNA芯片主要應(yīng)用于基因表達(dá)檢測,具有高通量的優(yōu)勢,可以定量監(jiān)測大量的基因表達(dá)水平,從而有助于科研人員基因功能的挖掘、疾病機(jī)制的發(fā)現(xiàn)、治療診斷等。其原理是以目標(biāo)序列為探針,用芯片斑點測量儀噴涂到特定基質(zhì)上。由于探針長度不同,大小不同,雜交條件也不同,傳統(tǒng)克隆方法工作量大,費用高,實驗周期長,但人工合成cDNA探針可以有效節(jié)約時間,提高實驗效率。
四、克隆小鼠抗體或重組抗體
除雜交瘤技術(shù)生產(chǎn)抗體外,目前還采用重組抗體或基因工程抗體技術(shù),通過體外合成表達(dá)基因得到單克隆抗體?;静襟E為:人工重組目的基因,將基因亞克隆到表達(dá)載體中,轉(zhuǎn)化細(xì)菌,誘導(dǎo)表達(dá),最終純化得到蛋白質(zhì)。
五、設(shè)計合成基因疫苗、基因治療載體
基因疫苗是由編碼某種抗原的外源基因和質(zhì)粒載體重組構(gòu)建真核表達(dá)載體,通過肌肉注射等直接導(dǎo)入動物細(xì)胞后,利用宿主細(xì)胞的蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)合成外源抗原蛋白,在宿主細(xì)胞中誘導(dǎo)對該抗原的體液和細(xì)胞免疫應(yīng)答,從而預(yù)防疾病基因治療用載體本身為DNA,根據(jù)來源分為質(zhì)粒載體、噬菌體、病毒載體等,根據(jù)用途分為克隆載體或表達(dá)載體。