Sự khác biệt giữa nhân bản gen và PCR

Sự khác biệt chính - Nhân bản gen và PCR
 

Sự tổng hợp nhiều bản sao DNA từ một đoạn DNA cụ thể được gọi là khuếch đại DNA. Có hai quá trình khuếch đại DNA chính là nhân bản gen và PCR. Sự khác biệt chính giữa nhân bản gen và PCR là, nhân bản gen tạo ra nhiều bản sao của một gen cụ thể in vivo bằng cách xây dựng DNA tái tổ hợp và phát triển bên trong vi khuẩn chủ trong khi PCR tạo ra hàng triệu bản sao của một đoạn DNA cụ thể trong ống nghiệm trải qua các chu kỳ biến tính và tổng hợp lặp đi lặp lại.

NỘI DUNG
1. Tổng quan và sự khác biệt chính
2. Nhân bản gen là gì
3. PCR là gì
4. So sánh cạnh nhau - Nhân bản gen và PCR
5. Tóm tắt

Nhân bản gen là gì?

Nhân bản gen là một kỹ thuật được sử dụng để xác định vị trí và nhân lên một gen cụ thể từ DNA bộ gen được chiết xuất của một sinh vật thông qua việc xây dựng DNA tái tổ hợp. DNA bộ gen chứa hàng ngàn gen khác nhau được mã hóa cho protein. Khi DNA được trích xuất, nó bao gồm tất cả các gen có thể có. Kỹ thuật nhân bản gen đã cho phép phát hiện một gen cụ thể từ tổng số DNA. Do đó, nhân bản gen đóng vai trò là một công cụ quan trọng trong sinh học phân tử.

Tạo ra một thư viện bộ gen của một sinh vật là điều cần thiết trong nhân bản gen nếu không có manh mối về vị trí của gen liên quan trong DNA. Một thư viện bộ gen được thực hiện bằng các bước sau.

Bước 1: Trích xuất toàn bộ DNA từ một sinh vật có chứa gen mong muốn.

Bước 2: Hạn chế tiêu hóa DNA chiết xuất để tạo ra các mảnh nhỏ có thể quản lý được. Bước này được tạo điều kiện bởi endonuclease hạn chế.

Bước 3: Lựa chọn một vectơ phù hợp và mở DNA vectơ bằng cách sử dụng các endonuclease hạn chế tương tự. Các plasmid vi khuẩn thường được sử dụng làm vectơ để mang DNA ngoại lai. Plasmid là những vòng tròn nhỏ DNA nằm trong vi khuẩn.

Bước 4: Kết hợp DNA vector và DNA phân mảnh để tạo ra phân tử DNA tái tổ hợp. Bước này được chi phối bởi DNA ligase.

Bước 5: Chuyển các phân tử DNA tái tổ hợp vào vi khuẩn chủ. Bước này được gọi là biến đổi và được thực hiện bằng cách sử dụng sốc nhiệt.

Bước 5: Sàng lọc các tế bào vi khuẩn biến đổi trên môi trường nuôi cấy. Một quần thể hỗn hợp gồm các tế bào chủ biến đổi và không chuyển hóa được thu được ở cuối quá trình biến đổi. Vì gen quan tâm chỉ bao gồm trong các tế bào chủ biến đổi. Do đó, cần phải chọn các ô biến đổi. Việc lựa chọn được thực hiện bằng phương tiện chọn lọc có chứa kháng sinh. Chỉ các tế bào biến đổi phát triển trên phương tiện sàng lọc này cho phép lựa chọn.

Bước 6: Phát triển vi khuẩn để sản xuất một thư viện gen. Trong bước này, các tế bào chủ được biến đổi được đưa vào môi trường nuôi cấy tươi cung cấp các yêu cầu tăng trưởng tối ưu. Tổng số khuẩn lạc trên các đĩa nuôi cấy đại diện cho thư viện bộ gen của sinh vật đó.

Bước 7: Phân tử DNA tái tổ hợp có chứa gen quan tâm phải được sàng lọc từ hàng ngàn đoạn DNA tái tổ hợp. Nó có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các đầu dò đánh dấu gen cụ thể hoặc kết quả protein cụ thể từ gen đó.

Một khi gen quan tâm chứa khuẩn lạc vi khuẩn được xác định từ tổng số khuẩn lạc, có thể tạo ra hàng triệu bản sao của plasmid tái tổ hợp có chứa gen.

Nhân bản gen được sử dụng trong việc thiết lập các thư viện gen, tạo ra protein đặc biệt, vitamin, kháng sinh, hormone, giải trình tự và lập bản đồ bộ gen của các sinh vật, tạo ra nhiều bản sao DNA cá nhân trong pháp y, v.v..

Hình_1: Nhân bản gen

PCR là gì?

Phản ứng chuỗi polymerase (PCR) là một kỹ thuật tạo ra một số lượng lớn các bản sao của một đoạn DNA cụ thể. Sự khuếch đại theo cấp số nhân của một chuỗi DNA cụ thể thu được bằng PCR trong trong ống nghiệm điều kiện. Kỹ thuật này là một công cụ rất mạnh trong Sinh học phân tử vì nó có thể nhân một mẫu DNA nhỏ thành một lượng có thể sử dụng được. PCR được Kary Mullis giới thiệu vào năm 1983 và phát minh giành giải thưởng này đã tạo ra một bước tiến lớn trong Sinh học phân tử.

Kỹ thuật PCR theo các phản ứng PCR lặp đi lặp lại như trong Hình 02. Một phản ứng PCR bao gồm ba bước chính xảy ra ở ba nhiệt độ khác nhau; biến tính sợi đôi ở DNA ở 94 ⁰C, ủ các mồi ở 68 ⁰C và kéo dài sợi ở 72 ⁰C. Do đó, khi PCR được thực hiện, sự dao động nhiệt độ cần được duy trì cao để sao chép thích hợp. PCR được thực hiện trong một máy PCR bên trong các ống PCR. Các ống PCR được nạp với các hỗn hợp PCR chính xác chứa DNA mẫu, Taq polymerase, mồi, dNTP và đệm. Việc biến tính DNA mẫu sợi đôi thành DNA sợi đơn được thực hiện bằng cách phá vỡ liên kết hydro giữa các cơ sở bổ sung ở 94 - 98 ⁰C. Sau đó, các chuỗi DNA mẫu đơn được phơi bày cho mồi. Một cặp mồi (tiến và lùi) nên được cung cấp, và chúng phải được điều nhiệt để chịu được nhiệt độ cao. Các đoạn mồi là các chuỗi DNA ngắn đơn chuỗi bổ sung cho các đầu của đoạn DNA đích. Mồi tổng hợp được sử dụng trong PCR. Các mồi liên kết với các cơ sở bổ sung của DNA mẫu và bắt đầu tổng hợp một chuỗi mới. Bước này được xúc tác bởi một enzyme có tên Taq polymerase; Một enzyme DNA polymerase ổn định nhiệt được phân lập từ Thermus auqaticus. Khi có mồi và nucleotide (khối xây dựng), Taq polymerase sẽ xây dựng chuỗi DNA mới bổ sung cho DNA mẫu. Vào cuối chương trình PCR, đoạn DNA được khuếch đại được quan sát bằng cách sử dụng điện di gel. Nếu cần phân tích thêm, sản phẩm PCR được tinh chế từ gel.

PCR rất hữu ích trong chẩn đoán và theo dõi các bệnh di truyền và mắc phải, xác định tội phạm (trong lĩnh vực pháp y), nghiên cứu cấu trúc và chức năng của một phân đoạn DNA mục tiêu, giải trình tự và lập bản đồ bộ gen của sinh vật, v.v. PCR đã trở thành một kỹ thuật phòng thí nghiệm thông thường trong phòng thí nghiệm nghiên cứu sinh học y học và phân tử giữa các nhà khoa học vì nó có rất nhiều ứng dụng.

Hình_2: Phản ứng chuỗi polymerase

Sự khác biệt giữa nhân bản gen và PCR là gì?

Nhân bản gen vs PCR
Nhân bản gen là quá trình tạo ra nhiều bản sao của một gen cụ thể in vivo thông qua DNA tái tổ hợp và biến đổi thành vi khuẩn chủ.	Kỹ thuật PCR tạo ra nhiều bản sao của một chuỗi DNA cụ thể trong ống nghiệm thông qua các chu kỳ phản ứng PCR lặp đi lặp lại.
Yêu cầu xây dựng DNA tái tổ hợp
DNA tái tổ hợp được tạo ra để xác định vị trí gen.	DNA tái tổ hợp không được sản xuất.
Cần lao động
Quá trình này tốn nhiều công sức.	Lao động chuyên sâu là không cần thiết.
Quá trình in vivo hoặc in vitro
Xây dựng DNA tái tổ hợp là trong ống nghiệm và sự khuếch đại của DNA là in vivo.	Sự khuếch đại của DNA xảy ra hoàn toàn trong ống nghiệm.

Tóm tắt - Nhân bản gen vs PCR

Nhân bản gen và PCR là hai phương pháp được sử dụng để khuếch đại DNA. PCR là một trong ống nghiệm quá trình tạo ra nhiều bản sao DNA của một đoạn DNA cụ thể mà không sử dụng DNA tái tổ hợp và sinh vật chủ. Nhân bản gen chủ yếu là một in vivo quá trình dẫn đến nhiều bản sao của một gen quan tâm bên trong cơ thể vật chủ thông qua việc xây dựng DNA tái tổ hợp. Đây là sự khác biệt giữa nhân bản gen và PCR.

Tài liệu tham khảo:
1. Griffiths, Anthony JF. Bản sao nhân bản một gen cụ thể. Phân tích di truyền học hiện đại. Thư viện Y khoa Quốc gia Hoa Kỳ, ngày 1 tháng 1 năm 1999. Web. Ngày 22 tháng 2 năm 2017
2. Phản ứng chuỗi polymerase (PCR). Trung tâm Thông tin Công nghệ Sinh học Quốc gia. Thư viện Y khoa Quốc gia Hoa Kỳ, n.d. Web. Ngày 22 tháng 2 năm 2017

Hình ảnh lịch sự:
1. Hình 17 01 06 06 By CNX OpenStax - (CC BY 4.0) qua Commons Wikimedia
2. PCR PCR 'By Madprime - Công việc riêng (CC BY-SA 3.0) qua Commons Wikimedia