Биоинженерия. Мутагенез

Содержание

Слайд 2

Компоненты ПЦР
• вода
• буфер
• смесь четырех дезоксинуклеотидтрифосфатов
• праймеры
• полимераза
• ДНК-матрица

Буфер для ПЦР

Компоненты ПЦР • вода • буфер • смесь четырех дезоксинуклеотидтрифосфатов • праймеры
Tris-HCl (5-75 mM, pH 8.8)
• KCl (50 mM), (NH4)2SO4 (20 mM)
• MgCl2 (1-3 mM)
Магний нужен для работы фермента и для образования комплексов праймеров с матрицей.

Слайд 3

Праймеры (олигонуклеотиды)

Короткие (несколько десятков нуклеотидов) одноцепочечные молекулы ДНК, служащие затравками для синтеза

Праймеры (олигонуклеотиды) Короткие (несколько десятков нуклеотидов) одноцепочечные молекулы ДНК, служащие затравками для
новой цепи в ходе ПЦР и одновременно ограничивающие собой амплифицируемый участок ДНК.
Химический синтез в коммерческой фирме – именно так в настоящее время биоинженеры получают олигонуклеотиды для работы.

Очистка праймеров:
либо вырезание из ПААГ,
либо HPLC.

Слайд 4

Самый главный параметр праймера – температура его отжига на матрицу

Очень примерная формула:

Самый главный параметр праймера – температура его отжига на матрицу Очень примерная

Tm (°C) = 4(G + C) + 2(A + T)
Приемлемая формула:
Tm (°C) = 81.5 + 0.41(%GC) - (675/N)
Термодинамически корректная формула:

Where ΔH (Kcal/mol) is the sum of the nearest neighbor enthalpy changes for hybrids, A is a small, but important constant containing corrections for helix initiation, ΔS (eu) is the sum of the nearest neighbor entropy changes, R is the Gas Constant (1.987 cal deg-1 mol-1) and Ct is the total molar concentration of strands. If the strand is self complementary, Ct /4 is replaced by Ct.

Слайд 5

Как правильно подобрать праймеры для ПЦР

1. Длина праймера должна обеспечить его однозначный

Как правильно подобрать праймеры для ПЦР 1. Длина праймера должна обеспечить его
отжиг на целевой участок матрицы. При этом чем короче праймер, тем он стабильнее и дешевле!
2. Четыре 3’-концевых нуклеотида не должны быть комплементарны ни самому праймеру, ни праймеру в паре. При этом они обязаны быть комплементарны матрице!
3. Температуры отжига двух праймеров должны быть более или менее одинаковыми.

Нестрогая комплементарность матрице – окно возможностей!

Внесение в праймер сайтов рестрикции!
Мутагенез!

Слайд 6

ДНК-полимеразы для ПЦР: термостабильность – наше все!

ДНК-полимераза из обычного организма не очень

ДНК-полимеразы для ПЦР: термостабильность – наше все! ДНК-полимераза из обычного организма не
подходит для ПЦР. Ее нужно было бы добавлять в реакцию в каждом цикле…

Термофильные организмы живут при высоких температурах. Их белки не денатурируют необратимо даже при 92 градусах.
ДНК-полимераза из Thermus aquaticus (Taq-полимераза): период полужизни фермента при температуре 92 °C составляет 130 минут! Оптимум 72 °C!

Другие термостабильные полимеразы

Сейчас используются рекомбинантные ферменты с повышенной точностью.

Слайд 7

ПЦР с обратной транскрипцией (RT-PCR)

Используется для получения кДНК (комплементарная ДНК, cDNA), то

ПЦР с обратной транскрипцией (RT-PCR) Используется для получения кДНК (комплементарная ДНК, cDNA),
есть ДНК, являющейся точной копией зрелой мРНК. Часто это бывает необходимо, чтобы избежать проблем, связанных с процессингом РНК (сплайсинг и т.п.).

Библиотеки кДНК используются на практике гораздо чаще, чем полногеномные библиотеки.
В библиотеках кДНК содержатся только те последовательности, с которых можно in vitro синтезировать белок (что чаще всего и бывает нужно биоинженерам).

Слайд 8

Хорошо жить в XXI веке! Много геномов уже известно, можно взять нужную

Хорошо жить в XXI веке! Много геномов уже известно, можно взять нужную
мРНК и амплифицировать ее при помощи RT-PCR.
А как работали люди 30 лет назад, когда геномов еще не было?

RACE – Rapid Amplification of cDNA Ends

Используется для определения последовательности транскриптов (мРНК).

5’-RACE

Слайд 10

Ligation-mediated PCR

Совокупность подходов, основанных на лигировании адапторов и их последующем использовании для

Ligation-mediated PCR Совокупность подходов, основанных на лигировании адапторов и их последующем использовании
проведения ПЦР.
Применяются для первичного анализа неотсеквенированных геномов.

Слайд 11

Inverse PCR

Используется для амплификации участков ДНК, фланкирующих участок с известной последовательностью.

Inverse PCR Используется для амплификации участков ДНК, фланкирующих участок с известной последовательностью.

Слайд 12

Аллель-специфическая ПЦР

Используется для детекции аллельных вариантов (однонуклеотидных полиморфизмов).

Аллель-специфическая ПЦР Используется для детекции аллельных вариантов (однонуклеотидных полиморфизмов).

Слайд 13

Nested PCR

Используется в случае всякого рода сложных матриц, с которых получаются неспецифические

Nested PCR Используется в случае всякого рода сложных матриц, с которых получаются
продукты.
Позволяет получить чистый специфический продукт посредством двух последовательных ПЦР.
Первая ПЦР – несколько циклов. Ее продукт используется как матрица во второй ПЦР, и тогда неспецифические продукты уже не амплифицируются.

Слайд 14

Overlap extension PCR

Для делеции какого-либо участка из ДНК

Overlap extension PCR Для делеции какого-либо участка из ДНК

Слайд 15

Overlap extension PCR

Для слияния двух участков ДНК

Overlap extension PCR Для слияния двух участков ДНК

Слайд 16

Метил-чувствительная ПЦР

Бисульфитная конверсия CpG-последовательностей:

Если С метилирован – это не работает!

И вы можете

Метил-чувствительная ПЦР Бисульфитная конверсия CpG-последовательностей: Если С метилирован – это не работает!
количественно определить уровень метилированности ДНК:

Слайд 17

Miniprimer PCR

Используется для одновременной амплификации многих похожих последовательностей (чаще всего – генов

Miniprimer PCR Используется для одновременной амплификации многих похожих последовательностей (чаще всего –
рибосомных РНК микробных сообществ).
В методе используется ДНК-полимераза S-Tbr. Ее отличительная черта – способность катализировать синтез с коротких (около 8 нуклеотидов) праймеров. Такие праймеры будут отжигаться сразу на все гены рибосомных РНК и давать набор продуктов, которые потом можно клонировать, секвенировать и определить состав данного микробного сообщества.
Метод очень простой, его все описывают на словах, поэтому я в Интернете картинки не нашел, а самому мне рисовать лень, уж не обессудьте.

Слайд 18

ПЦР-мутагенез

Направленный мутагенез в любом случае подразумевает использование праймера с мутацией и ДНК-полимеразы.
Пока

ПЦР-мутагенез Направленный мутагенез в любом случае подразумевает использование праймера с мутацией и
не было ПЦР, люди дико мучились с этим делом.
Вот, например, мутагенез по Кюнкелю:

Слайд 19

ПЦР-мутагенез

Однако это все легко и просто, если нужная вам мутация находится на

ПЦР-мутагенез Однако это все легко и просто, если нужная вам мутация находится
конце амплифицируемого фрагмента (в таком случае она может попасть в праймер).
А что если вы хотите мутацию в середине гена?

Самый просто вариант – это нужная вам мутация в праймере.

Слайд 20

Overlap extension PCR

Для делеции какого-либо участка из ДНК

Overlap extension PCR Для делеции какого-либо участка из ДНК

Слайд 21

Megaprimer PCR

Две последовательных ПЦР.
Амплифицируется часть гена, один из праймеров содержит мутацию.
Продукт первой

Megaprimer PCR Две последовательных ПЦР. Амплифицируется часть гена, один из праймеров содержит
ПЦР используется как праймер (мегапраймер) во второй ПЦР.

Слайд 22

Мутагенез, основанный на метилированности
матричных молекул ДНК

Pfu-полимераза работает по механизму «nonstrand-displacement».

Мутагенез, основанный на метилированности матричных молекул ДНК Pfu-полимераза работает по механизму «nonstrand-displacement».