ينشئ العلماء الحمض النووي المؤتلف عن طريق الجمع بين الأحماض النووية من مصادر مختلفة _ في كثير من الأحيان ، الأنواع البيولوجية الأخرى _ في المختبر. يسمح استنساخ الحمض النووي للباحثين بدراسة جينات معينة عن طريق إدخالها في خلايا يسهل التلاعب بها ، مثل البكتيريا. تُعرف الكائنات الحية التي تحتوي على الحمض النووي المؤتلف باسم الكائنات المعدلة وراثياً (GMOs). تنتج تقنية الحمض النووي المؤتلف كائنات ذات جينات جديدة يمكن أن تفيد العلم والطب والزراعة.
يتضمن إنشاء الحمض النووي المؤتلف إدخال جين مهم في ناقل (vector) _ مركبة تنقل الحمض النووي الغريب إلى الخلايا المضيفة لتكرار الحمض النووي وتعبير البروتين. أكثر نواقل الاستنساخ شيوعاً هي البلازميدات ، وهي قطع دائرية صغيرة من الحمض النووي تتكاثر بشكل مستقل عن الحمض النووي الصبغي للمضيف.
لإنشاء الحمض النووي المؤتلف ، يتم قطع كل من الحمض النووي للمتبرع ، بما في ذلك الجين المعني ، والناقل عند تسلسلات محددة من النيوكليوتيدات _ تسمى مواقع التقييد _ باستخدام إنزيمات التقييد. يقوم إنزيم ليجيز الحمض النووي بإغلاق العمود الفقري للسكر والفوسفات حيث يتصل الجين المعني بالبلازميد.
والنتيجة هي جزيء الحمض النووي المؤتلف يتكون من ناقل مع قطعة متكاملة من الحمض النووي للمتبرع _ تسمى ملحق. قد يقوم أحد العلماء بعد ذلك بإدخال جزيء الحمض النووي الهجين هذا في كائن حي مضيف _ عادة البكتيريا أو الخميرة _ حيث يتكاثر بسهولة وبسرعة. ينتج عن هذا نسخ عديدة من الجين المعني ، وهو أمر ضروري للبحث العلمي والتطبيقات الأخرى. يمكن أيضاً نسخ الجين وترجمته إلى البروتين المطلوب _ مثل الأنسولين البشري _ باستخدام الماكينة الخلوية للمضيف.
يعد تكوين الحمض النووي المؤتلف عملية غير كاملة ، وغالباً ما تحدث الأخطاء. على سبيل المثال ، قد يتم إغلاق الناقل بدون الإدخال أو قد يكون الإدخال غير صحيح (على سبيل المثال ، للخلف). قبل استخدام الحمض النووي المؤتلف لإجراء مزيد من الدراسات ، يتعين على الباحثين التحقق من الأخطاء. يمكن أن يساعد تسلسل النيوكليوتيدات في تحديد مستعمرات البكتيريا التي تحمل البلازميدات مع الإدخال الصحيح.
يستخدم العلماء الحمض النووي المؤتلف لدراسة الجينات والبروتينات
تعد تقنية الحمض النووي المؤتلف مفيدة بشكل خاص عندما يحتاج العالم إلى نسخ عديدة من الجين محل الاهتمام أو منتج بروتيني. ومع ذلك ، قد يتطلب بحث العلماء مستوى إضافياً من التعقيد ، مثل اكتشاف البروتين المطلوب أو تنقيته. لتحقيق هذا الهدف ، قد يقوم الباحث بإرفاق علامة أو مراسل _ بروتينات تستخدم لتحديد منتج الجين _ مع البروتين المطلوب لإنشاء جين اندماج أو جين كيمري (خليط).
استخدم العلماء لأول مرة تقنية الحمض النووي المؤتلف لإنتاج الأنسولين البشري في البكتيريا ، مما أدى إلى علاج مرض السكري. منذ هذا الاكتشاف الأولي ، أنتج الباحثون احماض نووية أخرى مؤتلفة للاستخدام العلاجي. تصنع البكتيريا المؤتلفة هرمون النمو البشري _ وهو بروتين مطلوب للنمو الطبيعي والتطور _ لعلاج المرضى الذين يعانون من نقص هرمون النمو. تنتج خلايا الثدييات المؤتلفة ، المشتقة من الإنسان والهامستر ، العامل الثامن _ وهو بروتين مطلوب لتخثر الدم الطبيعي _ لعلاج مرضى الهيموفيليا. من الواضح أن تقنية الحمض النووي المؤتلف هي أداة قوية لإنتاج البروتينات الأساسية على نطاق واسع.
تؤثر التطورات الزراعية في تكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف أيضاً على رفاهية الإنسان. على سبيل المثال ، عانى مزارعو الذرة من أضرار جسيمة في المحاصيل بسبب حشرة حفار الذرة الأوروبية. رداً على ذلك ، عزل العلماء الجينات من البكتيريا التي تعيش في التربة _ Bacillus thuringiensis (Bt) _ لإنتاج ذرة معدلة وراثياً ومقاومة للآفات. تُنتج Bacillus thuringiensis بشكل طبيعي بروتينات سامة لبعض الحشرات ولكن ليس البشر أو النباتات أو الحيوانات الأخرى. أدى إدخال ذرة Bt المقاومة للآفات إلى تحسين غلة المحاصيل وتقليل استخدام مبيدات الآفات الكيميائية. تعزز مثل هذه التطبيقات الزراعية جودة وكمية الإمدادات الغذائية العالمية.
