 «●—【前言】—●○» 在DNA中特定位置（位点）的串联重复序列的数量因个体而异。对于一个人的DNA中的每个VNTR位点，他或她都会有一定数量的重复。 遗传学家已经计算了用于DNA鉴定的VNTR在一般人群中发生的频率。有了这些数字，他们就可以确定一个特定的DNA图谱有多罕见。 «●—【DNA鉴定步骤】—●○» 通常，从犯罪现场或人体组织中提取的DNA数量非常少。在这种情况下，科学家需要进行复制，以便有足够的DNA用于DNA鉴定。聚合酶链反应（PCR）是一种快速产生许多DNA片段副本的技术。  PCR需要一个模板，一个包含科学家想要复制的序列的DNA片段。PCR还需要提供四种DNA核苷酸、加热剂DNA聚合酶和引物。 引物是人工制造的单链DNA片段，长度为20到30个核苷酸，DNA聚合酶必须存在才能启动复制。引物与要复制的DNA片段的末端互补。  当所有的成分组合起来，复制可以开始。引物与DNA结合，DNA聚合酶生成两条DNA链的副本。加热会破坏模板DNA与新形成的链上的键。 冷却后，引物可以再次与DNA结合。然后，DNA聚合酶可以再次复制。重复这个循环。每出现一个新的周期，两个引物之间的DNA就会加倍。 为了将长DNA分子切成更短的片段，生物学家使用被称为限制性内切酶的细菌蛋白质。限制性内切酶识别特定的短DNA序列，并在序列内或附近切割DNA。  图中的限制性内切酶识别每个DNA上的序列GAATTC，并切割G和A核苷酸之间的每条链。结果是末端有粘性的DNA片段。 一些限制性内切酶会留下DNA的悬垂部分，就像“粘性末端”一样，这样其他具有互补序列的DNA片段就可以与它们结合。 DNA片段可以用一种叫做凝胶电泳的技术来研究。凝胶电泳可以根据核酸或蛋白质的大小和电荷来分离它们。  用限制性内切酶切DNA样本。然后将DNA放在厚凝胶上的孔中。电流在一段时间内通过凝胶。带负电荷的DNA片段向凝胶中带正电荷的末端迁移。较小的DNA片段比较长的片段迁移得更快更远，这就将片段的大小分开。 DNA被转移到尼龙膜上，并添加放射性探针。这些探针可以与互补的DNA结合。接着，将x射线胶片暴露在放射性标记膜上。由此产生的条带模式被称为DNA指纹。 为了永久保存DNA指纹，技术人员可以在凝胶上放置一层带正电荷的尼龙膜，并将带负电荷的DNA转移到细胞膜上。为了可视化特定的DNA片段，生物学家可以制备一种与感兴趣的DNA互补的核酸，并对其进行放射性标记。  DNA指纹可以精确地指出识别每个个体的细微遗传差异。相同的双胞胎拥有相同的DNA指纹。 放置在凝胶上的一张x射线胶片将只暴露在凝胶上所需的DNA上的地方，提供DNA指纹。 DNA指纹，作为一种识别工具，如此强大的原因是对许多VNTR位点的综合分析。只分析一个VNTR位点就像在一个人的电话号码中，只有一个数字一样。DNA指纹分析通常比较5到13个VNTR位点。  一些犯罪实验室在其犯罪档案中经常使用的13个基因座，很有可能会导致两个人以大约1000亿分之一的比例共享一个DNA档案。地球上大约有65亿人，所以这应该足以消除任何疑问。 «●—【DNA重组】—●○» DNA技术有时被用来修改活细胞，或有机体体的基因组。改变细胞或生物体的遗传物质，以使它们能够制造新物质的过程被称为基因工程。当来自两个不同生物体的DNA连接时，重组DNA就产生。 研究人员对哪些分子会导致血管生长有了疑问。为了回答这些问题，他们使用基因工程使控制斑马鱼血管生长的蛋白质发出绿色的光。  一个具有重组DNA的生物体。为了研究血管的生长，研究人员将一种编码绿色荧光蛋白（GFP）的水母基因，与一种参与血管发育的斑马鱼基因结合在一起。 他们将GFP/血管基因插入到斑马鱼的胚胎中。鱼的血管细胞转录重组DNA并产生绿色荧光蛋白。随着斑马鱼的生长，它们的血管发出绿色光，研究人员可以更容易地研究它们的生长。 克隆是一个DNA片段、一个整个细胞，或一个完整的生物体的精确副本。生物学家还使用克隆这个词作为动词，意思是制造一个基因复制物。 研究人员可以通过将DNA片段插入载体来克隆它们，这些DNA可以在细胞内复制，通常是细菌或酵母，并可以携带外来DNA。 当携带外源DNA的载体进入细菌，细菌繁殖时，它们会培养出包含外源DNA的克隆细胞。克隆载体包括感染细菌和质粒的病毒。  质粒是除了主要的细菌染色体外，还在一些细菌细胞中自然发现的小DNA环。显示了两次，说明了使用质粒制作重组DNA的第一步。质粒和感兴趣的DNA（在这种情况下，含有胰岛素基因的人类DNA）被分离出来。  再次显示了质粒和人类DNA，一种限制性内切酶被用来将DNA切割成许多片段。粘性末端将供体和质粒DNA连接在一起，直到一种叫做DNA连接酶的酶永久连接在一起。  重组DNA质粒，每个具有不同部分的供体DNA，被转移到细菌中。当细菌细胞复制它们自己的DNA时，它们也会复制质粒和质粒所携带的供体基因。在细胞生长成菌落后，然后使用探针识别含有含有所需DNA的质粒的细菌菌落。 探针是一种RNA或单链DNA链，用放射性元素或荧光染料标记，可以与特定的DNA进行碱基对，如重组DNA中的供体基因。对于供体基因，探针为人类胰岛素基因的mRNA。 为了观察成千上万个菌落中哪一个含有所需的重组基因，生物学家将细菌中的DNA转移到滤纸上。 当在紫外线下观察或暴露在照相胶片下时，携带供体DNA的克隆细胞，及其附着的探针会发光并显示其位置。生物学家现在可以培养更多特定的重组细菌克隆。 «●—【DNA技术应用】—●○» DNA技术已被用于许多目的。例如，DNA鉴定被用于法医识别罪犯和释放被错误定罪的人。DNA也被用来识别人类遗骸。例如，DNA鉴定技术被用来识别俄国沙皇尼古拉二世及其家人，他们在1918年被布尔什维克处决。 除了法医应用外，DNA技术在其他科学工作中也非常重要。人类学家使用DNA鉴定技术来追踪人类的起源和迁移。环境保护主义者使用同样的技术来追踪受威胁或濒危生物的迁徙和迁徙，以保护它们的物种。 重组DNA技术为微生物提供了具有有用应用的新能力。第一个商业化使用的重组DNA产品是1982年的人胰岛素（用于治疗糖尿病）。 通过将人类胰岛素基因插入到细菌质粒中，制备了一种重组DNA分子。这些细菌现在生长在桶中，从桶中提取大量的人类胰岛素，用于治疗糖尿病。 自1982年以来，30多种使用DNA技术的产品获得批准，并在世界各地使用。这些蛋白质比传统药物更受青睐，因为它们具有很高的特异性和副作用更少。 医学上重要的蛋白质包括治疗免疫系统缺陷和贫血的因素。用于血友病患者的凝血因子，用于生长缺陷患者的人类生长激素，用于病毒感染和癌症的干扰素，以及用于治疗烧伤和溃疡的生长因子等蛋白质，只是目前使用的其他几种基因工程药物。 DNA技术的一个令人兴奋的应用是对整个人类基因组的测序。本节讨论了研究人员如何使用现代基因工具对人类基因组进行测序，以及他们的发现对21世纪的生物学和社会意味着什么。 1990年，世界各地的遗传学家，研究了科学史上最雄心勃勃的项目之一，人类基因组计划。人类基因组计划是一项研究工作，旨在对我们所有的DNA进行测序，并在其中定位所有功能重要的序列，如基因。 也就是说，该项目旨在确定人类基因组中所有33亿个核苷酸的序列，并绘制出每条染色体上的每个基因的位置。来自该项目的信息将提供对我们过去的进化、基因组组织、基因表达和细胞生长的见解。 人类基因组计划连接了6个国家的20多个科学实验室。到2001年，人类基因组序列的草稿，出现在科学期刊《科学与自然》上的，两篇具有里程碑意义的论文上。这个高质量的序列于2003年完成，比原计划提前了两年。 人类基因组计划的研究人员开发了自动DNA测序机，可以确定每天数百万个碱基对的顺序。这四个碱基用不同的颜色表示。 显示一个关于一个DNA片段中的核苷酸序列是如何在电脑屏幕上显示的例子。 «●—【小结】—●○» 人类基因组计划的科学家们对他们的一些发现感到惊讶，包括： 1.只有大约2%的人类基因组编码蛋白质。 2.染色体的外显子-核苷酸序列被转录和翻译。 3.人类的基因组比以前估计的要小。人类基因组只有大约2万到2.5万个蛋白质编码基因，远低于最初估计的10万个。科学家们现在知道，rna并不仅仅用于将DNA翻译成蛋白质。许多rna参与调节基因表达。 4.人类基因的外显子以多种方式被剪接，这使得同一个基因能够编码不同版本的蛋白质。一个生物体的全套蛋白质被称为其蛋白质组。人类的蛋白质组学相当复杂。 5.大约一半的人类基因组来自于转座子的改组，转座子是从一个染色体位置移动到另一个染色体位置的DNA片段。转座子似乎在发育或生理学中没有特定的作用。 6.有大约800万个单核苷酸多态性（SNP），这是一个独特的点，个体相差一个单核苷酸。snp对于更详细地定位基因组和人类疾病基因的鉴定非常重要。 参考文献： 基因专利限制问题研究[D]. 耿邦.郑州大学,2015 基因技术专利权垄断问题思考[J]. 邵淑毅;张韵雯.新闻世界,2011(06) 人体细胞内存在全新DNA结构[N]. 刘霞.科技日报,2018-04-25 DNA折纸术，“折”出生命所需神奇图案[N]. 李禾.科技日报,2019-03-26 基因科技成果利益分享研究. 郭明龙.中国人民大学出版社.2019 |
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