cdna是谁发明的（cdna文库含有生物的什么基因）

本篇百科问答的知识要给大家谈谈cdna是谁发明的，以及cdna文库含有生物的什么基因对应的知识点，希望对学习有所帮助。

文章目录：

• 1、获得目的基因时 从哪开始剪取啊？
• 2、克隆技术是谁发明的
• 3、爱提问的科学家的故事
• 4、基因芯片技术

获得目的基因时 从哪开始剪取啊？

目的基因的获得

从事一项基因工程，通常总是要先获得目的基因，倘若基因的序列是已知的，可以用化学方法合成，或者利用聚合酶链式反应（PCR）由模板扩增。此外，最常用并且无需已知序列的方法是建立一个基因文库或cDNA文库，从中选择出目的基因进行克隆。

（一）基因文库的构建

基因文库是指整套由基因组DNA片段插入克隆载体获得的分子克隆之总和。在理想条件下基因文库应包含该基因组的全部遗传信息。通常包含以下五个步骤：

1．染色体DNA的片段化：利用能识别较短序列的限制性内切酶对染色体基因组进行随机性切割产生众多的DNA片段。

2．载体DNA的制备：选择适当的λ噬菌体载体，用限制性内切酶切开，得到左右两臂，以便分别与染色体DNA片段的两端连接。

3．体外连接与包装：将染色体DNA片段与载体DNA片段用T4DNA连接酶连接，然后重组体DNA与λ噬菌体外壳蛋白在体外包装（图8-1-4）。

图8-1-4 基因文库的建立

4．重组噬菌体感染大肠杆菌：重组噬菌体感染细胞将重组DNA导入细胞，重组DNA在细胞内增殖并裂解宿主细胞，产生的溶菌产物组成重组噬菌体克隆库，即基因文库。

5．基因文库的鉴定、扩增与保存：构建的基因文库应鉴定其库容量，需要时可进行扩增。构建好的基因文库可多次使用。

（二）cDNA文库的建立

真核生物基因的结构和表达控制元件与原核生物有很大的不同。真核生物由于外显子与内含子镶嵌排列，转录产生的RNA须切除内含子拼接外显子才能最后表达，因此真核生物的基因是断裂的。真核生物的基因不能直接在原核生物表达，只有将加工成熟的mRNA经逆转录合成互补的DNA（cDNA），再接上原核生物的表达控制元件，才能在原核生物中表达。还有，mRNA很不稳定，容易被RNA酶分解，因此真核生物须建立cDNA文库来进行克隆和表达研究。所谓cDNA文库是指细胞全部mRNA逆转录成cDNA并被克隆的总和。

建立cDNA文库与基因文库的最大区别是DNA的来源不同。基因文库是取现成的基因组DNA，cDNA文库是取细胞中全部的mRNA经逆转录酶生成DNA（cDNA）（图8-1-10），其余步骤二者相类似。构建cDNA文库的基本步骤有5步：①制备mRNA；②合成cDNA；③制备载体DNA（质粒或λ噬菌体）；④双链cDNA的克隆（cDNA与载体的重组）；⑤cDNA文库的鉴定、扩增与保存。

（三）基因库中克隆基因的挑选分离

基因文库和cDNA文库建立起来后，下一步的工作是从一个庞大的基因库中分离出所需要的重组体克隆，这是一件难度很大，费时费力的工作。一种方法是根据重组体某种特征从库中直接挑选出重组体（参见图8-1-3），这种方法叫做“选择”；另一种方法是把库中所有的重组体进行一遍筛查，这种方法叫做“筛选”。

1．原位杂交法：这一种利用特异探针的直接选择法，是一种十分灵敏而且快速的方法，基本步骤如图8-1-5所示。

图8-1-5 原位杂交直接选择DNA重组体

上图用于杂交的探针可以是双链DNA，也可以是单链DNA，或是RNA。杂交的检测常用放射性同位素标记探针，通过自显影来进行。

显然，有效进行杂交筛选的关键是获得特异的探针。探针的获得有如下方法：

①如果目的基因序列是已知的，或部分序列是已知的，探针可以从已有的克隆中制备，或用PCR方法扩增。

②如果目的基因是未知的，而有其他物种的同源序列，那么可以用同源序列做探针。

③如果目的基因未知，但知道它对应的蛋白质序列，可根据蛋白质序列设计相应的核酸探针。

2．扣除杂交法：这是一种筛选方法，难度很大，是面对目的基因未知，同源基因未知，蛋白质序列未知的情况的。基本原理是找到该基因的高表达细胞，提取相应的mRNA，并与一般细胞提取的mRNA进行比较，分离一般细胞不存在而高表达细胞存在的mRNA，然后用该mRNA逆转录生成cDNA。

（四）聚合酶链式反应扩增目的基因

聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction，PCR）是DNA体外酶促扩增，故又称无细胞分子克隆。它模仿体内DNA反复复制的过程，用DNA聚合酶在体外合成DNA。1985年由Mulis K发明。PCR技术能快速特异地扩增所希望的目的基因或DNA片段，能在实验室里的一支试管内，将所要研究的一个目的基因或某一DNA片段，在数小时内扩增至百万乃至千百万倍，使得皮克（pg）水平的起始物达到微克（μg）水平的量。只要一根毛发、一个精子、一滴血的DNA样本，或福尔马林固定、或石腊包埋、或冷冻数万年的组织，都可用于基因结构的分析。PCR现已成为生命科学实验室获取某一目标DNA片段的一种常规技术，已广泛地应用于医疗工程、生物工程、遗传病和传染病诊断、肿瘤机制的探查、法医学和考古学等领域。。

1．基本原理

PCR方法模拟体内的DNA复制，首先加热使DNA双链变性为单链，然后退火（降温）至变性温度点以下，单链DNA与加入的小片段DNA引物复性，随后适宜温度下在耐热的DNA聚合酶（Taq DNA聚合酶）作用下自引物延伸子链。不断重复高温变性、低温退火、适温延伸三个步骤，使样品DNA大量扩增（图8-1-6）。

图8-1-6 聚合酶链式反应示意图

2.PCR的反应条件

①模板DNA（需扩增的目的基因或序列）；

②2种不互补的DNA片段引物；

③4种dNTP（dATP、dGTP、dCTP、dTTP）；

④耐热DNA聚合酶；

⑤缓冲液。

3．温控

反应开始时94℃加热5～10min使DNA完全变性，然后进入循环。每一轮循环包括：

①加热，94℃，45s，高温促使DNA变性成单链；

②退火，55℃，1min，使单链DNA与引物粘合；

③延伸，72℃，1～1.5min，Taq DNA最适温度促使DNA子链自引物延伸。

最后一次循环时延伸时间延长到10min，促使所有子链充分延伸。最后通过电泳分离进行分析。

4．应用

①在分子生物学的一些应用：产生大量已克隆化双链DNA中的特定序列，从少量mRNA生成cDNA文库，选择性扩增特定的cDNA区段，生成大量单链DNA进行序列测定，构建突变体和重组体等。

②在细菌类疾病诊断中的应用：分枝杆菌、淋球菌DNA检测。

③对病毒类疾病诊断中的应用：人类巨细胞病毒、乙肝病毒、丙肝病毒的检测。

④在遗传疾病诊断上的应用 ：PCR已有效地应用于诊断单基因疾病及产前诊断和携带者的检测。第一个应用PCR进行产前诊断的疾病为镰刀形红细胞贫血症。目前，国内外许多单位采用此法来诊断多种遗传性疾病。如镰刀形红细胞贫血、地中海贫血、血友病A、血友病B、Duchenne肌萎缩、囊性纤维变性、神经纤维瘤、成年多囊肾、视网膜母细胞瘤等。

⑤在肿瘤诊断上的应用：与人类肿瘤相关基因研究最多的为ras基因族，ras基因族包括H- ras、K- ras及N- ras三类基因，该族基因的第12、13及61位密码最易发生点突变，以后便获得了转化潜能，产生ras癌基因。具转化潜能的ras基因广泛存在于多种肿瘤细胞系，有时也存在于人的肿瘤组织内。根据这三类基因的DNA顺序，设计引物，将包括点突变部位的DNA进行PCR扩增，再根据正常的顺序及可能发生突变的顺序设计合成并成多种探针，用标记的探针与PCR扩增DNA杂交，即可判断是否有突变。

⑥在法医物证学上的应用：种属鉴定、性别鉴定、个人识别、亲子鉴定。

⑦在器官移植上的应用：器官移植是治疗重要器官晚期实质性病变所致功能衰竭的最好办法。目前，常进行移植的重要器官有骨髓、肾、心、胰、肝等。成功的器官移植受者能够接近正常人一样地生活和劳动。器官移植的成功与否，关键的问题之一是宿主对移植器官是否产生排斥反应，以及反应的强度。因此，实现器官移植的一项重要内容就是进行人的组织相容性系统的测定。目前流行的测定HLA的方法主要是血清学方法和细胞学方法。但是，这两种方法均有操作繁琐、材料来源困难、保存要求高、花费时间长等缺点。而且，以上述方法，HLA的某些等位基因仍无法检测。PCR技术的建立和发展，使得对HLA基因进行直接测定成为可能。它能直接作基因分型，具有操作简单、方便、快速、灵敏等特点，而且不会受抗HLA血清和活淋巴细胞等方面的限制，对器官库的建立将提供十分有用的技术手段。

（五）获得目的基因的其他方法

如果基因序列完全已知，可以通过化学方法进行人工合成。通过定位诱变也可以获得突变基因。

克隆技术是谁发明的

克隆第一人是英国科学家伊恩·威尔穆特

伊恩·威尔穆特，英国胚胎学家。世界上第一个用体细胞克隆出动物的科学家。1945年出生于英国的苏格兰。1996年7月24日，在罗斯林研究所诞生的胚胎细胞克隆绵羊小波利，再次在全球范围内引发新的克隆震撼，因为波利的细胞内携带着一种人类基因。从此以后，克隆迅速在全球展开，并取得了越来越多的成就。

英国2001年通过《人类胚胎学法案》，从法律上批准了治疗性的克隆人类胚胎研究，使其成为世界上第一个立法批准克隆人类胚胎的国家。英国政府今年8月曾向纽卡斯尔大学颁发了世界上第一份克隆人类胚胎的合法执照。

尽管英国允许以医疗为目的的克隆人类胚胎研究，但用于生殖目的的克隆人类胚胎研究，也就是俗称的“克隆人”，在这个国家仍然是非法的。

联合国将于10月份举行大会，就是否批准克隆人研究进行表决。美国倡议应该禁止所有形式的克隆人研究，而比利时等国则呼吁应该禁止用于生殖目的的克隆人研究，并由各国自行制定有关治疗性克隆人类胚胎的法案。

爱提问的科学家的故事

1994年，华裔美国科学家钱永健（roger y tsien）开始改造gfp，有多项发现。世界上用的大多数是钱永健实验室改造后的变种，有的荧光更强，有的黄色、蓝色，有的可激活、可变色。到一些不常用做研究模式的生物体内找有颜色的蛋白成为一些人的爱好，现象正如当年在嗜热生物中找到以后应用广泛的pcr用多聚酶后的一波浪潮。不过真发现的有用东西并不很多。成功的例子有俄国科学院生物有机化学研究所sergey a. lukyanov实验室从珊瑚里发现其他荧光蛋白，包括红色荧光蛋白。

生物发光现象，下村修和约翰森以前就有人研究。萤火虫发荧光，是由荧光酶（luciferase）作为酶催化底物分子荧光素（luciferin），有化学反应如氧化，以后产生荧光。而蛋白质本身发光，无需底物，起源是下村修和约翰森的研究。

下村修和约翰森用过几种实验动物，和本故事相关的是学名为aequorea victoria的水母。1962年，下村修和约翰森等在《细胞和比较生理学杂志》上报道，他们分离纯化了水母中发光蛋白水母素。据说下村修用水母提取发光蛋白时，有天下班要回家了，他把产物倒进水池里，临出门前关灯后，依依不舍地回头看了一眼水池，结果见水池闪闪发光。因为水池也接受养鱼缸的水，他怀疑是鱼缸成分影响水母素，不久他就确定钙离子增强水母素发光。1963年，他们在《科学》杂志报道钙和水母素发光的关系。其后ridgway和ashley 提出可以用水母素来检测钙浓度，创造了检测钙的新方法。钙离子是生物体内的重要信号分子，水母素成为第一个有空间分辨能力的钙检测方法，是目前仍用的方法之一。

1955年davenport和nicol发现水母可以发绿光，但不知其因。在1962 年下村修和约翰森在那篇纯化水母素的文章中，有个注脚，说还发现了另一种蛋白，它在阳光下呈绿色、钨丝下呈黄色、紫外光下发强烈绿色。其后他们仔细研究了其发光特性。1974年，他们纯化到了这个蛋白，当时称绿色蛋白，以后称绿色荧光蛋白gfp。morin和hastings提出水母素和gfp之间可以发生能量转移。水母素在钙刺激下发光，其能量可转移到gfp，刺激gfp发光。这是物理化学中知道的荧光共振能量转移(fret)在生物中的发现。

下村修本人对gfp的应用前景不感兴趣，也没有意识到应用的重要性。他离开普林斯顿到 woods hole海洋研究所后，同事普腊石(douglas prasher)非常感兴趣发明生物示踪分子。1985年普腊石和日裔科学家satoshi inouye独立根据蛋白质顺序拿到了水母素的基因（准确地说是cdna）。1992年，普腊石拿到了gfp的基因。有了cdna，一般生物学研究者就很好应用，比用蛋白质方便多了。

基因芯片技术

“微处理器在本世纪使我们的经济结构发生了根本改变，给人类带来了巨大的财富，改变了我们的生活方式。然而，生物芯片给人类带来的影响可能会更大，它可能从根本上改变医学行为和我们的生活质量，从而改变世界的面貌 ”。

一、生物芯片与基因芯片

生物芯片技术是通过缩微技术，根据分子间特异性地相互作用的原理，将生命科学领域中不连续的分析过程集成于硅芯片或玻璃芯片表面的微型生物化学分析系统，以实现对细胞、蛋白质、基因及其它生物组分的准确、快速、大信息量的检测。按照芯片上固化的生物材料的不同，可以将生物芯片划分为基因芯片、蛋白质芯片、细胞芯片和组织芯片。生物芯片技术与传统的仪器检测方法相比具有高通量、微型化、自动化、成本低、防污染等特点。按照生物芯片的制作技术，可以将生物芯片划分为微矩阵和原位合成芯片。鉴于生物芯片技术领域的飞速发展，美国科学促进会将生物芯片评为1998年的十大科技突破之一，认为生物芯片技术将是继大规模集成电路之后的又一次具有深远意义的科学技术革命。

目前,最成功的生物芯片形式是以基因序列为分析对象的“微阵列(microarray)”,也被称为基因芯片(Gene chip)DNA芯片(DNA chip)。按照载体上点的DNA种类的不同，基因芯片可分为寡核苷酸和cDNA两种芯片。按照基因芯片的用途可分为表达谱芯片、诊断芯片、指纹图谱芯片、测序芯片、毒理芯片等等。早在八十年代初期,Bains等人就用杂交的方法对固定在支持物上的短DNA片段进行序列测定。基因芯片技术从实验阶段走向工业化是得益于其他技术的引入，如激光共聚焦显微技术、探针固相原位合成技术与照相平板印刷技术的结合和双色荧光探针杂交系统的建立。90年代初期人类基因组计划（Human Genome Project, HGP）和分子生物学相关学科的发展也为基因芯片技术的出现和发展提供了有利条件。1992年，Affymatrix公司Fodor领导的小组运用半导体照相平板技术，对原位合成制备的DNA芯片作了首次报道，这是世界上第一块基因芯片。1995年，Stanford大学的P.Brown实验室发明了第一块以玻璃为载体的基因微矩阵芯片。标志着基因芯片技术进入了广泛研究和应用的时期。

二、制备基因芯片的必要条件

1、靶基因 用于芯片点样的是靶基因。靶基因可分为染色体DNA（或基因组DNA）、cDNA（或人工合成DNA）。目前，以cDNA的研究为主，因为cDNA是染色体上编码蛋白质的DNA序列，有医疗和其他领域的研究价值和商业价值。

2、制备技术 基因芯片的制备综合了生命科学、化学染料、微电子技术、激光、统计学等领域的前沿技术，主要包括芯片的制备（选择点样仪和玻片、靶基因的扩增和固定）、杂交探针的制备（mRNA的抽提、mRNA的逆转录、PCR和探针荧光标记）、杂交条件的优化技术（杂交液、杂交条件和洗涤条件的选择）和数据分析技术。其中，基因芯片的制备主要依赖于微细加工（microfabrication）、自动化（automatism）及化学合成技术。通常比较典型的DNA芯片制备方法有3种：（1）原位合成法（in situ synthesis） 以Affymetrix公司开发的光引导原位合成法为代表（2）合成点样法 又根据是否与芯片的表面接触分为化学喷射法和接触式点涂法，分别以Incyte Pharmaceutical公司和Stanford大学为代表（3）压电法 通过使用4支分别装有A、T、G、C核苷的压电喷头在芯片上作原位DNA探针合成。

三、基因芯片技术简介

基因芯片技术主要包括四个主要步骤：芯片制备、样品制备、杂交反应和信号检测和结果分析。

1、芯片制备-目前制备芯片主要以玻璃片或硅片为载体，采用原位合成和微矩阵的方法将寡核苷酸片段或cDNA作为探针按顺序排列在载体上。芯片的制备除了用到微加工工艺外，还需要使用机器人技术。以便能快速、准确地将探针放置到芯片上的指定位置。

2、样品制备-生物样品往往是复杂的生物分子混合体，除少数特殊样品外，一般不能直接与芯片反应，有时样品的量很小。所以，必须将样品进行提取、扩增，获取其中的蛋白质或DNA、RNA，然后用荧光标记，以提高检测的灵敏度和使用者的安全性。

3、杂交反应-杂交反应是荧光标记的样品与芯片上的探针进行的反应产生一系列信息的过程。选择合适的反应条件能使生物分子间反应处于最佳状况中，减少生物分子之间的错配率。

4、信号检测和结果分析-杂交反应后的芯片上各个反应点的荧光位置、荧光强弱经过芯片扫描仪和相关软件可以分析图像，将荧光转换成数据，即可以获得有关生物信息。 基因芯片技术发展的最终目标是将从样品制备、杂交反应到信号检测的整个分析过程集成化以获得微型全分析系统（micro total analytical system）或称缩微芯片实验室（laboratory on a chip）。使用缩微芯片实验室，就可以在一个封闭的系统内以很短的时间完成从原始样品到获取所需分析结果的全套操作。

四、基因芯片的应用及其商业价值

目前，基因芯片技术应用领域主要有基因表达谱分析、新基因发现、基因突变及多态性分析、基因组文库作图、疾病诊断和预测、药物筛选、基因测序等。另外基因芯片在农业、食品监督、环境保护、司法鉴定等方面都将作出重大贡献。 基因芯片的飞速发展引起世界各国的广泛关注和重视。

鉴于基因芯片的巨大潜力和诱人的前景，基因芯片已成为各国学术界和工业界研究和开发的热点。尤其在美国，正处于人类基因组计划以来的第二次浪潮之中，美国总统克林顿在1998年1月的国情咨文中指出：“在未来的12年内，基因芯片将为我们一生的疾病预防指点迷津”。1998年6月29日美国宣布正式启动基因芯片计划，联合私人投资机构投入了20亿美元以上的研究经费。世界各国也开始加大投入，以基因芯片为核心的相关产业正在全球崛起，目前美国已有8家生物芯片公司股票上市，平均每年股票上涨75％，专家今统计：全球目前生物芯片工业产值为10亿美元左右，预计今后5年之内，生物芯片的市场销售可达到200亿美元以上。美国财富杂志载文：在20世纪科技史上有两件事影响深远，一是微电子芯片，它是计算机和许多家电的心脏，它改变了我们的经济和文化生活，并已进入每一个家庭；另一件事就是生物芯片它将改变生命科学的研究方式，革新医学诊断和治疗，极大地提高人口素质和健康水平。鉴于生物芯片技术具有巨大理论意义和实际价值，基因芯片研究在国内也有了很快的发展，例如，复旦大学、中科院上海冶金所、清华大学、联合基因有限公司、军事医学科学院、中科院上海细胞所等单位已在生物芯片技术方面取得了较大突破，相信不久将有我国生产的生物芯片产品投放市场。

总之，以基因芯片为代表的生物芯片技术的深入研究和广泛应用，将对21世纪人类生活和健康产生极其深远的影响。

通过上述对cdna是谁发明的和cdna文库含有生物的什么基因的解读，相信您一定有了深入的理解，如果未能解决您的疑问，可在评论区留言哟。