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La producción o síntesis química de genes es un pilar crucial de la biología molecular moderna, ya que ayuda a producir genes nativos completos y genes nuevos (aquellos que no se producen de forma natural). Además, el proceso es la base para producir genomas completos (el conjunto completo de instrucciones genéticas presentes en una célula viva).
Los avances en de síntesis de genes significan que diversos métodos de producción de genes están disponibles para las partes interesadas. Sin embargo, cada método tiene su aplicación específica, sintetiza genes específicos, y una técnica no puede sustituir a otra. Por lo tanto, a continuación se ofrece una descripción general de las técnicas comunes de síntesis de genes y sus características para guiarle en la elección del método para diferentes proyectos.
La producción de genes sintéticos es un proceso gradual que facilita la producción de un gen y otros productos genéticos sin depender de una plantilla de ADN. Por lo tanto, facilita la producción de diversos genes, incluidos genes personalizados con secuencias o pares de bases modificados.
Como se indicó anteriormente, los avances en biotecnología significan que existen múltiples técnicas de producción de genes sintéticos. Sin embargo, todas las técnicas toman prestado el proceso de producción de genes nativos de un organismo vivo como base para la producción química de genes, con ligeras modificaciones aquí y allá.
Por lo tanto, comprender el proceso básico de síntesis de genes ayuda a apreciar los matices entre las técnicas de síntesis de genes. A continuación se muestra una descripción general de los pasos involucrados en la síntesis de genes.
Los oligonucleótidos son hebras cortas de ácido nucleico (ADN o ARN) y funcionan como componentes básicos para la producción de cualquier producto genético, incluida la síntesis de péptidos y proteínas. Los diferentes métodos de síntesis de genes emplean diferentes reactivos y técnicas para iniciar la síntesis de oligonucleótidos. Sin embargo, el proceso se mueve en una dirección de 3' a 5' en todos los métodos.
El recocido implica calentar moléculas como oligonucleótidos antes de enfriarlas gradualmente para facilitar la hibridación o la formación de un enlace químico entre dos moléculas. Los diferentes métodos de síntesis de genes emplean técnicas de aniquilación únicas para formar una secuencia genética completa.
La clonación implica replicar copias de la secuencia genética recién formada utilizando un vector de clonación.
La síntesis de genes no es un proceso perfecto. Por lo tanto, la detección de clones es necesaria para identificar el gen diana dentro de los clones. Las herramientas de detección populares incluyen kits de ELISA y cromatografía.
Además de identificar el gen diana, es necesario un análisis exhaustivo de los pares de bases de la secuencia. Además, las medidas correctivas para rectificar errores de replicación, como la eliminación y sustitución de bases, garantizan la ubicación deseable del plásmido.
A continuación se muestra una descripción general de los métodos y aplicaciones de síntesis de genes más populares.
La síntesis en fase sólida es un método clásico de síntesis de genes e implica el uso de nucleósidos químicamente modificados, incluidos ácidos nucleicos bloqueados (LNA), para sintetizar oligonucleótidos diana. Una columna de reactivos que contiene un ácido desbloqueador contiene los nucleósidos que gradualmente forman una cadena de oligonucleótidos con la desprotección de los nucleósidos posteriores.
El proceso de ensamblaje enzimático implica el desbloqueo (desprotección) de los nucleósidos, seguido del acoplamiento, protección y oxidación para formar una secuencia genética a partir de los oligonucleótidos recién formados. La síntesis en fase sólida es un proceso totalmente automatizado y los investigadores recolectan los genes al final. Sus ventajas incluyen una precisión de secuencia genética notablemente alta.
Sin embargo, el proceso de desprotección aumenta las posibilidades de reacciones secundarias y los riesgos aumentan a medida que aumenta la duración. Por lo tanto, la síntesis en fase sólida sólo produce genes de 15 a 25 bases de longitud (200 residuos de nucleótidos como máximo). Estos genes tienen aplicaciones en biología molecular y medicina, incluso como antisentido en la síntesis de proteínas o como sondas para detectar materia genética complementaria.
La síntesis de ADN basada en chips es un proceso de síntesis de genes de próxima generación. A diferencia de la síntesis en fase sólida, que es un proceso químico, la síntesis basada en chips es un proceso electroquímico.
El método utiliza chips semiconductores de microarrays equipados con controles de temperatura para generar múltiples oligonucleótidos en un solo entorno. La síntesis basada en chips complementa el proceso químico tradicional del ciclo de la fosforamidita mediante la creación de zonas de temperatura controlada llamadas pozos/islas virtuales, lo que facilita la selectividad.
Además, facilita la detección y corrección de errores durante el proceso de ensamblaje de oligonucleótidos y no requiere una etapa separada de análisis de secuencia y corrección de errores. Las ventajas de la síntesis basada en chips incluyen un alto rendimiento y la capacidad de generar fragmentos de genes con pares de bases más largos. La técnica produce secuencias genéticas para aplicaciones que requieren un alto volumen de ADN objetivo y baja precisión.
La síntesis de genes por PCR (reacción en cadena de la polimerasa) es un proceso clásico que produce millones de fragmentos de genes en dos etapas que utilizan cebadores. La primera etapa consiste en ensamblar nucleótidos superpuestos mediante una reacción en cadena autocebante para generar un oligonucleótido de 60 pb que cubre toda la secuencia.
En segundo lugar, una reacción de PCR posterior genera fragmentos de ADN de 400 a 500 pb de largo. Un cebador adicional amplifica el fragmento de ADN objetivo. El método es ideal para aplicaciones que requieren fragmentos de genes largos y de alta precisión.
La síntesis de genes derivados de matrices es posiblemente el proceso de producción de genes más asequible debido a su bajo consumo de reactivos. En segundo lugar, el método se adapta a una capacidad múltiple, produciendo de miles a decenas de miles de secuencias de oligonucleótidos.
Sin embargo, si bien las diversas secuencias de oligonucleótidos son una ventaja, ensamblar los oligonucleótidos en fragmentos de genes viables es un desafío debido a la homología de secuencia. Por lo tanto, el método es ideal para procesos de síntesis de genes personalizados que requieren cantidades mucho menores de fragmentos de genes.
La síntesis de genes en fase líquida también es una técnica clásica, similar en muchos elementos a la síntesis en fase sólida. Sin embargo, a diferencia de la síntesis en fase sólida, la generación de oligonucleótidos se produce en una solución en lugar de en un soporte de columna. Además, la síntesis de genes en fase líquida tiene un menor riesgo de reacción en cadena lateral y puede generar fragmentos largos de ADN con errores mínimos, aunque más lentos.
Las técnicas de síntesis de genes evolucionan constantemente para satisfacer la creciente demanda de genes de alta calidad, rentabilidad y escalabilidad. Los métodos destacados anteriormente son los principales métodos de producción de genes y puede consultar a su proveedor de servicios sobre el método ideal para su proyecto y presupuesto.
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