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La production ou la synthèse chimique de gènes est un pilier crucial de la biologie moléculaire moderne, car elle contribue à produire des gènes natifs entiers et de nouveaux gènes (ceux qui n'apparaissent pas naturellement). De plus, le processus constitue la base de la production de génomes entiers (l’ensemble complet des instructions génétiques présentes dans une cellule vivante).
Les progrès des de synthèse génétique signifient que diverses méthodes de production de gènes sont disponibles pour les parties intéressées. Cependant, chaque méthode a sa niche d’application, la synthèse de gènes spécifiques, et une technique ne peut en remplacer une autre. Par conséquent, vous trouverez ci-dessous un aperçu des techniques courantes de synthèse génétique et de leurs caractéristiques pour guider votre choix de méthode pour différents projets.
La production de gènes synthétiques est un processus par étapes qui facilite la production d'un gène et d'autres produits géniques sans recourir à une matrice d'ADN. Par conséquent, cela facilite la production de gènes divers, y compris des gènes personnalisés avec des séquences ou des paires de bases modifiées.
Comme indiqué ci-dessus, les progrès de la biotechnologie signifient qu’il existe de multiples techniques de production de gènes synthétiques. Cependant, toutes les techniques empruntent au processus de production de gènes natifs d'un organisme vivant comme base pour la production chimique de gènes, avec de légères modifications ici et là.
Par conséquent, comprendre le processus de base de synthèse génétique permet d’apprécier les nuances entre les techniques de synthèse génétique. Vous trouverez ci-dessous un aperçu des étapes impliquées dans la synthèse des gènes.
Les oligonucléotides sont de courts brins d'acide nucléique (ADN ou ARN) et fonctionnent comme un élément constitutif de toute production de produits géniques, y compris la synthèse de peptides et de protéines. Différentes méthodes de synthèse génétique utilisent différents réactifs et techniques pour initier la synthèse des oligonucléotides. Cependant, le processus se déplace dans une direction de 3' à 5' dans toutes les méthodes.
Le recuit consiste à chauffer des molécules comme des oligonucléotides avant de les refroidir progressivement pour faciliter l'hybridation ou la formation d'une liaison chimique entre deux molécules. Différentes méthodes de synthèse génétique utilisent des techniques d’annihilation uniques pour former une séquence génétique complète.
Le clonage implique la réplication de copies de la séquence génétique nouvellement formée à l'aide d'un vecteur de clonage.
La synthèse génétique n'est pas un processus parfait. Par conséquent, le criblage des clones est nécessaire pour identifier le gène cible dans les clones. Les outils de dépistage populaires incluent les kits ELISA et la chromatographie.
Outre l’identification du gène cible, une analyse approfondie des paires de bases de la séquence est nécessaire. De plus, des mesures correctives pour corriger les erreurs de réplication, telles que la suppression et la substitution de bases, garantissent le placement souhaitable du plasmide.
Vous trouverez ci-dessous un aperçu des méthodes et applications de synthèse génétique les plus populaires.
La synthèse en phase solide est une méthode classique de synthèse de gènes et implique l'utilisation de nucléosides chimiquement modifiés, y compris des acides nucléiques verrouillés (LNA), pour synthétiser des oligonucléotides cibles. Une colonne de réactifs contenant un acide débloquant contient les nucléosides qui forment progressivement une chaîne oligonucléotidique avec déprotection des nucléosides ultérieurs.
Le processus d'assemblage enzymatique implique le déblocage (déprotection) des nucléosides, suivi d'un couplage, d'un coiffage et d'une oxydation pour former une séquence génique à partir des oligonucléotides nouvellement formés. La synthèse en phase solide est un processus entièrement automatisé et les chercheurs collectent les gènes à la fin. Ses avantages incluent une précision remarquablement élevée de la séquence génétique.
Cependant, le processus de déprotection augmente les risques de réactions secondaires et les risques augmentent avec la durée. Par conséquent, la synthèse en phase solide ne produit que des gènes d’une longueur de 15 à 25 bases (200 résidus nucléotidiques maximum). De tels gènes ont des applications en biologie moléculaire et en médecine, notamment comme antisens dans la synthèse des protéines ou comme sondes pour détecter la matière génétique complémentaire.
La synthèse d’ADN sur puce est un processus de synthèse génétique de nouvelle génération. Contrairement à la synthèse en phase solide, qui est un processus chimique, la synthèse sur puce est un processus électrochimique.
La méthode utilise des puces semi-conductrices à microréseau équipées de contrôles de température pour générer plusieurs oligonucléotides dans un seul paramètre. La synthèse basée sur des puces complète le processus chimique traditionnel du cycle de la phosphoramidite en créant des poches de zones à température contrôlée appelées puits/îlots virtuels, facilitant ainsi la sélectivité.
De plus, il facilite la détection et la correction des erreurs pendant le processus d’assemblage des oligonucléotides et ne nécessite pas d’étape distincte d’analyse de séquence et de correction d’erreurs. Les avantages de la synthèse sur puce incluent un débit élevé et la capacité de générer des fragments de gènes avec des paires de bases plus longues. La technique produit des séquences génétiques pour des applications nécessitant un volume d’ADN cible élevé et une faible précision.
La synthèse génétique par PCR (réaction en chaîne par polymérase) est un processus classique qui produit des millions de fragments de gènes en deux étapes utilisant des amorces. La première étape consiste à assembler des nucléotides qui se chevauchent via une réaction en chaîne auto-amorçante pour générer un oligonucléotide de 60 pb, couvrant la séquence entière.
Deuxièmement, une réaction PCR ultérieure génère des fragments d’ADN de 400 à 500 pb de long. Une amorce supplémentaire amplifie le fragment d'ADN cible. La méthode est idéale pour les applications qui nécessitent de longs fragments de gènes de haute précision.
La synthèse de gènes dérivés de matrices est sans doute le processus de production de gènes le plus abordable en raison de sa faible consommation de réactifs. Deuxièmement, la méthode prend en charge une capacité de multiplexage, produisant des milliers, voire des dizaines de milliers de séquences oligonucléotidiques.
Cependant, bien que les diverses séquences d'oligonucléotides soient un plus, l'assemblage des oligonucléotides en fragments de gènes viables est un défi en raison de l'homologie des séquences. Par conséquent, la méthode est idéale pour les processus de synthèse de gènes personnalisés nécessitant des quantités beaucoup plus faibles de fragments de gènes.
La synthèse génique en phase liquide est également une technique classique, similaire en de nombreux éléments à la synthèse en phase solide. Cependant, contrairement à la synthèse en phase solide, la génération d’oligonucléotides se produit dans une solution plutôt que sur un support de colonne. En outre, la synthèse génétique en phase liquide présente un risque de réaction en chaîne latérale plus faible et peut générer de longs fragments d’ADN avec un minimum d’erreurs, bien que plus lentement.
Les techniques de synthèse génétique évoluent constamment pour répondre à la demande croissante de gènes de haute qualité, de rentabilité et d’évolutivité. Les méthodes mises en évidence ci-dessus sont les principales méthodes de production de gènes, et vous pouvez consulter votre fournisseur de services sur la méthode idéale pour votre projet et votre budget.
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