Au cours du siècle dernier, les scientifiques ont trouvé un nombre toujours croissant de moyens pour sonder les secrets de la cellule --- et les processus biochimiques qui rendent la vie ce qu'elle est. Les biologistes ont maintenant une grande variété d'outils à leur disposition pour étudier les fonctions des gènes et des protéines et de comprendre comment les cellules fonctionnent.
ADN recombinant
ADN recombinant est créé en incorporant l'ADN de deux sources ou plus dans une seule molécule. Tout d'abord, à la fois la molécule d'origine et les chercheurs de la séquence à insérer sont coupés avec des enzymes de restriction, des protéines qui font des coupes à des séquences spécifiques de l'ADN. Suivant une enzyme appelée ligase est utilisée pour sceller les deux ensemble dans une seule molécule. Souvent, d'autres gènes en plus du gène d'intérêt seront également introduites afin de distinguer les bactéries ou les cellules qui ont avec succès le nouvel ADN de celles qui ne le font pas. L'ADN peut être introduit facilement dans des bactéries en utilisant plusieurs techniques différentes; usine de transfection ou des cellules animales avec de l'ADN est plus difficile, bien que les scientifiques ont mis au point des techniques pour ce faire aussi bien. Le clonage des gènes est un procédé qui consiste à faire des copies d'un gène en l'insérant dans un fragment d'ADN circulaire en introduisant ensuite cet ADN dans des bactéries. Une autre technique de l'ADN recombinant commun implique l'ajout d'un gène rapporteur appelé GFP (protéine fluorescente verte) pour un gène d'intérêt et à introduire ce gène dans une cellule; puisque la GFP va rendre le produit protéique de la fluorescence du gène, les scientifiques peuvent utiliser cette approche pour suivre le produit de protéine et ses interactions. Les gènes peuvent aussi être "assommé" en modifiant le gène d'une manière qui le désactiver dans la cellule.
Électrophorèse PCR & Gel
Bien que pas aussi précis que le clonage des gènes, la réaction en chaîne par polymérase ou PCR permet aux scientifiques de faire rapidement des copies d'une partie spécifique d'une molécule d'ADN. Il est plus rapide, plus facile et applicable dans un large éventail de situations --- même de très petites quantités d'ADN peuvent être rapidement amplifiés ou copiés à l'aide de PCR. Par conséquent, la PCR est généralement utilisé pour les empreintes d'ADN, conjointement avec une autre technique appelée électrophorèse sur gel. Dans l'électrophorèse sur gel, des morceaux d'ADN sont ajoutés aux puits dans une plaque de gel de polyacrylamide et un champ électrique est appliqué. Étant donné que l'ADN est chargé négativement, les molécules d'ADN migrent à travers le gel; petits morceaux se déplacent plus rapidement, tandis que les plus gros morceaux se déplacent plus lentement. L'électrophorèse sur gel est la base d'un certain nombre d'autres techniques comme Western blot et du Sud; il est aussi la base de la plupart des techniques de séquençage de l'ADN.
Microscopie
Microscopes sont parmi les outils les plus anciens et les plus essentiels de la biologie. La plupart des microscopes sont des microscopes optiques, ce qui signifie qu'ils utilisent des lentilles pour focaliser les rayons lumineux réfléchis par l'échantillon pour former une image agrandie. microscopes optiques ne peuvent pas résoudre les détails plus petits que la limite de diffraction, environ 200 nanomètres. Comme les électrons ont une longueur d'onde beaucoup plus petite que la lumière visible, les microscopes électroniques ont été conçus pour résoudre ce problème et de créer des images de détails encore plus petites ou plus fines. Les microscopes électroniques, cependant, produisent des images en noir et blanc, et la préparation d'un échantillon pour la visualisation tue les cellules vivantes dans l'échantillon. microscopes optiques ont aussi d'autres avantages. Les biologistes peuvent colorer les cellules avec des produits chimiques colorées qui adhèrent à des composants cellulaires spécifiques ou des structures pour rendre l'emplacement de ces structures évidentes à travers le microscope. les colorants fluorescents ou les anticorps sont des outils puissants spécialement à cet effet. La microscopie confocale est un type de microscopie optique qui exclut hors-focus lumière pour créer une image plus claire.
Chromatographie
La séparation des protéines et des composés d'un mélange complexe d'isoler une protéine spécifique ou un composé nécessite souvent l'utilisation d'une Chromatographie sur colonne de technique appelée. Ici, le mélange est ajouté à un tube ou une colonne garnie d'une matrice solide perméable. Le mélange est forcé à travers la matrice à l'aide d'un solvant qui est sous pression. Certains composés et les protéines dans le mélange vont interagir avec la matrice à un degré plus élevé que les autres et donc rester plus longtemps dans la colonne. Au moment où le mélange a atteint le fond de la colonne, il a été séparé en ses composants, chacun desquels émerge comme une bande distincte. Dans une variante légèrement différente sur le même thème, par Chromatographie d'immuno-affinité utilisant une colonne remplie de billes recouvertes d'anticorps dirigés contre une protéine spécifique pour isoler la protéine d'intérêt à partir de tout le reste.
centrifugation
Cisailler les cellules avec un piston mécanique ou à faire des trous dans leurs membranes à l'aide d'un détergent va créer un mélange de composants cellulaires appelées homogénat. Ces composants peuvent ensuite être séparés par centrifugation. Une centrifugeuse est un dispositif à deux tubes fixés à deux bras d'un rotor de filage; un moteur relié au rotor peut tourner le dispositif à des vitesses allant jusqu'à 100.000 tours par minute. Plus la vitesse est élevée, plus la force centrifuge exercée sur le mélange dans l'homogénat. À certaines vitesses, les composants cellulaires spécifiques vont former des sédiments au fond du tube, qui peut ensuite être extrait et testé. L'équilibre de sédimentation est une variation similaire sur le même thème qui sépare les composants cellulaires sur la base de leur densité de flottaison dans une solution.
ARNi
Les cellules de plantes et d'animaux ont un mécanisme intégré appelé interférence ARN qui joue un rôle important dans la défense contre les virus, ainsi que dans la régulation des gènes. Les scientifiques peuvent tirer parti de ce mécanisme en introduisant de petits ARN interférents ou ARNsi dans des organismes tels que les nématodes et les mouches des fruits; l'ARNsi va réguler négativement ou "éteindre" les gènes spécifiques, ce qui permet aux scientifiques de voir ce qui se passe lorsque le gène en question est désactivé. L'ARNi est plus facile et plus efficace pour de nombreuses applications que KOs de gènes et donc a trouvé une grande variété d'utilisations.
séquençage de l'ADN
Au cours des 10 dernières années, le séquençage de l'ADN a diminué rapidement dans le coût. On espère que les progrès futurs, il sera assez pas cher qu'il peut trouver une utilisation plus fréquente dans la médecine et la recherche médicale --- dans le séquençage des génomes de cellules cancéreuses, par exemple. L'ADN a été traditionnellement séquence en utilisant des variations plus avancées sur une technique appelée terminaison de chaîne ou de séquençage Sanger. Certains chercheurs, cependant, travaillent sur des techniques qui pourraient éventuellement supplanter les méthodes de terminaison de la chaîne et le coût d'entraînement plus bas encore.