DNA bổ sung

Hình 1: Sự tạo thành ADN bổ sung từ ARN.

ADN bổ sung là ADN mạch đơn được tổng hợp từ khuôn mẫu ARN qua quá trình phiên mã ngược.^,

Khái niệm này dịch từ thuật ngữ tiếng Anh: "complementary DNA" (viết tắt: cDNA) hoặc tiếng Pháp "ADN complémentaire" (viết tắt: ADNc), v.v đều dùng để chỉ chuỗi mạch đơn ADN được tổng hợp nên từ phân tử ARN (thường là ARN thông tin, tức mARN) qua quá trình phiên mã ngược, được xúc tác bởi enzym phiên mã ngược. Quá trình này thường được sử dụng bởi các sinh vật nhân sơ khi kí sinh trong sinh vật nhân thực.

Trong hình 1 mô tả tổng quát:

• Một phân tử mARN (ARN thông tin) được làm khuôn (sơ đồ trên cùng). Đây là một sợi đơn, chỉ gồm một chuỗi pôlyribônuclêôtit (của ARN).
• Nhờ enzym phiên mã ngược (reverse transcriptase, viết tắt là RT), chuỗi đơn làm khuôn mẫu sẽ được "đúc" thành một chuỗi pôlyđêôxyribônuclêôtit (của ADN), theo nguyên tắc bổ sung nhưng theo hướng ngược lại (3'-5'). Đó chính là ADN bổ sung sợi đơn (tức cDNA).
• Tiếp theo, enzym nhân đôi ADN (DNA polymerase) sẽ dựa trên sợi cDNA đó, làm khuôn để tổng hợp ra một chuỗi pôlyđêôxyribônuclêôtit (của ADN) bổ sung với khuôn này, từ đó tạo thành ADN sợi kép.
• Do đó, "gen" ARN ban đầu của virut sẽ được khuếch đại rất nhanh và xâm nhiễm nhiều nơi trong cơ thể vật chủ (hình 2).

Phân tử ADN bổ sung có một đặc điểm rất quan trọng, đó là: Nó chỉ gồm toàn bộ là các bộ ba mã di truyền trheo trình tự liên tục đúng như khuôn mẫu đã tạo ra nó, chỉ khác là U (uraxin) đã thay bằng T (timin), bởi vì nó chỉ có các êxôn (có mã di truyền) và không hề có intrôn (không có mã). Vậy nó gồm một hay nhiều gen không phân mảnh.

• Để có được cDNA nhân thực, người ta thường tiến hành theo các bước sau:

1. Mẫu ban đầu là mARN (ARN thông tin).
2. Tiến hành sao ngược nhờ enzym phiên mã ngược, tạo ra sợi đơn ADN (tức ADN bổ sung).
3. Sử dụng enzym nhân đôi (DNA polymerase) thích hợp tạo ra sợi bổ sung cho cDNA đã có.

Lúc này đã có chuỗi kép cDNA "tinh khiết" gồm toàn êxôn giống hệt như mARN ban đầu.

Ứng dụng

Mặc dù cDNA được phát hiện từ các loại virut gây nhiều bệnh hiểm nghèo, nhưng hiểu biết về nó có vai trò và ứng dụng quan trọng trong nghiên cứu, công nghệ gen và sản xuất thuốc chữa bệnh.

• Khác hẳn ADN gốc đã tạo ra ARN, phân tử cDNA có trình tự bộ ba mã di truyền y hệt, nhưng lại không có đoạn phân mảnh vô ích (các intron) đã bị cắt bỏ trong chế biến sau phiên mã, nên được ứng dụng trong kỹ thuật di truyền để tạo dòng vô tính các gen cần.
• Khác hẳn ARN đã tạo ra nó, các phân tử cDNA có thể được nhân bản vô tính một cách dễ dàng, tạo nên "dòng vô tính cDNA" (hình 3).
• Phân tích trình tự cDNA dễ dàng hơn nhiều so với ARN, do đó phân tích cDNA là kiểu cơ bản để phân tích ARN, đặc biệt là với mARN nhân thực.
• cDNA còn thường được sử dụng trong nhân bản gen hoặc như đầu dò gen. Khi các nhà khoa học chuyển gen từ tế bào này sang tế bào khác để tạo ra ADN-tái tổ hợp, thì người ta chỉ cần dùng cDNA "chèn" vào tế bào nhận, mà không phải là chèn nhiều gen, kích thước nhỏ hơn hẳn do đã bị loại bỏ hết các đoạn không mã hóa prôtêin (intron).
• Khi khuếch đại các trình tự ADN bằng công nghệ PCR hiện nay phổ biến, thì người ta thường tiến hành phiên mã ngược, tạo ra cDNA rồi mới cho "chạy" máy PCR để thu được một chuỗi chính xác của cDNA.

Chính vì lý do có thể mang lại lợi ích cho cộng đồng như thế, nên ngày 13 tháng 6 năm 2013, Tòa án tối cao Hoa Kỳ đã phán quyết trong trường hợp của Hiệp hội phân tử Pathology v. Myriad Genetics nội dung tóm tắt rằng: cDNA tổng hợp được tạo ra có thể được cấp bằng sáng chế, ngược lại ADN tự nhiên được chiết xuất thì không được cắp bằng vì nó không xảy ra tự nhiên.

• 
  Hình 2: Sự khuếch đại cDNA rất nhanh trong cơ thể sống.
• 
  Hình 3: Sơ đồ tạo "dòng cDNA" in vitro.
• 
  Hình 4: Một đoạn của cDNA microarray.