زیست‌شناسی مولکولی

زیست‌شناسی مولکولی ، مطالعه زیست‌شناسی در سطح مولکولی است. این حوزه دارای وجوه مشترکی با زیست‌شناسی، شیمی، و به طور خاص، با علم ژنتیک و بیوشیمی است. زیست‌شناسی مولکولی، علم استنباط برهم‌کنش‌های مولکولی فعالیت‌های بیولوژی در بین سیستم‌های مختلف درون سلولی است که شامل ارتباطات بین DNA, RNA، پروتئین و بیوسنتز آن‌ها می‌باشد. به‌علاوه، چگونگی تنظیم این برهم‌کنش‌ها نیز مورد بررسی قرار می‌گیرد.
تاریخچه
در حالی که زیست‌شناسی مولکولی در دهه ۱۹۳۰ پایه‌گذاری شد اصطلاح زیست‌شناسی مولکولی به وسیله Warren Weaver در سال ۱۹۳۸ ابداع گردید. او معتقد بود که زیست‌شناسی به دلیل پیشرفت‌های اخیر در زمینه‌هایی همچون کریستالوگرافی اشعه X در حال رسیدن به مرحله مهمی از تغییرات می‌باشد.
تحقیقات بالینی و درمان‌های پزشکی که بر پایه زیست‌شناسی مولکولی هستند تا حدودی به وسیله ژن درمانی پوشش داده شده‌اند. در حال حاضر، استفاده از زیست‌شناسی مولکولی یا روش‌ها و ابزارهای زیست‌شناسی سلولی مولکولی در پزشکی به عنوان پزشکی مولکولی شناخته می‌شود. همچنین زیست‌شناسی مولکولی نقش مهمی در درک شکل‌گیری، فعالیت و تنظیم قسمت‌های مختلف یک سلول ایفا می‌کند که می‌تواند برای تعیین دقیق اهداف داروهای جدید، تشخیص بیماری‌ها و درک فیزیولوژی سلول مورد استفاده قرار گیرد.
ارتباط با دیگر علوم زیستی در سطح مولکولی
اگرچه، محققین در این حوزه از تکنیک‌های ذاتا مختص به زیست‌شناسی مولکولی بهره می‌برند، امروزه، این تکنیک‌ها را بطور روزافزونی با روشها وطرحهای علوم ژنتیک و بیوشیمی ترکیب می‌نمایند. از آنجا که هیچ مرز تعریف‌شده و مشخصی بین این مباحث وجود ندارد، آنچه که در ادامه می‌آید، تنها یک دیدگاه ازمیان الگوهای قابل تصور برای ارتباط بین مباحث فوق است.
بیوشیمی مطالعه مواد شیمیائی و فرایندهای حیاتی است که در موجودات زنده رخ می‌دهد. تمرکز تحقیقات بیوشیمی‌دان‌ها بر نقش، عملکرد، و ساختار مولکولهای زیستی است.
بسیاری از داده‌های زیست‌شناسی مولکولی کمی می‌باشند و به تازگی کارهای زیادی در رابطه با ارتباط زیست‌شناسی مولکولی با علم کامپیوتر در بیوانفورماتیک و آمار زیستی انجام گرفته‌است. در اوایل دهه ۲۰۰۰ مطالعه ساختار و عملکرد ژن و ژنتیک مولکولی، در میان برجسته‌ترین زیر رشته‌های زیست‌شناسی مولکولی بوده‌است.
بسیاری از گرایش‌های زیست‌شناسی به صورت مستقیم یا غیرمستقیم بر روی مولکول متمرکز هستند. ارتباطات ماکرومولکول‌ها در زیست‌شناسی تکوینی و زیست‌شناسی سلولی مورد مطالعه قرار می‌گیرند و در گرایش‌های زیست‌شناسی تکاملی مانند ژنتیک جمعیت و فیلوژنتیک به منظور استنباط ویژگی‌های تاریخی جمعیت یا گونه از تکنیک‌های مولکولی استفاده می‌شود.
ارتباط این علم باداروسازی وشیمی الی به گونه‌ای گسترده‌است.
ارتباط زیست‌شناسی مولکولی با دیگر علوم زیستی
روش‌های آزمایشگاهی مورد استفاده در زیست‌شناسی مولکولی
همتاسازی مولکولی
یکی از پایه ای‌ترین تکنیک‌های زیست‌شناسی مولکولی به منظور مطالعه عملکرد پروتئین، کلونینگ مولکولی است. در این روش DNAی کدکننده پروتئین مورد نظر، از طریق PCR و/یا آنزیم‌های محدودکننده (Restriction enzyme)، در یک پلاسمید (وکتور بیانی) کلون می‌شود.
یک وکتور، واجد ۳ مشخصه است: دارای یک ناحیه آغاز رونویسی(origin of replication) است. دارای یک ناحیه کلونینگ چند گانه (multiple cloning site یا به اختصارmcs) است. همچنین واجد یک مارکر انتخابی (selection marker) است. (مارکر انتخابی معمولا ژن مقاوم به یک آنتی‌بیوتیک است)
ناحیه آغاز رونویسی دارای نواحی پروموتری در بالادست ناحیه آغاز رونویسی و ترجمه است. این پلاسمیدقادر است به داخل باکتری یا سلول حیوانی وارد شود.
ورود DNA به داخل سلول‌های باکتری می‌تواند از طریق جذب DNAی عریان طی ترانسفرماسیون (transformation)، هم یوغی از طریق تماس سلول به سلول(conjugation) یا انتقال وکتور ویروسی (transduction) انجام گیرد.
به ورود DNA به سلول‌های یوکاریوتی (همچون سلول‌های حیوانی) از طریق روش‌های فیزیکی یا شیمیایی، ترانسفکشن (transfection) گفته می‌شود.
پس از اینکه DNAی کدکننده مورد نظر ما در داخل یک سلول قرار گرفت، پروتئین آن می‌تواند بیان شود. سپس می‌توان از طریق کشت سلول‌های باکتریایی یا یوکاریوتی، مقادیر بالای پروتئین را از آنها استخراج کرد.
استخراج دی‌ان‌ای از سلول
استخراج آران‌ای از سلول
استخراج پروتئین از سلول
انتقال دی‌ان‌ای به داخل سلول (دی‌ان‌ای پلاسمیدی یا اولیگونوکلئوتید)
ساخت پلاسمید
الکتروفورز
واکنش زنجیره‌ای پلیمزار (تکثیر دی‌ان‌ای - پی‌سی‌آر)
PCR یک روش کارآمد به منظور کپی کردن DNA است. با این تکنیک، امکان تکثیر یک توالی خاص از DNA امکان‌پذیر می‌شود.
پی‌سی‌آر معکوس
تست لوسیفراز
روش لکه شرقی
زیست‌شناسی
بیوشیمی
بیوانفورماتیک