Η κλωνοποίηση DNA – επίσης γνωστή ως μοριακή κλωνοποίηση, κλωνοποίηση γονιδίων και τεχνολογία ανασυνδυασμένου DNA – αναφέρεται στη διαδικασία δημιουργίας πολλαπλών αντιγράφων ενός απομονωμένου θραύσματος ή θραυσμάτων DNA με μεθόδους in vitro ή in vivo. Είναι δυνατό να κλωνοποιηθούν ολόκληρα θραύσματα γονιδίου, τυχαία τμήματα θραυσμάτων DNA ή συγκεκριμένες αλληλουχίες DNA. Εκτός από την κλωνοποίηση DNA, δύο άλλοι κύριοι τύποι κλωνοποίησης είναι η αναπαραγωγική κλωνοποίηση, η οποία αφορά την κλωνοποίηση ανθρώπων και ζώων, και η θεραπευτική κλωνοποίηση, που σχετίζεται με την εμβρυϊκή κλωνοποίηση για τη συλλογή βλαστοκυττάρων για σκοπούς έρευνας και πιθανής ιατρικής θεραπείας.
Υπάρχουν διάφορες διαδικασίες για την κλωνοποίηση DNA, αλλά ορισμένα βήματα είναι σταθερά για όλους. Η διαδικασία ξεκινά με την απομόνωση ενός θραύσματος DNA ή θραυσμάτων ενδιαφέροντος από το χρωμοσωμικό DNA χρησιμοποιώντας περιοριστικά ένζυμα ή χημικά συντιθέμενα ολιγονουκλεοτίδια. Άλλες μέθοδοι για την επίτευξη αυτού περιλαμβάνουν διάφορες διαδικασίες όπως η αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης (PCR), η ηλεκτροφόρηση γέλης αγαρόζης και η υπερήχηση DNA.
Το απομονωμένο θραύσμα DNA πρέπει τώρα να συνδεθεί με μια πρωτογενή αλληλουχία DNA που είναι ικανή να αναπαραχθεί και να διαδοθεί τόσο το ίδιο όσο και το θραύσμα DNA που συνδέεται με αυτήν. Ένα ένζυμο περιορισμού κόβει ένα μόριο DNA που αναδιπλασιάζεται μόνο του και το απομονωμένο θραύσμα DNA εισάγεται σε αυτό με μια διαδικασία απολίνωσης, συνδέοντας το θραύσμα με ένα μεγαλύτερο κομμάτι. Τα θραύσματα DNA που συνδέονται έτσι τεχνητά ονομάζονται ανασυνδυασμένο DNA.
Αφού ενωθούν τα δύο μέρη, το πλασμίδιο με το ένθετο DNA εισάγεται σε κύτταρα βακτηρίων ή θηλαστικών ξενιστών. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν εναλλακτικές τεχνικές όπως η χημική ευαισθησία των κυττάρων, η ηλεκτροδιάτρηση και η βιολογιστική. Το πλασμίδιο συνήθως περιέχει επιλέξιμους δείκτες αντίστασης στα αντιβιοτικά και/ή δείκτες επιλογής χρώματος, οι οποίοι διευκολύνουν το να γνωρίζουμε εάν τα κύτταρα έχουν διαμολυνθεί επιτυχώς με το ένθετο πλασμίδιο DNA. Οι δείκτες αντοχής στα αντιβιοτικά επιτρέπουν μόνο στα κύτταρα στα οποία το πλασμίδιο έχει επιμολυνθεί να αναπτυχθούν και οι δείκτες επιλογής χρώματος παρέχουν ορατά σημάδια που μπορούν να παρατηρηθούν.
Τα επιμολυσμένα κύτταρα καλλιεργούνται και λαμβάνει χώρα πολλαπλασιασμός του ανασυνδυασμένου DNA. Οι κλώνοι που προκύπτουν είναι γενετικά πανομοιότυποι οργανισμοί που περιέχουν το ανασυνδυασμένο DNA. Αυτό μπορεί να επιβεβαιωθεί χρησιμοποιώντας PCR, ανάλυση θραυσμάτων περιορισμού ή άλλες μεθόδους προσδιορισμού αλληλουχίας DNA.
Η κλωνοποίηση του DNA είναι χρήσιμη για να αποκτήσουμε μια εικόνα για τη γενετική σύνθεση ενός οργανισμού και πώς αυτό επηρεάζει και επηρεάζει τις διαδικασίες ζωής του οργανισμού. Η κλωνοποίηση DNA χρησιμοποιείται σε γενετικά δακτυλικά αποτυπώματα. στη γενετική μηχανική για τη δημιουργία φυτών με καλύτερη θρεπτική αξία ή καλύτερη αντοχή σε ασθένειες και ζώα με επιθυμητά γενετικά χαρακτηριστικά· στην παραγωγή πρωτεϊνών? και στον προσδιορισμό αλληλουχίας γονιδιωμάτων για την αποκρυπτογράφηση κωδικοποιημένων αλληλουχιών πρωτεΐνης ή RNA και έκφρασης πρωτεΐνης.
Στη γονιδιακή θεραπεία, η κλωνοποίηση DNA χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη νέων θεραπειών για γενετικές διαταραχές. Η τεχνολογία ανασυνδυασμένου DNA έχει παραγάγει πάνω από 100 προϊόντα για τη θεραπεία της ανθρώπινης υγείας, όπως: ινσουλίνη για διαβητικούς, παράγοντας VIII και παράγοντα IX για την αιμορροφιλία Α και Β και ερυθροποιητίνη (EPO) για τη θεραπεία της αναιμίας.