Klonowanie DNA jest to techniką, która polega na powieleniu wyizolowanych sekwencji DNA zawierających konkretny gen lub geny. Fragmenty DNA dawcy przed wprowadzenie do komórki biorcy muszą zostać połączone z specjalnym nośnikiem tzw. wektorem. W procesie klonowania DNA niezbędne są enzymy restrykcyjne, które umożliwiają przecięcie cząsteczek DNA zarówno dawcy jak i biorcy w ściśle określonych miejscach. Dzięki restryktazom w obu cząsteczkach DNA powstają tzw. „lepkie końce”, które łączą się ze sobą dają zrekombinowany DNA. Dopiero po powstaniu hybrydowego DNA dochodzi do jego powielenia w organizmie biorcy. W ten sposób otrzymuje się klony, czyli populację genetycznie identycznych organizmów.
Jako wektory wykorzystywane są plazmidy bakteryjne oraz zmodyfikowane wirusy. Jednak ze względu na ich małą „pojemność” coraz częściej używa się sztuczne chromosomy: bakteryjny BAC i drożdżowy YAC. .
Etapy klonowania DNA:
1. Przygotowanie DNA przeznaczonego do klonowania - wyizolowanie DNA z komórki dawcy lub zsyntezowanie chemiczne przy użyciu techniki PCR (reakcji łańcuchowej polimerazy).
2. Pocięcie DNA dawcy na fragmenty przy użyciu enzymów restrykcyjnych – powstanie „lepkich końców”.
3. Przygotowanie wektora do przyjęcia wstawki w postaci obcego DNA – przecięcie plazmidu przy użyciu tych samych restryktaz, dzięki czemu powstają „lepkie końce”.
4. Zmieszanie ze sobą in vitro w odpowiednich proporcjach pociętych fragmentów DNA - wstawki i wektora.
5. Połączenie ze sobą komplementarnych względem siebie odcinków klonowanego DNA i wektora pod wpływem enzymu ligazy T4 – powstanie zrekombinowanej cząsteczki DNA.
6. Wprowadzenie hybrydowych cząsteczek DNA do odpowiednio przygotowanego biorcy, którego zadaniem jest powielenie zrekombinowanego wektora oraz ekspresja genów sklonowanego DNA.
Biorcą dla wektora zawierającego klonowany DNA są zazwyczaj komórki bakteryjne, które pobierają plazmidy na drodze transformacji. Rzadziej gospodarzem są komórki eukariotyczne. Klonowany DNA do komórek roślinnych wprowadza się przez transfekcję bakteryjną. Wektorami dla ludzi i zwierząt są z kolei wirusy.