Plazmid
Z Wikipedii
.svg/180px-Plasmid_(numbers).svg.png)
Plazmid - cząsteczka DNA występująca w komórce poza chromosomem i zdolna do autonomicznej (niezależnej) replikacji. Plazmidy występują przede wszystkim u prokariotów, ale znane są także nieliczne plazmidy występujące u eukariotów. Zazwyczaj plazmidy nie niosą genów metabolizmu podstawowego, a więc nie są komórce niezbędne do przeżycia. Mogą jednak kodować produkty potrzebne w pewnych specyficznych warunkach, na przykład geny oporności na antybiotyki lub umożliwiające rozkład i asymilację różnych związków odżywczych. Plazmidy w drodze koniugacji mogą być przekazywane pomiędzy komórkami bakteryjnymi.
Spis treści |
[edytuj] Budowa
Większość znanych plazmidów to niewielkie, koliście zamknięte cząsteczki DNA. Najmniejsze plazmidy mogą mieć rozmiar około 1000 bp, największe - około 1,7 Mbp. Znane są również plazmidy naturalnie występujące w formie liniowej.
Plazmidy mogą kodować wiele genów związanych ze swoim utrzymaniem, replikacją oraz transferem do innych komórek. Najważniejszym elementem budowy każdego plazmidu jest ori (od ang. origin of replication), czyli sekwencja, w której następuje rozpoczęcie replikacji DNA plazmidowego, niezależnie od replikacji DNA chromosomowego. W plazmidzie może występować więcej niż jeden region ori.
[edytuj] Mobilność
Plazmidy mogą być przekazywane nie tylko z komórki macierzystej do komórek potomnych, ale także pomiędzy dwiema komórkami bakteryjnymi w procesie koniugacji. Jest to jeden z elementów horyzontalnego transferu genów. Jest on niezwykle istotny dla ewolucji bakterii, ponieważ umożliwia niezwykle szybką adaptację do zmieniających się warunków środowiska. Ma to także znaczenie dla człowieka, gdyż większość genów oporności na antybiotyki kodowanych jest na plazmidach, co umożliwia szybkie rozprzestrzenianie się oporności wśród bakterii chorobotwórczych.
Zobacz też: Poziomy transfer genów
[edytuj] Utrzymanie w komórce
Jak zostało wspomniane, plazmidy zazwyczaj nie kodują żadnych informacji genetycznych niezbędnych dla przeżycia komórki. Stanowią jednak dla gospodarza dodatkowe obciążenie metaboliczne, muszą więc posiadać systemy stabilizujące ich obecność w komórce, inaczej po pewnym czasie zostałyby wyeliminowane z populacji bakterii. Do czynników utrzymujących plazmidy w komórce należą:
- Wysoka liczba kopii plazmidu
- Systemy miejscowo specyficznej rekombinacji
- Systemy partycyjne (aktywnego rozdziału)
- Systemy addykcyjne
[edytuj] Wysoka liczba kopii plazmidu
Niewielkie plazmidy występują zazwyczaj w komórce w wysokiej (kilkanaście - kilkadziesiąt) liczbie kopii. Dzięki temu przy podziale komórki zapewnione jest bardzo wysokie prawdopodobieństwo odziedziczenia plazmidu przez komórki potomne. Im więcej kopii plazmidu, tym większe prawdopodobieństwo, że w wyniku podziału komórki nie powstanie komórka bezplazmidowa.
[edytuj] Systemy miejscowo specyficznej rekombinacji
Gdy w komórce znajduje się więcej niż jedna kopia plazmidu, spontanicznie zachodzi ich łączenie się poprzez sekwencje homologiczne, co powoduje powstawanie dimerów i oligomerów. Przy podziale komórki oligomery tworzą razem jedną cząsteczkę, która zostaje przekazana jednej z komórek potomnych. Zachodzi więc niebezpieczeństwo, że wszystkie plazmidy połączone w jedną cząsteczkę zostaną przekazane tylko jednej komórce, a druga komórka będzie pozbawiona plazmidu. Spowodowałoby to po pewnym czasie zwiększenie się w populacji liczby bakterii nie posiadających plazmidu.
Aby temu zapobiec, na plazmidzie mogą znajdować się geny systemu miejscowo specyficznej rekombinacji. Zawierają one specjalne sekwencje res oraz kodują białko resolwazę (rekombinazę). Resolwaza działa na sekwencje res i w drodze rekombinacji homologicznej powoduje rozdzielenie multimeru na pojedyncze plazmidy. Tego rodzaju system nie zapobiega jednak ponownemu tworzeniu multimerów, lecz jedynie rozdziela już istniejące.
[edytuj] Systemy partycyjne (aktywnego rozdziału)
Dzięki obecności tych systemów następuje aktywny i ściśle kontrolowany rozdział plazmidów do komórek potomnych. W skład systemów tego typu wchodzą specyficzne sekwencje DNA, wykazujące podobieństwo do eukariotycznych centromerów, oraz białka uczestniczące w procesie rozdziału. Podczas podziału komórki sekwencje centromeropodobne wiązane są przez rozpoznające je białka, do tych zaś przyłączają się kolejne białka bezpośrednio uczestniczące w rozdziale. Plazmidy zostają ustawione w płaszczyźnie równikowej, a następnie rozchodzą się do przeciwległych biegunów komórki.
[edytuj] Systemy addykcyjne
Systemy addykcyjne powodują eliminację komórek, które nie odziedziczyły plazmidu podczas podziału komórki. Składają się na nie geny kodujące trwałą toksynę (truciznę) oraz labilną antytoksynę (antidotum). W komórce posiadającej plazmid zachodzi ekspresja obydwu tych genów, jednak antytoksyna znosi efekt działania toksyny. Po podziale, komórki potomne dziedziczą po komórce macierzystej zarówno truciznę, jak i antidotum obecne w cytoplazmie. Jeśli komórka nie otrzymała przy podziale plazmidu, labilne antidotum jest szybko rozkładane, natomiast trwała trucizna jest dalej obecna w cytoplazmie i, w zależności od typu, powoduje efekt bakteriobójczy lub bakteriostatyczny. Jeśli natomiast komórka odziedziczyła plazmid, jest w stanie produkować własne antidotum.
Istnieją dwa typy systemów addykcyjnych:
- Trucizna to białko, a antidotum to antysensowne RNA uniemożliwiające translację mRNA trucizny
- Trucizna i antidotum to dwa białka, które razem tworzą nieaktywny kompleks
[edytuj] System cddAB
Przykładem systemu addykcyjnego typu "białko-białko" jest system cddAB (patrz rysunek).
- a) System tworzą dwa geny: cddA (2), kodujący antidotum (3), oraz cddB, (4) kodujący truciznę (5). Obydwa geny są transkrybowane ze wspólnego promotora (1), a więc tworzą operon.
- b) Podczas normalnego funkcjonowania komórki bakteryjnej posiadającej plazmid kodujący system cddAB, trucizna pozostaje związana przez antidotum (6) i nie wywiera toksycznego wpływu na swój cel komórkowy (7), jakim w tym wypadku jest gyraza.
- (c) Jeśli komórka utraci plazmid z genami systemu cddAB, nietrwałe antidotum zostaje zdegradowane (8), a toksyna wiąże się ze swoim celem (9) hamując dalsze podziały komórki.
[edytuj] System hok/sok
Przykładem systemu addykcyjnego typu "białko-RNA" jest system hok/sok.
[edytuj] Zastosowanie
Plazmidy bakteryjne znalazły zastosowanie w inżynierii genetycznej jako wektory. Obecnie używa się plazmidów silnie zmodyfikowanych, często wykazujących jedynie śladowe podobieństwo do naturalnie występujących pierwowzorów.
Zobacz też: Wektor plazmidowy,
[edytuj] Przypisy
źródła:
- Baj J. (red.), Markiewicz Z. (red.): Biologia molekularna bakterii. PWN, 2006. ISBN 83-01-14724-5.
- KOSMOS Tom 51, Numer 3 (256) 2002. ISSN 0023-4249
