definice: co jsou plazmidy?
plazmidy jsou v podstatě malé kruhové molekuly DNA, které jsou schopné replikovat se nezávisle. Jako takové se nespoléhají na chromozomální DNA organismu pro replikaci. Kvůli této charakteristice jsou také označovány jako extra chromozomální DNA.,
přestože molekula byla poprvé objevena u člena Enterobacteriacae, studie ukázaly, že plazmidy se přirozeně vyskytují v mnoha typech mikroorganismů po celém světě.,
* i když tam byly debaty, zda plasmidy mohou být považovány za mikroorganismy, alespoň pomocí navrhovaných definic virů, je třeba poznamenat, že termín „plasmid“ je do značné míry používán se odkazovat na genetické prvky, které existují mimo chromozom (DNA organismu) a jsou schopné se replikovat nezávisle na sobě.,
Plasmids can be found in:
- Bacteria
- Archaea
- Various eukaryotes (yeast and plants)
Structure
With regards to structure, plasmids are made up of circular double chains of DNA., Kruhová struktura plazmidů je umožněna dvěma konci dvojitých pramenů, které jsou spojeny kovalentními vazbami. Molekuly jsou také malé rozměry, zvláště když ve srovnání s organismy DNA, a opatření mezi několik kilobází a několik stovek kilobází.
ačkoli velký počet plazmidů má kovalentně uzavřenou kruhovou strukturu, některé plazmidy mají lineární strukturu a netvoří kruhový tvar.,
Obecně platí, že plasmidy jsou složeny ze tří hlavních složek, které zahrnují:
Původ replikace (replikon) – počátek replikace (ori) odkazuje na určité místo v the strand v nichž replikace začíná. Pro plazmidy je toto místo z velké části složeno z párů bází A-T, které se během replikace snadněji oddělují.,
ve Srovnání s organismy DNA, která se skládá z mnoho počátků replikace plazmidů jeden z mála počátky replikace, protože jsou menší velikosti. Na počátku replikace, plasmidy obsahují také řadu regulačních prvků, které přispívají k procesu (např. Rep proteiny)
Polylinker (více klonování stránek) – V plasmidu, polylinker (MCS) je jednou z nejdůležitějších částí molekuly. Je to proto, že umožňuje studentům dozvědět se více o klonování., Polylinker je v podstatě krátká sekvence DNA sestávající z několika míst pro štěpení restrikčními enzymy.
jako takový umožňuje MCS snadné vkládání DNA prostřednictvím ligace nebo trávení restrikčních enzymů. V místě štěpení mohou různé polylinkery odříznout pramen. Proto jeden z restrikčních enzymů může plazmid snížit v daných bodech otce, aby umožnil vložení DNA.
Gen rezistence na antibiotika-Gen rezistence na antibiotika je jednou z hlavních složek plazmidů., Tyto geny hrají důležitou roli v rezistenci na léky (na jedno nebo více antibiotik), čímž je léčba některých onemocnění náročnější.
Plazmidy jsou dnes známé pro jejich schopnost přenést se z jednoho druhu bakterie do druhé prostřednictvím procesu známého jako konjugace (kontakt mezi buňkami, které následuje převod obsahu DNA). V tomto procesu jsou schopny poskytnout vlastnosti rezistence vůči antibiotikům jiným druhům bakterií.,
* Při plasmidu replikace poskytuje další výhodu pro bakterie (rezistence na určitá antibiotika), ale také ovlivňuje dělení buněk bakterií vzhledem k další replikaci zátěž. Výsledkem je, že bakterie s plazmidy mají tendenci být osídleny těmi, kteří nemají plazmidy kvůli sníženému dělení buněk.,
Některé z dalších složek plasmidy patří:
propagátorem regionu – To je součást plazmidů, které se podílí na náboru transkripční stroje.
Primer vazebné místo – To je krátká sekvence DNA, na jeden pramen, který se obvykle používá pro účely amplifikace metodou PCR nebo sekvenování DNA.,
přestože plazmidy sdílejí různé obecné charakteristiky,existují různé typy.
Druhy a Funkce Plazmidů
Také označovány jako antimikrobiální rezistence plazmidů, rezistence plazmidů jsou typem plasmidy, které nesou geny, které hrají důležitou roli v rezistenci vůči antibiotikům. Jsou také vysoce zapojeny do bakteriální konjugace tím, že produkují konjugační pili, které přenášejí R plazmid z jedné bakterie do druhé.,
Rezistence plazmidů jsou rozděleny do dvou hlavních skupin, které zahrnují:
Úzký-host-range skupina – Často replikována v rámci jednoho druhu.
skupina širokého hostitele-snadno se přenáší mezi druhy bakterií. Ukázalo se, že tato skupina rezistentních plazmidů nese řadu genů rezistence na antibiotika., Po přenosu genů rezistence na antibiotika na bakterie citlivé na léky to může způsobit, že bakterie vyvinou rezistenci vůči různým lékům.
Degradative Plasmidy
ve Srovnání s jinými typy plazmidů, degradative plasmidy umožňují hostitelského organismu rozkládat/rozebrat xenobiotických sloučenin., Xenobiotické sloučeniny, označované také jako vzpurné látky, zahrnují řadu sloučenin uvolňovaných do životního prostředí v důsledku lidských činností, a proto se přirozeně nevyskytují nebo jsou v přírodě běžné.
Hostitelé degradative plazmidy se nacházejí ve skupinách IncP-1, IncP-7, a IncP-9 a zahrnují takové druhy, jako Ochrobactrum anthropi, Rhizobium sp, Burkholderia nemocnice, Escherichia coli a Pseudomonas fluorescens mezi mnoho jiní.,
, Protože schopnost hostitele k degradaci cizorodých látek, výzkumníci se pokusili použít plasmidy pro degradaci různých kontaminujících látek v prostředí. Vzhledem k tomu, že se to neprokázalo jako účinné, pokračují výzkumné studie, které určují, jak používat různé domorodé bakterie (jako hostitelé degradačních plazmidů) pro degradaci těchto sloučenin.,
zatímco degradační plazmidy přispívají k degradaci xenobiotických sloučenin, jejich chování se liší v závislosti na řadě faktorů, jako je kapacita replikace a stabilita. Například plazmidy nalezené ve skupině IncP – 1 byly nejen prokázány, že mají široký rozsah hostitele, ale také vysokou přenosovou frekvenci.
rozdíly v chování různých degradative plasmidy byly proto uvedeny za následek rozdílné chování mezi nimi a jejich hostiteli.,
* použití biodegradační mikroorganismy za účelem odstranění cizorodých látek z kontaminovaného prostředí je známý jako Bioaugmentation.
* Vzhledem k tomu, že IncP-1 plazmidů má široké rozmezí hostitelů, IncP-7 bylo prokázáno, že mají úzký host range. Také IncP-9 má přechodný rozsah hostitele.,
Fertility Plasmids
Like many other plasmids, fertility plasmids (F plasmid) have a circular structure and measures about 100 kb.,>
Některé z hlavních částí F plasmid patří:
- Transponovatelných elementů (IS2, 1S3, a Tn1000)
- Replikace stránky (RepFIA, RepFIB, a RepFIC)
- Původ conjugative převod (oirT)
- Replikace původu regionů
F plasmidu hraje důležitou roli v reprodukci vzhledem k tomu, že obsahují geny, které kód pro výrobu sex pilus, stejně jako enzymy potřebné pro konjugaci., F plazmid také obsahuje geny, které se podílejí na jejich vlastním přenosu. Proto během konjugace zvyšují svůj vlastní přenos z jedné buňky do druhé.
zatímco buňky, které zpracovávají F plazmidy, jsou označovány jako dárci, ti, kteří tento faktor postrádají, jsou příjemci. Na druhé straně jsou plazmidy, které zvyšují schopnost hostitelské buňky chovat se jako dárce, známé jako přenosový faktor.,
během konjugace se dárcovská buňka (bakterie) se sexem pili (1-3 sex pili) váže na specifický protein na vnější membráně příjemce, čímž se zahajuje proces páření.
po počáteční vazbě se pili zatáhne a umožní tak oběma buňkám spojit se. Poté následuje přenos DNA z dárce na příjemce a následně přenos F-plazmidu. Výsledkem je, že příjemce získá faktor F a získá schopnost produkovat sexuální pilus zapojený do konjugace.,
* během konjugace je pouze DNA předána od dárce příjemci. Proto se cytoplazma a jiný buněčný materiál nepřenášejí.
* Sexuální pili jsou malé prut-jako struktury, které umožňují F-pozitivní (buňky, které mají F faktor) bakteriální buňky, aby se navázal na F-negativní (buňky chybí pili), ženské podporovat conjugative přenos.,
Col Plazmidy
Col plazmidy poradit, bakterie schopnost produkovat toxické proteiny známé jako colicines. Takové bakterie jako E. coli, Shigella a Salmonella používají tyto toxiny k zabíjení jiných bakterií, a tak se daří v jejich příslušných prostředích.
existují různé typy plasmidů, které produkují různé typy kolicinů/kolicinů. Několik příkladů barevných plazmidů zahrnuje Col B, Col E2 a E3., Jejich rozdíly jsou také charakterizovány rozdíly v jejich způsobu působení.
například, vzhledem k tomu, Kol B způsobuje poškození buněčné membrány jiných bakterií (chybí plasmidu) Kol E3 bylo prokázáno, že indukují degradaci nukleových kyselin cílové buňky.
jako plazmidy plodnosti bylo prokázáno, že některé plazmidy Col nesou prvky, které zvyšují jejich přenos z jedné buňky do druhé., Proto prostřednictvím konjugace nebo procesu páření, zejména u buněk s faktorem F (fertility plasmidy), mohou být plazmidy Col přeneseny z jedné buňky (dárce) do druhé (příjemce).
Jako výsledek, příjemce získává schopnost produkovat toxiny, které zabíjejí nebo inhibují růst cílové bakterie chybí plasmidu.
* Koliciny / koliciny patří do skupiny toxinů známých jako bakteriociny.,
* Tyto toxiny ovlivňují cílové bakterie ovlivňující tyto procesy jako je replikace DNA, překlad a energetického metabolismu mezi ostatními.
Virulence Plasmidy
ve Srovnání s jinými neškodné bakterie, bakterie, které mají tendenci být patogenní v přírodě nesou geny pro faktory virulence, které jim umožní napadnout a infikovat jejich hostitelů.,
u některých z těchto bakterií jsou virulenční faktory výsledkem vlastního genetického materiálu organismů. Pro ostatní je to však v důsledku genetických prvků z extra chromozomální DNA. I když existují jiné zdroje těchto prvků, např. transposony, plazmidy jsou některé z nejběžnějších mobilních genetických prvků.
pokud jde o patogenitu, hrají plasmidy virulence důležitou roli, protože mohou pomoci bakteriím účinně se přizpůsobit jejich příslušnému prostředí., Je to proto, virulenci plazmidu může umožnit organismu vyjádřit řadu virulence-spojené funkce tím, že poskytuje organismu s výhodnější vlastnosti, aby se daří v jejich prostředí.
stejně jako jiné typy plazmidů mohou být virulenční plazmidy přenášeny také z jedné bakterie do druhé. Kromě genu virulence bylo také prokázáno, že plazmidy nesou další důležité prvky, které zvyšují přenos a údržbu.
z tohoto důvodu mají větší velikost,ale nízký počet., Tím je zajištěno, že během buněčného dělení nezpůsobují další zátěž organismu.
typicky, dělení buněk a údržba buněk vyžadují použití energie. Tím, že mají nízký počet virulenčních plazmidů, jsou buňky ušetřeny významné metabolické zátěže, která by byla nutná pro údržbu a duplikaci genomu mnoha plazmidů.,bakterie pro účely studie
Plasmidu Vektor
vektor se vztahuje na jakýkoliv kus molekula, která obsahuje genetický materiál, který může být replikována a vyjádřil při přenosu do další buňky., Na základě této definice je možné vidět, proč jsou slova „vektor“ a „plazmidy“ někdy zaměňována. To však neznamená, že všechny plazmidy jsou vektory.
jednou z primárních charakteristik plasmidových vektorů je to, že mají malou velikost. Kromě jejich velikosti jsou charakterizovány původem replikace, selektivním markerem a více klonovacími místy.
ideální plazmidové vektory mají vysoká čísla kopií uvnitř buňky. Jako takový zajišťuje vysoký počet cílového genu pro klonovací účely., To také zajišťuje, že gen zájmu se zvyšuje během genomického dělení. Kromě toho může mít plazmid markerový gen jako vizuální marker, který pomůže určit, zda bylo klonování úspěšné.
, Protože jejich mnohočetné klonovací místa, plasmidy, bylo prokázáno, že některé z nejlepších vektorů pro klonování. Kvůli této charakteristice je možné, aby restrikční enzymy štěpily různé oblasti plazmidu pro klonování.,
v průběhu let použití těchto vektorů umožnilo zavedení rekombinantní DNA do hostitelských buněk pro studijní účely. Například prostřednictvím tohoto typu klonování bylo možné, aby vědci sekvenovali genom řady druhů, studovali expresi genů a dokonce pozorovali různé buněčné mechanismy.
* Při menší plasmidy jsou schopné nést dlouhé segmenty DNA, snížená velikost může také pomoci odstranit non-esenciální geny, které nejsou potřebné pro klonování.,
Plasmidu Izolace
Za účelem získání přečištěné plazmidové DNA pro takové postupy, jako je klonování, PCR a transfekci, plasmidu izolace musí být provedena. Tento proces zahrnuje použití řady technik k získání plazmidové DNA z hostitelských buněk, aby bylo možné ji použít v molekulární biologii.,
Plasmidu izolace zahrnuje následující kroky:
buněčný růst (růst bakteriálních buněk) – To zahrnuje rostoucí bakterie, které obsahují plazmid v konkrétní otřesena kultura. Zde mohou být antibiotika použita k zabránění růstu jiných nežádoucích bakterií.
Odstředění – Bakteriální růst následuje odstřeďování za účelem pelety buněk., Jakmile je supernatant odstraněn, může začít izolace plazmidů.
jednou z nejčastějších technik izolace je klasická metoda, která se někdy označuje jako alkalická lýza.,ded v isotonickém roztoku (ethylen diamin tetraacetate) která zabraňuje nuclease aktivity
Learning about Chromosomes and Recombinant DNA Technology
Return to learning about Cell Division
More on DNA under the Microscope
Return from learning about Plasmids to MicroscopeMaster Home
Biljana Miljkovic-Selimovic et al., (2007). Bacterial Plasmids. Naoto Ogawa, Ananda M.
Chakrabarty and Olga Zaborina. (2004). Chapter 16 : Degradative Plasmids.
Luis A. Actis, Marcelo E. Tolmasky, and Jorge H. Crosa. (1999). Bacterial Plasmids: Replication of Extrachromosomal Genetic Elements Encoding Resistance to Antimicrobial Compounds.