Rodzaje plazmidów-definicja, struktura, funkcja, Wektor/Izolacja

definicja: czym są plazmidy?

zasadniczo plazmidy są małymi, okrągłymi cząsteczkami DNA, które są zdolne do replikacji niezależnie. Jako takie nie polegają one na chromosomalnym DNA organizmu do replikacji. Ze względu na tę cechę są one również określane jako dna pozakomórkowe.,

chociaż cząsteczka została po raz pierwszy odkryta u członka Enterobacteriacae, badania wykazały, że plazmidy naturalnie występują w wielu rodzajach mikroorganizmów na całym świecie.,

* chociaż istnieją dyskusje na temat tego, czy plazmidy można uznać za mikroorganizmy, przynajmniej przy użyciu proponowanej definicji wirusa, warto zauważyć, że termin „plazmid” jest w dużej mierze używany w odniesieniu do elementów genetycznych, które istnieją poza chromosomem (w DNA organizmu) i są zdolne do replikacji niezależnie.,

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., Okrągła struktura plazmidów jest możliwa dzięki połączeniu dwóch końców podwójnych nici wiązaniami kowalencyjnymi. Cząsteczki są również małe, zwłaszcza w porównaniu do dna organizmów, i mierzą od kilku kilobaz do kilkuset kilobaz.

chociaż duża liczba plazmidów ma kowalencyjnie zamkniętą okrągłą strukturę, niektóre plazmidy mają strukturę liniową i nie tworzą okrągłego kształtu.,

zasadniczo plazmidy składają się z trzech głównych składników, które obejmują:

pochodzenie replikacji (replicon) – pochodzenie replikacji (ori) odnosi się do określonego miejsca w pasmie, w którym replikacja zaczyna się. W przypadku plazmidów lokalizacja ta składa się w dużej mierze z par zasad A-T, które są łatwiejsze do oddzielenia podczas replikacji.,

w porównaniu do dna organizmów, które składa się z wielu źródeł replikacji, plazmidy mają jedno z niewielu źródeł replikacji, ponieważ są mniejsze. Na początku replikacji plazmidy zawierają również szereg elementów regulacyjnych, które przyczyniają się do procesu (np. białka Rep)

Polilinker (multiple cloning sites) – w plazmidzie polilinker (MCS) jest jedną z najważniejszych części cząsteczki. To dlatego, że pozwala uczniom dowiedzieć się więcej o klonowaniu., Zasadniczo polilinker jest krótką sekwencją DNA składającą się z kilku miejsc rozszczepienia przez enzymy restrykcyjne.

jako taki MCS pozwala na łatwe wstawianie DNA poprzez ligację lub trawienie enzymu restrykcyjnego. W miejscu dekoltu różne polilinkery mogą przeciąć pasmo. W związku z tym jeden z enzymów restrykcyjnych może wyciąć plazmid w określonych punktach ciała, aby umożliwić wprowadzenie DNA.

Gen oporności na antybiotyki-Gen oporności na antybiotyki jest jednym z głównych składników plazmidów., Geny te odgrywają ważną rolę w lekooporności (na jeden lub więcej antybiotyków), co sprawia, że leczenie niektórych chorób jest trudniejsze.

plazmidy są dziś znane ze swojej zdolności do przenoszenia się z jednego gatunku bakterii do drugiego w procesie znanym jako koniugacja (kontakt między komórkami, po którym następuje transfer zawartości DNA). W tym procesie są one zdolne do nadawania właściwości antybiotykooporności innym gatunkom bakterii.,

* podczas gdy replikacja plazmidu zapewnia dodatkowe korzyści bakteriom (odporność na niektóre antybiotyki), wpływa również na podział komórek bakterii z powodu dodatkowego obciążenia replikacją. W rezultacie bakterie z plazmidami wydają się być zamieszkane przez te bez plazmidów z powodu zmniejszonego podziału komórek.,

niektóre inne składniki plazmidów obejmują:

region promotora – jest to składnik plazmidów, który bierze udział w rekrutacji maszyn transkrypcyjnych.

miejsce wiązania podkładu – jest to krótka sekwencja DNA na pojedynczej nici, która jest zwykle używana do celów amplifikacji PCR lub sekwencjonowania DNA.,

chociaż plazmidy mają różne ogólne cechy, istnieją różne typy.

typy i funkcje plazmidów

określane również jako plazmidy oporności przeciwdrobnoustrojowej, plazmidy oporności są rodzajem plazmidów, które przenoszą geny, które odgrywają ważną rolę w oporności na antybiotyki. Są one również bardzo zaangażowane w koniugacji bakteryjnej przez produkcję koniugacji pili, które przenoszą plazmid R z jednej bakterii do drugiej.,

plazmidy oporności są podzielone na dwie główne grupy, które obejmują:

wąska grupa-host-range – często replikowane w obrębie jednego gatunku.

grupa o szerokim zasięgu-łatwo przenoszona między gatunkami bakterii. Wykazano, że w tej grupie plazmidów oporności występuje szereg genów oporności na antybiotyki., Po przeniesieniu genów oporności na antybiotyki do bakterii wrażliwych na leki, może to spowodować rozwój oporności bakterii w kierunku różnych leków.

plazmidy degradacyjne

w porównaniu do innych rodzajów plazmidów, plazmidy degradacyjne umożliwiają organizmowi gospodarza degradację/rozkład związków ksenobiotycznych., Związki ksenobiotyczne, zwane również substancjami rekalcytrantowymi, obejmują szereg związków uwalnianych do środowiska w wyniku działań człowieka i dlatego nie występują naturalnie ani nie są powszechne w przyrodzie.

gospodarze rozkładających się plazmidów znajdują się w grupach IncP-1, IncP-7 i IncP-9 i obejmują takie gatunki jak Ochrobactrum anthropi, Rhizobium sp, Burkholderia hospita, Escherichia coli i Pseudomonas fluorescens wśród wielu innych.,

ze względu na zdolność gospodarza do degradacji związków ksenobiotycznych, naukowcy próbowali wykorzystać plazmidy do degradacji różnych substancji zanieczyszczających w środowisku. Jednakże, biorąc pod uwagę, że nie okazało się to skuteczne, badania nadal prowadzone w celu określenia, jak używać różnych rodzimych bakterii (jako gospodarzy rozkładających plazmidów) do degradacji takich związków.,

podczas gdy rozkładające się plazmidy przyczyniają się do degradacji związków ksenobiotycznych, ich zachowanie różni się w zależności od wielu czynników, takich jak zdolność do replikacji i stabilność. Na przykład, plazmidy Znalezione w grupie IncP-1 wykazały nie tylko szeroki zakres hosta, ale także wysoką częstotliwość transferu.

różnice w zachowaniu różnych plazmidów degradacyjnych okazały się zatem skutkować różnymi zachowaniami między nimi a ich gospodarzami.,

* wykorzystanie mikroorganizmów biodegradowalnych do usuwania związków ksenobiotycznych ze skażonych środowisk jest znane jako Bioaugmentacja.

* podczas gdy plazmidy IncP-1 mają szeroki zakres hostów, wykazano, że IncP-7 ma wąski zakres hostów. Również IncP-9 ma pośredni zasięg hosta.,

Fertility Plasmids

Like many other plasmids, fertility plasmids (F plasmid) have a circular structure and measures about 100 kb.,

niektóre z głównych części plazmidu F obejmują:

• Transposable element (IS2, 1S3 i Tn1000)

iv id=”cc49ecde41″

obszary replikacji (repfia, repfib i repfic)
pochodzenie transferu koniugacyjnego (OIRT)
regiony pochodzenia replikacji
plazmid f odgrywa ważną rolę w rozmnażaniu ze względu na to, że zawierają one geny kodujące produkcję pilusa płciowego, a także enzymy niezbędne do koniugacji., Plazmid F zawiera również geny, które biorą udział w ich własnym transferze. Dlatego podczas koniugacji wzmacniają własny transfer z jednej komórki do drugiej.
podczas gdy komórki Przetwarzające plazmidy F są określane jako dawcy, te, które nie mają tego czynnika, są biorcami. Z drugiej strony plazmidy, które zwiększają zdolność komórki gospodarza do zachowania się jak dawca, są znane jako czynnik przeniesienia.,
podczas koniugacji komórka dawcy (bakterie) z pili płci (1-3 pili płci) wiąże się ze specyficznym białkiem na zewnętrznej błonie biorcy, inicjując w ten sposób proces kojarzenia.
po początkowym wiązaniu, pili wycofuje się, umożliwiając tym samym połączenie obu komórek. Następnie następuje transfer DNA z dawcy do biorcy, a w konsekwencji transfer plazmidu F. W rezultacie odbiorca nabywa czynnik F i zyskuje zdolność do wytwarzania pilusa płciowego biorącego udział w koniugacji.,
* podczas koniugacji tylko DNA jest przekazywane z dawcy do biorcy. Dlatego cytoplazma i inny materiał komórkowy nie są przenoszone.
* pili seksualne są małymi strukturami przypominającymi pręt, które umożliwiają F-dodatnie (komórki, które mają czynnik F) komórki bakteryjne przyłączają się do F-ujemnych (komórek pozbawionych pili) żeńskich w celu promowania transferu koniugacyjnego.,
plazmidy Col
plazmidy Col nadają bakteriom zdolność do wytwarzania toksycznych białek znanych jako kolkiny. Bakterie takie jak E. coli, Shigella i Salmonella wykorzystują te toksyny do zabijania innych bakterii, a tym samym rozwijają się w swoich środowiskach.
istnieją różne rodzaje Kolek, które wytwarzają różne rodzaje kolek / kolekin. Kilka przykładów plazmidów Col to Col B, Col E2 i E3., Ich różnice charakteryzują się również różnicami w sposobie działania.
na przykład, podczas gdy Col B powoduje uszkodzenie błony komórkowej innych bakterii (bez plazmidu) col E3 wykazano, że indukuje degradację kwasów nukleinowych komórek docelowych.
podobnie jak plazmidy płodności, niektóre plazmidy Col mają elementy, które zwiększają ich transmisję z jednej komórki do drugiej., W związku z tym poprzez koniugację lub proces kojarzenia, szczególnie w przypadku komórek z czynnikiem F (plazmidy płodności) plazmidy Col mogą być przenoszone z jednej komórki (dawcy) do drugiej (biorcy).
w rezultacie odbiorca nabywa zdolność do wytwarzania toksyn, które zabijają lub hamują wzrost docelowych bakterii pozbawionych plazmidu.
* Kolkiny / kolkiny należą do grupy toksyn znanych jako bakteriocyny.,
* toksyny te wpływają na docelowe bakterie, wpływając m.in. na procesy replikacji DNA, translacji i metabolizmu energetycznego.
plazmidy zjadliwości
w porównaniu do innych nieszkodliwych bakterii, bakterie, które wydają się być patogenne w przyrodzie, przenoszą geny czynników zjadliwości, które pozwalają im zaatakować i zainfekować ich gospodarzy.,
dla niektórych z tych bakterii czynniki zjadliwości są wynikiem własnego materiału genetycznego organizmów. Jednak dla innych jest to wynikiem elementów genetycznych z pozakomórkowego DNA. Chociaż istnieją inne źródła takich pierwiastków, np. transpozony, plazmidy są jednymi z najczęstszych ruchomych elementów genetycznych.
w odniesieniu do patogenności plazmidy zjadliwości odgrywają ważną rolę, ponieważ mogą pomóc bakteriom w efektywnym przystosowaniu się do ich środowiska., Dzieje się tak dlatego, że plazmid zjadliwości może umożliwić organizmowi wyrażanie szeregu funkcji związanych z zjadliwością, zapewniając organizmowi bardziej korzystne cechy, aby rozwijać się w ich środowisku.
podobnie jak inne rodzaje plazmidów, plazmidy zjadliwości mogą być również przenoszone z jednej bakterii do drugiej. Oprócz genu zjadliwości wykazano również, że plazmidy przenoszą Inne ważne elementy, które zwiększają transmisję i utrzymanie.
z tego powodu są większe, ale mają małą liczbę., Zapewnia to, że nie powodują one dodatkowego obciążenia organizmu podczas podziału komórek.
zazwyczaj podział komórek i utrzymanie komórek wymaga użycia energii. Dzięki niskiej liczbie plazmidów zjadliwości komórki oszczędzają znaczne obciążenie metaboliczne, które byłoby wymagane do utrzymania i powielania genomu licznych plazmidów.,bakterie do celów badań
plazmidy Crptyczne – Brak znanych funkcji
plazmidy metaboliczne – wzmacniają metabolizm gospodarza
plazmidy Koniugacyjne – promują własny transfer
samobójcze plazmidy-nie replikują się po przeniesieniu z jednej komórki do drugiej
wektor plazmidowy
wektor odnosi się do każdego fragmentu cząsteczki, który zawiera materiał genetyczny, który może być replikowany i wyrażony po przeniesieniu do innej komórki., Na podstawie tej definicji można zrozumieć, dlaczego słowa „wektor ” i” plazmidy ” są czasami wymienne. Nie oznacza to jednak, że wszystkie plazmidy są wektorami.
jedną z podstawowych cech wektorów plazmidowych jest ich niewielkie rozmiary. Oprócz wielkości charakteryzują się one pochodzeniem replikacji, markerem selektywnym oraz wieloma miejscami klonowania.
idealne wektory plazmidowe mają wysokie liczby kopii wewnątrz komórki. Jako takie, zapewnia wysoką liczbę genu docelowego do celów klonowania., Zapewnia to również, że Gen zainteresowania zwiększa się podczas podziału genomu. Ponadto plazmid może mieć gen markera jako wizualny marker, aby pomóc określić, czy klonowanie było skuteczne.
ze względu na wiele miejsc klonowania plazmidy okazały się jednymi z najlepszych wektorów do klonowania. Ze względu na tę cechę enzymy restrykcyjne mogą rozszczepiać różne regiony plazmidu w celu klonowania.,
przez lata używanie tych wektorów pozwoliło na wprowadzenie rekombinowanego DNA do komórek gospodarza w celach badawczych. Na przykład dzięki temu rodzajowi klonowania naukowcy mogą sekwencjonować Genom wielu gatunków, badać ekspresję genów, a nawet obserwować różne mechanizmy komórkowe.
* podczas gdy mniejsze plazmidy są zdolne do przenoszenia długich segmentów DNA, Zmniejszony rozmiar może również pomóc usunąć nieistotne geny, które nie są wymagane do klonowania.,
Izolacja plazmidu
aby uzyskać oczyszczony plazmid DNA do takich procedur jak klonowanie, PCR i transfekcja, należy wykonać izolację plazmidu. Proces polega na użyciu wielu technik, aby uzyskać plazmid DNA z komórek gospodarza w celu wykorzystania go w biologii molekularnej.,
izolacja plazmidu obejmuje następujące etapy:
wzrost komórek (wzrost komórek bakteryjnych) – polega to na wyhodowaniu bakterii zawierających plazmid w określonej kulturze. Tutaj, podane antybiotyki mogą być stosowane w celu zapobiegania rozwojowi innych niepożądanych bakterii.
po odwirowaniu następuje odwirowanie komórek., Po usunięciu supernatantu można rozpocząć izolację plazmidów.
jedną z najczęstszych technik izolacji jest metoda klasyczna, która jest czasami określana jako liza alkaliczna.,ded w roztworze izotonicznym (tetraoctan etylenu diaminy), który zapobiega aktywności nukleazy
alkaliczna liza komórek – polega to na lizie komórek poprzez zastosowanie siarczanu dodecylu sodu do rozpadu struktury lipidowej na błonie komórkowej
wytrącanie rozpuszczonych białek za pomocą roztworu kwaśnego octanu potasu
sedymentacja – wirowanie służy do sedymentacji
oczyszczanie – mieszanina fenolu i chloroformu jest używana do oczyszczania plazmidu DNA.,v id=”f5d2a4eb42″>

Dissolve in TE solution and store

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.