Definition: Vad är plasmider?
I huvudsak är plasmider små, cirkulära molekyler av DNA som kan replikera självständigt. Som sådan litar de inte på organismens kromosomala DNA för replikering. På grund av denna egenskap kallas de också extrakromosomalt DNA.,
även om molekylen först upptäcktes i en medlem av Enterobacteriacae har studier visat att plasmider förekommer naturligt i många typer av mikroorganismer runt om i världen.,
* även om det har förekommit diskussioner om huruvida plasmider kan betraktas som mikroorganismer, åtminstone med den föreslagna virusdefinitionen, är det värt att notera att termen ”plasmid” i stor utsträckning används för att referera till genetiska element som finns utanför kromosomen (i organismens DNA) och kan replikera självständigt.,
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., Den cirkulära strukturen hos plasmider möjliggörs av de två ändarna av de dubbla strängarna som förenas av kovalenta bindningar. Molekylerna är också små i storlek, särskilt jämfört med organismernas DNA, och mäter mellan några kilobaser och flera hundra kilobaser.
även om ett stort antal plasmider har en kovalent sluten cirkulär struktur, har vissa plasmider en linjär struktur och bildar inte en cirkulär form.,
I allmänhet består plasmider av tre huvudkomponenter som inkluderar:
ursprung för replikering (replikon) – ursprunget för replikering (ori) avser en specifik plats i den sträng där replikering börjar. För plasmider består Denna plats i stor utsträckning av A-T-baspar som är lättare att separera under replikering.,
jämfört med organismernas DNA som består av många ursprung av replikering har plasmider ett av några få ursprung av replikering eftersom de är mindre i storlek. Vid replikeringens ursprung innehåller plasmider också ett antal regulatoriska element som bidrar till processen (t.ex. Repproteiner)
Polylinker (flera kloningsställen) – i plasmid är polylinker (MCS) en av de viktigaste delarna av molekylen. Detta beror på att det tillåter eleverna att lära sig mer om kloning., I grund och botten är en polylinker en kort sekvens av DNA som består av några ställen för klyvning genom restriktionsenzymer.
som sådan möjliggör MCS enkel insättning av DNA genom ligering eller begränsning enzymförtunning. På klyvningsplatsen kan olika polylinkers skära strängen. Därför kan en av begränsningsenzymerna skära plasmiden vid givna punkter i sire för att möjliggöra DNA-införande.
Antibiotikaresistensgen – antibiotikaresistensgenen är en av huvudkomponenterna i plasmider., Dessa gener spelar en viktig roll i läkemedelsresistens (till en eller flera antibiotika) vilket gör behandlingen av vissa sjukdomar mer utmanande.
plasmider är idag kända för sin förmåga att överföra från en art av bakterier till en annan genom en process som kallas konjugering (kontakt mellan celler som följs av överföring av DNA-innehåll). I processen kan de ge antibiotiska resistenegenskaper till andra bakteriearter.,
* medan plasmidreplikation ger en extra fördel för bakterier (resistens mot vissa antibiotika) påverkar den också celldelning av bakterier på grund av ytterligare replikationsbörda. Som ett resultat tenderar bakterier med plasmider att vara befolkade av dem utan plasmider på grund av minskad celldelning.,
några av de andra komponenterna i plasmider inkluderar:
en promotorregion – det här är komponenten i plasmider som är involverade i rekrytering av transkriptionsmaskiner.
Primer bindande webbplats – Detta är en kort sekvens av DNA på en enda sträng som vanligtvis används för PCR-förstärkning eller DNA-sekvensering.,
även om plasmider har olika allmänna egenskaper finns det olika typer i existens.
typer och funktioner av plasmider
även kallad antimikrobiell resistens plasmider, resistansplasmider är en typ av plasmider som bär gener som spelar en viktig roll i antibiotikaresistens. De är också mycket involverade i bakteriell konjugering genom att producera konjugation pili som överför r plasmiden från en bakterie till en annan.,
Motståndsplasmider är indelade i två huvudgrupper som inkluderar:
Narrow-host-range grupp – ofta replikeras inom en enda art.
bred-host-range grupp – överförs enkelt mellan bakteriearter. Denna grupp av resistensplasmider har visat sig bära en rad antibiotikaresistensgener., Efter överföringen av antibiotikaresistensgener till läkemedelskänsliga bakterier kan detta leda till att bakterierna utvecklar resistens mot en mängd olika droger.
Degradativa plasmider
jämfört med andra typer av plasmider gör degradativa plasmider att värdorganismen kan försämra / bryta ner xenobiotiska föreningar., Även kallad rekalcitrantsubstanser, xenobiotiska föreningar innefattar en rad föreningar som släpps ut i miljön som ett resultat av mänskliga handlingar och är därför inte naturligt förekommande eller vanliga i naturen.
Värdar för nedbrytningsväg plasmider som finns i grupper IncP-1, IncP-7, och IncP-9 och omfatta sådana arter som Ochrobactrum anthropi, Rhizobium sp, Burkholderia vårdinrättnings, Escherichia coli och Pseudomonas fluorescens bland många andra.,
på grund av värdens förmåga att försämra xenobiotiska föreningar har forskare försökt använda plasmiderna för att försämra olika förorenande ämnen i miljön. Med tanke på att detta inte har visat sig vara effektivt, fortsätter forskningsstudier att utföras för att bestämma hur man använder olika inhemska bakterier (som värdar för nedbrytande plasmider) för nedbrytning av sådana föreningar.,
medan degradativa plasmider bidrar till nedbrytningen av xenobiotiska föreningar varierar deras beteende beroende på ett antal faktorer som kapaciteten för replikering och stabilitet. Plasmider som finns i INCP-1-gruppen har till exempel inte bara visat sig ha ett brett värdområde utan också hög överföringsfrekvens.
skillnaderna i beteendet hos olika nedbrytande plasmider har därför visat sig resultera i olika beteenden mellan dem och deras respektive värdar.,
* användningen av biologiskt nedbrytbara mikroorganismer i syfte att avlägsna xenobiotiska föreningar från förorenade miljöer kallas Bioaugmentering.
* medan INCP-1-plasmider har ett brett utbud av värdar har IncP-7 visat sig ha ett smalt värdområde. IncP-9 har också ett mellanliggande värdområde.,
Fertility Plasmids
Like many other plasmids, fertility plasmids (F plasmid) have a circular structure and measures about 100 kb.,>
Några av de viktigaste delarna av F plasmid är:
- Överförbara element (IS2, 1S3, och Tn1000)
- Replikering platser (RepFIA, RepFIB, och RepFIC)
- Ursprung conjugative överföring (oirT)
- Replikering ursprung regionerna
F plasmid spelar en viktig roll i reproduktion med tanke på att de innehåller gener som kodar för produktion av sex pilus samt enzymer som krävs för konjugering., F plasmid innehåller också gener som är involverade i sin egen överföring. Därför förbättrar de under konjugering sin egen överföring från en cell till en annan.
medan cellerna som behandlar f-plasmiderna kallas givare, är de som saknar denna faktor mottagarna. Å andra sidan är plasmiderna som förbättrar värdcellens förmåga att bete sig som en givare känd som överföringsfaktorn.,
under konjugering binder donatorcellen (bakterier) med sex pili (1-3 sex pili) till ett specifikt protein på mottagarens yttre membran vilket initierar parningsprocessen.
efter den ursprungliga bindningen dras pili tillbaka vilket gör det möjligt för de två cellerna att binda samman. Detta följs sedan av överföringen av DNA från givaren till mottagaren och följaktligen överföringen av f plasmiden. Som ett resultat förvärvar mottagaren F-faktorn och får förmågan att producera sex pilus som är involverad i konjugering.,
* under konjugering skickas endast DNA från givaren till mottagaren. Därför överförs inte cytoplasma och annat cellmaterial.
* sexuell pili är små stavliknande strukturer som gör det möjligt för F-positiva (celler som har f-faktorn) bakterieceller att fästa till f-negativa (celler som saknar pili) honan för att främja konjugativ överföring.,
Kolplasmider
Kolplasmider ger bakterier förmågan att producera giftiga proteiner som kallas kolikiner. Sådana bakterier som E. coli, Shigella och Salmonella använder dessa toxiner för att döda andra bakterier och trivs därmed i sina respektive miljöer.
det finns olika typer av Kolplasmider som producerar olika typer av kolikiner/kolikiner. Några exempel på Col plasmider är Col B, Col E2 och E3., Deras skillnader kännetecknas också av skillnader i deras verkningssätt.
till exempel, medan Col B orsakar skador på cellmembranet hos andra bakterier (saknar plasmiden) Col E3 har visat sig inducera nedbrytning av nukleinsyrorna i målcellerna.
liksom fertilitetsplasmider har några av Kolplasmiderna visat sig bära element som förbättrar överföringen från en cell till en annan., Därför, genom konjugering eller parningsprocessen, särskilt för celler med f-faktorn (fertilitet plasmider) kol plasmider kan överföras från en cell (donator) till en annan (mottagare).
som ett resultat förvärvar mottagaren förmågan att producera toxiner som dödar eller hämmar tillväxten av målbakterierna som saknar plasmiden.
* Kolikiner/kolikiner tillhör en grupp toxiner som kallas bakteriociner.,
* dessa toxiner påverkar målbakterierna genom att påverka sådana processer som replikering av DNA, översättning och energimetabolism bland annat.
virulens plasmider
jämfört med andra ofarliga bakterier, bakterier som tenderar att vara patogena i naturen bär gener för virulensfaktorer som gör det möjligt för dem att invadera och infektera sina respektive värdar.,
för vissa av dessa bakterier är virulensfaktorerna resultatet av organismernas eget genetiska material. Men för andra är detta som ett resultat av genetiska element från extrakromosomalt DNA. Även om det finns andra källor till sådana element, t. ex. transposoner, är plasmider några av de vanligaste mobila genetiska elementen.
när det gäller patogenicitet spelar virulensplasmider en viktig roll eftersom de kan hjälpa bakterier att anpassa sig effektivt till sina respektive miljöer., Detta beror på att virulensen plasmid kan göra det möjligt för organismen att uttrycka en rad virulensassocierade funktioner, vilket ger organismen mer fördelaktiga egenskaper att trivas i sin miljö.
liksom andra typer av plasmider kan virulens plasmider också överföras från en bakterie till en annan. Förutom virulensgenen har plasmider också visat sig bära andra viktiga element som förbättrar överföring och underhåll.
av denna anledning är de större i storlek men låga i antal., Detta säkerställer att de inte orsakar ytterligare börda för organismen under celldelning.
vanligtvis kräver celldelning och cellunderhåll användning av energi. Genom att ha lågt antal virulens plasmider, cellerna skonas betydande metabolisk börda som skulle krävas för underhåll och genom dubbelarbete av många plasmider.,bakterier för studier
plasmidvektor
en vektor hänvisar till någon molekyl som innehåller genetiskt material som kan replikeras och uttryckas när de överförs till en annan cell., Baserat på denna definition är det möjligt att se varför orden ”vektor” och ”plasmider” ibland är utbytta. Detta är dock inte att säga att alla plasmider är vektorer.
en av de primära egenskaperna hos plasmidvektorer är att de är små i storlek. Bortsett från deras storlek kännetecknas de av ett ursprung av replikering, en selektiv markör samt flera kloningsställen.
de ideala plasmidvektorerna har höga kopieringsnummer inuti cellen. Som sådan, Det säkerställer ett stort antal av målgenen för kloning ändamål., Detta säkerställer också att genen av intresse ökar under genomisk uppdelning. Dessutom kan plasmiden ha en markörgen som den visuella markören för att avgöra om kloning lyckades.
på grund av deras flera kloningsplatser har plasmider visat sig vara några av de bästa vektorerna för kloning. På grund av denna egenskap är det möjligt för begränsningsenzymer att klyva olika regioner i plasmiden för kloning.,
genom åren har användningen av dessa vektorer gjort det möjligt att införa rekombinant DNA i värdceller för studieändamål. Till exempel, genom denna typ av kloning, har det blivit möjligt för forskare att sekvensera genomet av en rad arter, studera uttrycket av gener och till och med observera olika cellulära mekanismer.
* medan mindre plasmider kan bära långa DNA-segment kan minskad storlek också hjälpa till att ta bort icke-väsentliga gener som inte krävs för kloning.,
Plasmidisolering
för att erhålla renat plasmid-DNA för sådana förfaranden som kloning, PCR och transfektion måste plasmidisolering utföras. Processen innebär att man använder ett antal tekniker för att erhålla plasmid-DNA från värdceller för att kunna använda det i molekylärbiologi.,
plasmidisolering innebär följande steg:
celltillväxt (tillväxt av bakterieceller) – detta innebär att bakterierna som innehåller plasmid i en specifik skakad kultur. Här kan givna antibiotika användas för att förhindra tillväxten av andra oönskade bakterier.
centrifugering – bakterietillväxt följs av centrifugering för att pelletera cellerna., När supernatanten har tagits bort kan isolering av plasmider börja.
en av de vanligaste teknikerna för isolering är den klassiska metoden som ibland kallas alkalisk Lys.,div id=”8fa730560e”>alkalisk lys av cellerna – detta innebär celllys genom att använda natriumdodecylsulfat för att sönderdela lipidStrukturen på cellmembranet
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.