Использование в генной инженерии. Плазмиды бактерий, их функции и свойства. Использование плазмид в генной инженерии

Плазмиды — это… Функция плазмид

В этой статье содержится информация о загадочных и сложных молекулярных структурах различных клеток, чаще бактерий, – плазмидах. Здесь вы найдете информацию об их строении, предназначении, способах репликации, общей характеристике и многом другом.

Чем являются плазмиды

Плазмиды – это ДНК-молекулы, которые имеют маленький размер и по физическому положению отделяются от клеточных хромосом геномного типа. Имеют способность к автономному процессу репликации. В основном плазмиды встречаются в бактериальных организмах. Внешне это молекула, имеющая кольцевой двухцепочечный вид. Крайне редко плазмиды можно встретить у архей и эукариотических организмов.

Как правило, плазмиды бактерий содержат генетическую информацию, способную повысить устойчивость организма к факторам внешней природы, негативно влияющим на состояние организма, в котором они находятся.

Иными словами, плазмиды могут снижать эффективность антибиотиков в связи с повышением устойчивости самой бактерии. Часто встречается процесс передачи плазмид от бактерии к бактерии.

Плазмиды – это структурные элементы, являющиеся средством действенного переноса генетической информации горизонтальным способом.

Д. Ледерберг – молекулярный биолог, ученый родом из США, ввел понятие плазмида в 1952.

Размерные величины плазмид и их численность

Плазмиды – это структуры, имеющие самые разнообразные величины.

Мельчайшие формы могут содержать в себе около двух тысяч парных оснований или меньше, в то время как другие, крупнейшие формы плазмид, заключают в себе по несколько сотен тысяч оснований парного типа.

Знание этого позволяет провести черту между мегаплазмидами и мини-хромосомами. Существуют бактерии, способные заключать в себе плазмиды различного типа. При этом общая сумма их генетического материала может превосходить размер материала клетки-хозяина.

Количество копий плазмид, находящихся в одной клетке, может сильно варьироваться. Например, в одной клетке их может быть всего пара, в то время как в другой число плазмид одного типа доходит до десятков или же сотен. Количество их обусловлено репликационным характером.

Плазмиды – это клеточные структурные элементы способные к автономной репликации. То есть они могут реплицироваться самостоятельно, не подвергаясь контролю хромосомы.

В то же время хромосома может контролировать сами плазмиды. В случае со строгим контролем количество реплицируемых плазмид обычно мало, около 1-3.

Плазмиды мелких размеров чаще подвергаются ослабленному виду контроля и могут создавать большее количество копий.

Процесс репликации

Бактериальные плазмиды способны автономно реплицироваться. Однако данный процесс в разной степени подвергается хромосомному контролю. Это обуславливается отсутствием некоторых необходимых генов. Ввиду этого в процесс репликации плазмид включаются клеточные ферменты.

Этап репликации делится на стадию инициации, элонгации и терминации. ДНК-полимераза начнет репликацию лишь после ее затравки при помощи праймера. Сначала открывается цепь и происходит праймирование РНК, следом разрывается одна из цепей и образуется свободный 3`-OH конец.

Чаще всего этап инициации происходит под действием белков-катализаторов, кодируемых плазмидой. Иногда эти же белки могут вступать в процесс віработки праймера.

Элонгация происходит при помощи голофермента ДНК-полимеразы III (иногда I) и некоторых клеточных белках, состоящих в реплисоме.

Терминация репликации может начинаться лишь при наличии некоторых условий.

Принципы репликационного контроля

Контроль механизмов репликации осуществляется на этапе репликационной инициации. Это позволяет удерживать численность плазмид в строгом количестве. К молекулам, способным осуществлять его, относятся:

1. РНК, имеющие противоположную полярность.
2. ДНК – последовательность (итерон).
3. РНК, имеющие противоположную полярность, и белки.

Данные механизмы обуславливают частоту повтора циклов воссоздания плазмид внутри клетки, они также фиксируют любые отклонения от нормы частоты.

Виды механизмов репликации

Существует три механизма репликации плазмид:

1. Тета-механизм состоит из этапа расплетания 2-х цепей родителей, синтеза праймера РНК на каждой цепи, репликационной инициации за счет нарастания ковалентного типа пРНК на обоих цепях и синтеза соответствующей цепочки ДНК на родительских цепях. Несмотря на то что процесс синтеза происходит одновременно, одна из цепей является лидером, а другая отстает.
2. Замещение цепи – вытеснение новосинтезированной цепью ДНК одной из родительских. В результате такого механизма образуется ДНК кольцевой формы одноцепочного типа и суперспирализованная ДНК с двумя цепями. ДНК из одной цепочки позже будет восстанавливаться.
3. Механизм репликации катящегося кольца – представляет собой разрыв одноцепочной ДНК при помощи белка Rep. В результате этого образуется группа 3`-OH, которая будет выступать в роли праймера. Данный механизм протекает при помощи различных белков клетки-носителя, например, хеликазы ДНК.

Способы передачи

Плазмиды попадают в клетку, используя один из двух путей. Первый путь – это установление контакта между клеткой-носителем и клеткой, которая не содержит плазмид, в результате процесса конъюгации.

Существуют конъюгативные плазмиды у бактерий грамположительных и грамотрицательных. К первому способу также относятся передачи в момент трансдукции или трансформации.

Второй путь осуществляется искусственно, путем внедрения плазмид в клетку, при этом организм должен пережить экспрессию генов клетки-носителя, то есть приобрести компетентность клетки.

Выполняемые функции

Роль плазмид, как правило, заключается в придании клетке-носителю определенных свойств.

Некоторые из них могут практически не влиять на фенотипические характеристики своего хозяина, в то время как другие способны вызвать проявление у носителя свойств, дающих ему превосходство над другими такими же клетками.

Это превосходство поможет клетке-хозяину лучше переживать вредные условия среды, в которой она обитает. В случаи отсутствия таких плазмид клетка либо будет плохо расти и развиваться, либо вовсе погибнет.

Плазмиды – это многофункциональная составная клетки. Они выполняют огромнейшее количество функций:

1. Транспорт генетической информации во время протекания конъюгации. Обычно это делает F-плазмид.
2. Бактериоциногенные плазмиды контролируют белковый синтез, который может приводить к гибели других бактерий. Этим занимаются в основном Col-плазмиды.
3. Hly-плазмида занимается синтезом гемолизина.
4. Обуславливают сопротивляемость воздействию тяжелых металлов.
5. R-плазмида – повышает сопротивляемость антибиотическим средствам.
6. Ent-плазмида – позволяет синтезироваться энтеротоксинам.
7. Некоторые из них увеличивают степень устойчивости к ультрафиолетовому излучению.
8. Плазмиды колонизационных антигенов позволяют бактериальной адгезии проходить на клеточной поверхности внутри организма животных.
9. Определенные из их представителей отвечают за разрез ДНК-цепи, то есть за рестрикцию, а также модификацию.
10. Плазмиды САМ обуславливают камфорное расщепление, плазмиды XYL расщепляют ксилол, а плазмиды SAL – салицилат.

Наиболее изученные виды

Наиболее хорошо человек изучил свойства плазмид F, R и Col.

F-плазмида – это самая известная конъгативная плазмида. Представляет собой эписому, состоящую из ста тысячи оснований парного типа. Имеет собственную точку репликационного начала и точку разрыва. Как и другие плазмиды конъюгативного типа, занимается кодированием белков, способных противодействовать процессу прикрепления пилей остальных бактериальных организмов к стенке конкретной клетки.

Кроме стандартной информации, содержит в себе локусы tra и trb, которые организуют общий, целостный оперон, содержащий в себе тридцать четыре тысячи парных оснований. Гены, находящиеся в этом опероне, отвечают за разнообразные аспекты конъюгации.

R-плазмида (фактор) – является молекулой ДНК и имеет кольцевую форму. ДНК плазмиды заключают в себе информацию, отвечающую за протекание и реализацию процесса репликации и переноса резистентных свойств внутрь клетки-реципиента.

Они же определяют уровень устойчивость клетки определенным антибиотикам. Некоторые из R-плазмид являются конъюгативными. Передача R-фактора происходит в результате трансдукции и стандартного клеточного деления.

Они способны передаваться между отличными друг от друга видами или даже семействами.

Именно эта форма плазмид часто вызывает проблемы в процессе лечения заболеваний бактериальной природы при использовании известных на сегодня антибиотических средств.

Col-плазмиды отвечают за синтез колицина – особенного белка, способного подавлять процессы развития и размножения всех бактерий, кроме самого носителя.

Характеристика классификации

Вся система классификации строится в соответствии с некоторыми свойствами плазмид:

1. Способы репликации и его механизм протекания.
2. Наличие общего круга носителей.
3. Особенности копийности.
4. Топологические характеристики плазмид.
5. Совместимость.
6. Не/конъюгативные плазмиды.
7. Наличие маркерного гена, находящегося на плазмиде.

Однако в любом способе их классификации содержится точка репликационной инициации.

Области применения плазмид

Функция плазмид при использовании их человеком заключается в способе создания клонированной копии ДНК. Сами плазмиды выступают в роли вектора.

Репликационная способность плазмидов позволяет воссоздавать рекомбинантную ДНК в клетке-носителе. Широкое использование они нашли в генной инженерии.

В этой отрасли науки плазмиды создаются искусственным путем для переноса информации генетического типа или каких-либо манипуляционных действий с генетическим материалом.

Понятие об этих клеточных компонентах встречается и в игровой индустрии («Биошок»). Плазмиды выполняют функцию особых веществ, которые способны придать организму уникальные свойства.

Важно знать, что игровые плазмиды не имеют практически ничего общего с реально существующими.

В игре, выполненной в жанре шутера с элементами RPG, которая называется Bioshock, плазмиды являются генетической модификацией определенных свойств организма, их изменением и способом придания сверхспособностей.

Источник: https://FB.ru/article/322466/plazmidyi---eto-funktsiya-plazmid

Плазмиды бактерий, их функции, свойства. Плазмиды бактерий, их функции и свойства. Использова­ние плазмид в генной инженерии

В этой статье содержится информация о загадочных и сложных молекулярных структурах различных клеток, чаще бактерий, — плазмидах. Здесь вы найдете информацию об их строении, предназначении, способах репликации, общей характеристике и многом другом.