Plasmider

DNA-polymeraser kan ikke syntetisere en DNA-kæde uden en kort RNA-primer - en primer. Til syntesen af ​​den førende kæde er der kun brug for et frø, hvormed fordoblingen begynder, der fortsætter til enden af ​​molekylet. Den efterslæbende streng syntetiseres diskontinuerligt: ​​til syntese af korte Okazaki-fragmenter er der behov for et nyt frø hver gang. Når lineære plasmider fordobles, når replikationen af ​​den førende streng sin ende, men fordoblingen af ​​den efterslæbende streng fuldføres ikke: RNA-primeren kan ikke syntetiseres strengt i 3'-enden af ​​strengen. Det samme problem står overfor lineære bakterielle kromosomer. Forskellige bakterier har fundet forskellige måder at løse dette problem på. I Borrelia er enderne af begge kæder kovalent bundet til hinanden for at danne små hårnåle . En sådan pseudo-ringstruktur gennemgår typisk tovejsreplikation. Den resulterende ringstruktur skæres i to lineære plasmider af specielle enzymer, og hårnåle dannes i deres ender. I Streptomyces er et særligt TP-protein forbundet med 5'-enderne af DNA (fra det engelske  terminal protein  -terminal protein). Under lagging streng replikation danner TP specielle sekundære strukturer i regionen af ​​ikke-doblede regioner på grund af de inverterede gentagelser indeholdt i dem [18] .

Funktioner af plasmider

Mange plasmider forårsager ikke mærkbare ændringer i fænotypen af ​​deres værter, i hvilket tilfælde de kaldes kryptiske. Andre er tværtimod ansvarlige for manifestationen i værtscellen af ​​egenskaber, der hjælper den med at overleve under visse miljøforhold, og uden disse plasmider ville bakterier dø, eller deres vækst ville blive langsommere [19] .

Plasmider kan udføre forskellige funktioner i en bakteriecelle. De mest undersøgte plasmider indeholder antibiotikaresistensgener . De kaldes R-plasmider , eller R-faktorer (fra engelsk  resistens  -resistens) [20] . Resistensgenerne i sig selv er meget forskellige, fra plasmidkodede β-lactamaser , der ødelægger penicillin , til membranproteiner, der forhindrer tetracyclin i at akkumulere i celler. På grund af den hurtige spredning af resistensplasmider i bakteriepopulationer bliver problemet med antibiotikaresistens mere og mere akut. Bakterier kan opnå resistens over for flere antibiotika på samme tid på grund af flere plasmider, der beskytter mod forskellige antibiotika, eller på grund af at et plasmid indeholder gener for resistens over for forskellige antibiotika. En vigtig rolle i dannelsen af ​​plasmider, der bærer antibiotikaresistensgener, spilles af transposoner , der letter overførslen af ​​gener fra et plasmid til et andet eller fra et bakteriel kromosom til et plasmid [21] . R-faktoren overføres under transduktion og normal celledeling. Nogle R-plasmider kan overføres ved bakteriel konjugation , dvs. de er konjugative. Overførsel af R-plasmider mellem bakterier af forskellige arter, slægter og endda familier er mulig . Således kan RP1 , plasmidet, der er ansvarlig for resistens over for ampicillin , tetracyclin og kanamycin i bakterier af slægten Pseudomonas af Pseudomonadaceae- familien , overføres til E. coli , der tilhører Enterobacteriaceae- familien [22] .

Mange plasmider indeholder gener, der koder for proteiner med antimikrobielle egenskaber, som normalt kun er skadelige for nært beslægtede organismer. For eksempel producerer nogle stammer af E. coli proteiner, der dræber cellerne fra andre stammer af E. coli . Disse proteiner kaldes coliciner , og stammer, der er i stand til at danne dem, kaldes colicinogene. Colicingener er placeret på plasmider (Col-plasmider), og de samme plasmider indeholder gener, der beskytter de celler, der producerer dem mod coliciner [23] . Nogle bakterier koder for proteiner, der er giftige for ikke-bakterielle organismer. Enteropatogene stammer af E. coli har såkaldte Ent-plasmider, der koder for enterotoksiner [24] . En række Gram-positive ( Staphylococcus aureus , Streptococcus pyogenes , etc.) og Gram-negative ( Pseudomonas aeruginosa , P. morgani , E. coli , etc.) bakterier har Hly-plasmider, som også kaldes plasmider med hæmolytisk aktivitet. De bærer gener for toksiske hæmolysinproteiner , der er i stand til at lysere membranerne af animalske og menneskelige erytrocytter [25] .

I nogle patogene bakterier er gener, der koder for toksiner , der virker på værtsorganismen, placeret på plasmider. På grund af sådanne plasmider kan nogle stammer af E. coli forårsage en kolera -lignende sygdom . E. coli udskiller LT-toksiner, der ligner koleratoksin , men i Vibrio cholerae er genet, der koder for toksinet, placeret i profagen og ikke i plasmidet [26] . Ofte koder plasmider for proteiner, der er nødvendige for virulensen af ​​patogene bakterier eller forstærker den. Et sådant plasmid findes for eksempel i arter af slægten Yersinia , herunder Yersinia pestis , det  forårsagende middel til pest . Plasmidet indeholder gener, der koder for proteiner, der tillader bakterien at injicere stoffer i immunceller, som forstyrrer eller endda dræber dem [27] . En række patogene bakterier, såsom nogle patogene E. coli -stammer, har antigene koloniseringsplasmider , der indeholder gener, der er ansvarlige for antigensyntese [28] .

Bakterier, der forårsager sygdom i planter, har specifikke plasmider , såsom Agrobacterium tumefaciens , som forårsager tumorlignende formationer kaldet galder . Patogene stammer af denne bakterie bærer et T-plasmid eller Ti-plasmid (fra det engelske  tumorinducing  - "causing a tumor"), og en del af dette plasmid overføres til planteceller . Hos nitrogenfikserende bakterier, der forårsager rodknuder af bælgplanter (f.eks. Rhizobium ) , er de gener, der kræves til nodulation og nitrogenfiksering , på plasmider [27] .

Ofte giver plasmider deres ejer nye metaboliske veje . For eksempel kan evnen til at fermentere laktose overføres sammen med plasmider. I denne henseende er laboratoriediagnosen af ​​bakterier, baseret på deres specifikke biokemiske egenskaber, meget vanskelig. For eksempel kan biokemisk patogene repræsentanter for slægten Salmonella fra ikke-patogene stammer af E. coli skelnes præcist ved deres evne til at fermentere laktose. Plasmider kan indeholde gener, der er ansvarlige for gæringen af ​​andre sukkerarter , såsom saccharose , hydrolyse af urinstof eller dannelsen af ​​hydrogensulfid [10] .

Gener indeholdt i plasmider kan sætte deres ejere i stand til at ødelægge potentielt giftige forbindelser. For eksempel har Pseudomonas putida et pWWO-plasmid, der indeholder gener for en række enzymer, der omdanner de cykliske kulbrinter toluen og xylen til benzoat . Det indeholder også operonen , der er ansvarlig for ødelæggelsen af ​​benzoat til metabolitter, der kan bruges i biosyntetiske processer eller til energi . Derfor kan Pseudomonas putida vokse under forhold, hvor toluen er den eneste kilde til kulstof . Bakteriers evne til at nedbryde miljøskadelige forbindelser er grundlaget for bioremediering [29] .

Følgende tabel viser eksempler på individuelle naturlige plasmider og de funktioner, de udfører [19] :

Transmission

Plasmider kan erhverves af en bakteriecelle ved direkte kontakt med en anden celle (konjugering) eller indfanges fra miljøet (transformation) [30] .

Den vigtigste metode til at erhverve plasmider fra bakterier er konjugering. Denne proces blev beskrevet i 1946 af E. Tatum og J. Lederberg i E. coli , senere blev konjugation opdaget i andre bakterier, herunder Proteus , Klebsiella , Shigella , Salmonella og Pseudomonas [31] . Kontakt mellem to celler medieres af plasmid-specifikke køn pili . Plasmider, der starter konjugering for deres egen udbredelse, kaldes konjugative. Når de bevæger sig fra en celle til en anden, tager de nogle gange ikke-konjugative plasmider eller en kopi af genomisk DNA med sig. Det generelle skema for konjugationsprocessen er som følger. Kontakt etableres mellem bakterier ved hjælp af hule protein pili. Plasmidets DNA-kæder i donorcellen adskilles, en af ​​dem overføres til modtagercellen, hvorefter de komplementære kæder færdiggøres på begge enkeltkæder, og plasmiderne igen bliver dobbeltstrengede [32] .

Det bedst kendte konjugative plasmid er F-plasmidet eller F-faktoren. F-plasmidet er et episom på ca. 100 kb langt. Det har sit eget replikationsorigo ( oriV ) og brudpunkt ( oriT ) [33] . F-plasmidet, som alle konjugative plasmider, koder for proteiner, der forhindrer vedhæftning af pili af andre bakterier til cellevæggen af ​​denne. Ud over anden genetisk information bærer F-plasmidet tra- og trb -loci organiseret i én operon. Generne indeholdt i dem er ansvarlige for forskellige aspekter af konjugationsprocessen: pilinsyntese og samling af kønspili, initiering og regulering af processen med overførsel af genetisk materiale, brud i oriT -locuset og afvikling af DNA-kæden [ 34] [35] . Tra - locuset er også til stede i andre F-lignende konjugative plasmider; den indeholder oprindelsen af ​​konjugativ overførsel og 20 gener, der koder for de proteiner, der er nødvendige for konjugering [36] . Mærkeligt nok inhiberer F-lignende plasmider såsom R100, R6-5, R1 og ColV2 F-plasmidoverførsel [37] . Den såkaldte letale zygosis kendes også, som består i, at antallet af levedygtige transkonjuganter falder, når de numerisk dominerende donorceller blandes i sammenligning med antallet af modtagerceller på grund af dannelsen af ​​talrige DNA-overførselsbroer til én modtager. celle [38] .

Transformation forstås som en celles modtagelse af plasmid-DNA fra det ydre miljø (helheden af ​​alle plasmider placeret et bestemt sted kaldes et plasmid ). Transformation er blevet beskrevet i både gram-positive og gram-negative bakterier, især i repræsentanter for slægterne Streptococcus , Hemophilus , Neisseria , Bacillus , actinomycetes , cyanobakterier og andre. For at DNA kan trænge ind i en bakteriecelle, skal cellen være i en kompetencetilstand , det vil sige, at dens dæksler skal blive permeable for store DNA-molekyler. I laboratoriet opnås kompetente celler under stress: under påvirkning af calciumchlorid eller ved hjælp af elektroporation . For nogle bakterier er transformation in vivo vist, for eksempel for Streptococcus pneumoniae i kroppen af ​​et inficeret dyr. Nogle bakterier optager DNA fra enhver oprindelse, mens andre, såsom Hemophilus , kun kan optage deres eget DNA. Efter indtrængen i bakteriecellen spaltes en af ​​plasmid-DNA-strengene, og det enkeltstrengede fragment kombineres fysisk med modtagerens DNA [39] .

Stabilitet

Plasmider er karakteriseret ved ustabilitet. De egenskaber, de definerer, forsvinder meget oftere fra populationer, end hvis der bagved var en normal proces med akkumulering af mutationer . Nogle plasmider er mere stabile end andre, og naturlige plasmider er meget mere stabile end kunstigt konstruerede. Stabiliteten af ​​et plasmid påvirkes af dets integritet, dets evne til at blive overført under deling og den differentielle væksthastighed. Plasmider mister ofte nogle af deres gener, fordi de indeholder rekombinationshotspots . Når rekombination forekommer mellem gentagne regioner, forekommer der ofte inversioner og deletioner [40] .

For at opretholde et plasmid i en bakteriepopulation skal det videregives til datterceller under deling. Højkopiplasmider er sædvanligvis tilfældigt fordelt blandt datterceller. Imidlertid danner identiske plasmider ofte multimere strukturer under replikation og rekombination. Da en to-plasmid-dimer indeholder to replikations-ori, er dens replikation mere effektiv end monomerreplikation, og multimerer replikerer endnu hurtigere. I sidste ende kan den såkaldte "dimer-katastrofe" forekomme: næsten alle plasmider er en del af dimerer og multimerer, hvilket forhindrer deres overførsel under celledeling. Nogle plasmider kan dog vende tilbage til deres normale, monomere tilstand. ColE1-plasmidet indeholder således cer -stedet , som påvirkes af XerC- og XerD-proteinerne. Stedspecifik rekombination forekommer , hvorved dimeren omdannes til to monomerer. Lavkopiplasmider kan ikke stole på tilfældig fordeling mellem naboceller; derfor indeholder mange af dem et toksin-antitoksin-system , der sikrer ødelæggelsen af ​​celler, der har mistet plasmidet under deling [41] .

Nogle gange er væksthastigheden af ​​celler, der indeholder plasmidet, og dem, der ikke indeholder det, forskellig. Forskellen i højde kan være relateret til metaboliske træk som følge af behovet for at duplikere plasmidet og udtrykke dets gener. For de fleste naturlige plasmider er disse omkostninger små og har sandsynligvis ikke en væsentlig effekt på væksthastigheden. Samtidig er kunstige plasmider ofte til stede i celler i et stort antal kopier, og deres gener udtrykkes aktivt; derfor er problemet med deres ustabilitet særligt akut for celler, der indeholder kunstige plasmider [42] .

Inkompatibilitet

Plasmider er karakteriseret ved fænomenet inkompatibilitet: ofte kan to specifikke plasmider ikke eksistere samtidigt i en celle. Som regel indeholder inkompatible plasmider homologe sekvenser. Inkompatibilitet kan dog også være forårsaget af tilstedeværelsen af ​​transposoner og andre genetiske elementer i plasmidet, der gør det ustabilt. Alle aktuelt kendte plasmider blev opdelt i 30 inkompatibilitetsgrupper: plasmider inden for en gruppe er inkompatible med hinanden, men kompatible med plasmider fra andre grupper. Den såkaldte atypiske inkompatibilitet er dog udbredt, hvor nogle plasmider ikke kun er uforligelige med plasmider fra deres egen inkompatibilitetsgruppe, men også med nogle plasmider fra andre grupper [43] .

Der er flere modeller for plasmid-inkompatibilitet. Der er blevet foreslået en hypotese om, at plasmider konkurrerer om bindingssteder på cellemembranen . Da plasmider fra den samme inkompatibilitetsgruppe binder sig til membranen de samme steder, vil de fortrænge hinanden. Ifølge en anden hypotese koder plasmiderne for et eller andet repressorprotein, der hæmmer replikationen af ​​plasmider fra den samme inkompatibilitetsgruppe. Denne hypotese har modtaget en vis eksperimentel bekræftelse [43] .

Der er tegn på, at gentagelser lokaliseret nær replikationsstarterne er involveret i dannelsen af ​​inkompatibilitet. Derudover kan et plasmid undertrykke et andet ved hjælp af ikke-kodende RNA [43] .

Involvering af værtscellegener

Selvom plasmidreplikation styres af deres egne proteiner og RNA, bidrager værtscellen også til reguleringen af ​​plasmidkopiantallet [14] . Ingen af ​​de kendte plasmider indeholder det komplette sæt gener, der er nødvendige for dets replikation. For eksempel kræver F-plasmid-replikation værtscelle-DNA-polymerase III og genprodukter dnaB , dnaC og dnaA , som er lokaliseret i genomisk DNA. RK2-plasmidet fordobles, når proteinproduktet af dnaA-genet og cellemembranen er bundet til dets DNA [44] .

I henhold til evnen til at replikere i andre bakteriers celler opdeles plasmider i plasmider med snævert værtsområde (kun i stand til at replikere i celler af en bestemt art) eller bredt værtsområde (replikation uden for arten) [45] . For eksempel replikerer NP1-1-plasmidet normalt i Pseudomonas aeruginosa -celler, men processen er vanskelig i andre bakterier. Nogle plasmider kan eksistere i cellerne i mange typer bakterier; sådanne plasmider indbefatter for eksempel pC194, pMV158, pM3 og pMT2. Årsagerne til, at plasmidet ikke kan duplikere i cellerne i nogle bakteriearter, er de strukturelle træk ved promotoren , ineffektiv interaktion af RepA-initiatorproteinet med DnaA-proteinet kodet af genomisk DNA og bakterielle chaperoner . Derudover påvirker funktionerne i ori begrænsningen af ​​rækken af ​​værter. Antallet af plasmider kan også afhænge af typen af ​​værtsbakterie. Således eksisterer pER2-plasmidet i flere kopier i E. coli end i Corynebacterium -celler . Mængden af ​​plasmid bestemmes også af den vækstfase , hvori bakteriekulturen er placeret. Antallet af plasmider i den logaritmiske vækstfase er større end i den stationære fase, sandsynligvis på grund af akkumuleringen af ​​replikationshæmmeren i cellerne. Kopitallet af nogle plasmider kan påvirkes af sammensætningen af ​​det næringsmedium, som bakterierne vokser i [44] .

Når en værtscelle deler sig, fordeles multikopiplasmider tilfældigt blandt datterceller, og sandsynligheden for, at en af ​​dattercellerne ikke modtager en enkelt kopi af plasmidet, er meget lille. Men for lavkopiplasmider er spørgsmålet om regulering af deres fordeling under celledeling meget akut. Som nævnt ovenfor inkluderer (par) plasmidseparationssystemet de indeholder et sæt gener, der sikrer nøjagtig fordeling af plasmidkopier mellem datterceller. Dette system er selvstændigt, ikke forbundet til replikering og påvirker ikke kopinummeret. Imidlertid styres fordelingen af ​​kopier af plasmid pSN19035 blandt datterceller af SegB-regionen, hvis gener også påvirker kopiantallet af plasmidet. For plasmid F og R1 blev det vist, at proteiner, der regulerer fordelingen af ​​plasmider under deling, kan undertrykke deres egen transkription ved en negativ feedback- mekanisme . Det er muligt, at overdreven koncentration af disse proteiner blokerer for den korrekte fordeling af plasmider. Disse proteiner kan danne filamentlignende strukturer, der "skubber" kopier af plasmider ind i forskellige datterceller uden deltagelse af værtscellemembranreceptorproteiner [ 46] .

Mekanisme til vedligeholdelse af plasmider

Toksin-antitoksin-systemet er involveret i vedligeholdelsen af ​​plasmider i cellen. I det enkleste tilfælde er det repræsenteret af to gener i ccd-regionen, hvoraf det ene dræber cellen og kaldes et toksin, og det andet undertrykker det og kaldes et antitoksin, og toksinet er meget mere stabilt end antitoksinet. Hvis en af ​​dattercellerne under deling ikke arver plasmider med toksin-antitoksin-systemet, så vil det antitoksin, der er kommet ind i det, blive fuldstændig ødelagt før toksinet, som i mangel af antitoksin forårsager celledød [47] .

En vigtig variant af toksin-antioxin- systemet er restriktionsmodifikationssystemer , som er kilden til restriktionsenzymer, der anvendes i genteknologi [48] [49] . Toksinets rolle i systemerne udføres af restriktionsenzymet , som genkender visse DNA-sekvenser. Hvis sekvensen ikke indeholder methylrester, der blokerer virkningen af ​​restriktionsenzymet, introducerer den et dobbeltstrengsbrud, som fører til nedbrydning af mål-DNA'et. Methylase , som genkender den samme sekvens som restriktionsenzymet, virker som et antitoksin, der blokerer aktiviteten af ​​restriktionsenzymet. Ud over rollen med at opretholde plasmidet, udfører restriktionsmodifikationssystemer en beskyttende funktion mod fremmed DNA, især bakteriofager [50] .

Klassifikation

I det andet årti af det 21. århundrede er der adskillige klassifikationssystemer for plasmider, der tager højde for deres forskelle i topologi, replikationstræk, evnen eller manglende evne til at inducere overførsel af genetisk materiale, tilstedeværelsen eller fraværet af antibiotikaresistensfaktorer, og andre ejendomme. Den vigtigste egenskab ved et plasmid er dets evne (eller manglende evne) til at blive overført fra en bakteriecelle til en anden under konjugering. Overførbare plasmider kaldes konjugative. Plasmider, som i sig selv ikke kan overføres mellem celler, gør det nogle gange, opfanget af konjugative plasmider. Blandt konjugative plasmider er der plasmider, der kun indeholder transferreplikationsgener, og konjugative kointegrative plasmider, som udover overførsels- og replikationsgener indeholder gener, der er ansvarlige for nogle fænotypiske træk. Kointegrative plasmider omfatter R-plasmider, Col-plasmider, der giver E. coli -stammer evnen til at danne og udskille coliciner, Hly-plasmider, der indeholder hæmolysingener, og Ent-plasmider, der er ansvarlige for syntesen af ​​enterotoksiner [51] .

Derudover er en klassificering baseret på egenskaben for kompatibilitet/inkompatibilitet af plasmider udbredt. Kendte plasmider blev opdelt i flere grupper, således at bakterier i en gruppe er inkompatible med hinanden, men kompatible med ethvert plasmid fra en anden inkompatibilitetsgruppe [52] .

Som bemærket ovenfor, i henhold til antallet af kopier pr. celle, er plasmider opdelt i lav-kopi og høj-kopi plasmider. Plasmider klassificeres også efter, om deres værtsområde er smalt eller bredt [52] .

Svampeplasmider

Blandt eukaryoter er plasmider blevet fundet i svampe . Svampeplasmider er repræsenteret af lineære eller cirkulære DNA-molekyler, der kan lokaliseres i cellekernen , cytoplasmaet, men de fleste af dem er placeret i mitokondrier og forårsager ikke fænotypiske ændringer. Svampeplasmider inkluderer:

• lineære plasmider uden homologi med mitokondrielt DNA (mtDNA);
• cirkulære plasmider uden homologi med mtDNA;
• cirkulære plasmider, der viser homologi med mtDNA [53] .

Plasmider fra de sidste to grupper opstår under ældningsprocessen . Plasmider er blevet identificeret i svampe såsom gæren Saccharomyces cerevisiae , Neurospora , Aspergillus niger og Kluyveromyces lactis . Svampeplasmider kan overføres gennem myceliale anastomoser (horisontalt) og gennem konidier (lodret) [53] .

Evolution

I 1968 fremsatte E. Meynell og medforfattere en hypotese om, at det første trin i udviklingen af ​​plasmider var fremkomsten af ​​et primitivt replikon , der autonomt kunne eksistere uden for kromosomet. Replikonet kunne være opstået fra nukleoid DNA eller udviklet sig fra en ekstrakromosomal struktur som centrosomet , da det på det tidspunkt blev anset for muligt, at mitose kunne eksistere i bakterier i de tidlige stadier af deres udvikling (denne hypotese er i øjeblikket anerkendt som forkert). I 1976 foreslog S. Cohen , at oprindelsen af ​​replikation kunne være opstået de novo fra deoxynukleotider , og senere blev det forbundet af gener forbundet med selvreplikation og gener, der koder for alt, hvad der er nødvendigt for genetisk overførsel. Det er blevet antaget, at plasmider stammer fra gentagne sekvenser af bakterielt genomisk DNA, der endte i cytoplasmaet på grund af gensidig krydsning . Alle ovenstående hypoteser har dog ikke modtaget eksperimentel støtte [54] .

Efterfølgende opstod der en mening om den fælles oprindelse af plasmider og tempererede bakteriofager på grund af ligheden i deres organisation. Plasmider blev betragtet som fager, der manglede gener, der koder for capsidproteiner , men som havde gener, der var ansvarlige for deres duplikering og fordeling i datterceller ved deling. Bakteriofagerne N15 , øKO2 og PY54, der ligner lambda-fagen , som blev kilden til de første vektorer , integreres således ikke i bakteriegenomet, men eksisterer som lineære plasmider under den lysogene cyklus [55] .

Overbevisende eksperimentel bekræftelse blev modtaget af teorien om udvikling af R-plasmider, der giver antibiotikaresistens. De stammer fra ekstrakromosomale elementer, der bærer resistensgener eller erhvervede dem som et resultat af mutationer. Når disse elementer kombineres med overførselsfaktorer, opstod konjugative R-plasmider. En væsentlig rolle i udviklingen af ​​plasmider blev spillet af transposoner, der ændrede ekspressionen af ​​visse plasmidgener [54] .

Ansøgning

Brugen af ​​plasmider i forskningsaktiviteter er enorm. Kunstige plasmider bruges aktivt i genteknologi som vektorer, hvori målkodende regioner indsættes [56] . Ved at multiplicere sådanne plasmider i bakterieceller er det muligt at producere enorme mængder af det ønskede protein. For eksempel er det sådan insulin i øjeblikket opnås [57] . Kunstige plasmider, der er beregnet til brug som vektorer, er kommercielt tilgængelige og indeholder altid et replikationsorigin, gener, der giver resistens over for et eller andet antibiotikum (til selektion på antibiotikamedier af bakterieceller, der har modtaget plasmidet), og adskillige steder, der genkendes af forskellige restriktionsendonukleaser . Indsættelsen af ​​fragmentet udføres ved at begrænse plasmidet og fragmentet og efterfølgende ligering . Fragmenter op til 15 kilobaser lange kan indsættes i regulære vektorer. Andre vektorer bruges til at klone større fragmenter, såsom cosmider (plasmider indeholdende bakteriofagen λ cos locus ), phasmider , også kendt som fagmider (plasmider indeholdende fagens replikationsorigin f1 [58] ), bakterielle og kunstige gærkromosomer [59] .

Plasmidsekvenser skabt af forskellige efterforskere kan findes i offentlige databaser såsom Addgene , BCCM/LMBP og NCBI database . Mange bioinformatiske programmer og værktøjer er blevet skabt til at skabe kunstige plasmider med ønskede egenskaber. Ved at bruge dem kan du finde restriktionssteder og opnå plasmidsekvenser med inserts, det vil sige at udføre "virtuel kloning". Eksempler på sådanne værktøjer omfatter ApE, Clone Manager , GeneConstructionKit, Geneious, Genome Compiler , LabGenius, Lasergene, MacVector , pDraw32, Serial Cloner, SnapGene, VectorFriends, Vector NTI og WebDSV [60 ] .

Plasmider betragtes som et lovende værktøj til genterapi , da de kan udtrykke proteiner, der mangler i patientens celler. På plasmider er det muligt at levere gener, der koder for værktøjer til genomredigering, såsom nukleaser indeholdende zinkfingerdomæner , og komponenter af CRISPR /Cas-systemet: Cas9 -proteinet og guide-RNA [61] [62] , ind i celler .

Plasmider, der gør det muligt for bakterier at nedbryde substrater, der er svære at nedbryde, kan bruges til bioremediering . Plasmider bruges i vid udstrækning til fremstilling af vacciner og nye lægemidler , såvel som til at øge produktiviteten af ​​organismer, der syntetiserer biologisk aktive stoffer [63] .

Studiehistorie

I 1952 blev faktor F (nu kendt som F-plasmidet) opdaget i E. coli , som overføres fra celle til celle ved konjugation. Så, i 1952, foreslog Joshua Lederberg udtrykket "plasmid" for at betegne faktor F, som det allerede var muligt at vise dens ekstrakromosomale natur for [64] . Først blev udtrykket brugt til at henvise til ethvert bakterielt genetisk materiale, der eksisterer ekstrakromosomalt i mindst en del af dets replikationscyklus, men da denne beskrivelse omfatter bakterielle vira, er begrebet et plasmid blevet forfinet - det er genetiske elementer, der replikerer autonomt fra kromosomet [65] .

Efterfølgende blev der fundet plasmider i andre typer bakterier. Deres ekstreme mangfoldighed i fysiske og molekylære egenskaber blev tydelige. Nogle videnskabsmænd har foreslået at overveje plasmider som symbiotiske eller parasitære intracellulære organismer. I slutningen af ​​1950'erne blev det fastslået, at antibiotikaresistens blev overført fra en bakterie til en anden uden deltagelse af en nukleoid. Sådan blev R-plasmider opdaget. I 1963 blev muligheden for rekombination mellem ekstrakromosomale elementer og nukleoid DNA vist. I 1980'erne blev lineære plasmider beskrevet. Gradvist begyndte plasmider at finde anvendelse i molekylærbiologiske metoder [66] .

Noter

1. ↑ Sinkovics, J; Harvath J; Horak A. Viruss oprindelse og udvikling (en gennemgang)  (engelsk)  // Acta Microbiologica et Immunologica Hungarica : journal. - 1998. - Bd. 45 , nr. 3-4 . - S. 349-390 . — PMID 9873943 .
2. ↑ 1 2 Gigani, 2017 , s. ti.
3. ↑ 1 2 Shintani M. , Sanchez ZK , Kimbara K. Genomics of microbial plasmids: klassificering og identifikation baseret på replikations- og overførselssystemer og værtstaksonomi.  (engelsk)  // Frontiers In Microbiology. - 2015. - Bd. 6 . - S. 242-242 . - doi : 10.3389/fmicb.2015.00242 . — PMID 25873913 .
4. ↑ Dale & Park, 2004 , s. 142-143.
5. ↑ Hayes F. Plasmidernes funktion og organisation.  (Engelsk)  // Methods In Molecular Biology (Clifton, NJ). - 2003. - Bd. 235 . - S. 1-17 . - doi : 10.1385/1-59259-409-3:1 . — PMID 12904641 .
6. ↑ Moderne mikrobiologi / Red. J. Lengeler, G. Drews , G. Schlegel . - M .: Mir , 2005. - T. 1. - S. 437. - 654 s. - ISBN 978-5-03-003707-3 .
7. ↑ 1 2 3 4 Gigani, 2017 , s. 23-29.
8. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 del Solar G. , Giraldo R. , Ruiz-Echevarría MJ , Espinosa M. , Díaz-Orejas R. Replikation og kontrol af cirkulære bakterieplasmider.  (engelsk)  // Microbiology And Molecular Biology Reviews : MMBR. - 1998. - Juni ( bd. 62 , nr. 2 ). - S. 434-464 . — PMID 9618448 .
9. ↑ Dale & Park, 2004 , s. 142.
10. ↑ 12 Dale & Park, 2004 , s. 139-140.
11. ↑ Dale & Park, 2004 , s. 148.
12. ↑ Dale & Park, 2004 , s. 147.
13. ↑ Gigani, 2017 , s. 42.
14. ↑ 1 2 3 Gigani, 2017 , s. 47.
15. ↑ Arefiev V. A., Lisovenko L. A. rullende cirkelmodel, σ-type replikation // English-Russian Explanatory Dictionary of Genetic Terms. - M . : VNIRO Publishing House, 1995. - ISBN 5-85382-132-6 .
16. ↑ Lorenzo-Díaz F. , Fernández-López C. , Garcillán-Barcia MP , Espinosa M. At bringe dem sammen: plasmid pMV158 rullende cirkelreplikation og konjugation under et evolutionært perspektiv.  (engelsk)  // Plasmid. - 2014. - Juli ( bind 74 ). - S. 15-31 . - doi : 10.1016/j.plasmid.2014.05.004 . — PMID 24942190 .
17. ↑ Khan SA Rolling-circle replikation af bakterielle plasmider.  (engelsk)  // Microbiology And Molecular Biology Reviews : MMBR. - 1997. - December ( bind 61 , nr. 4 ). - S. 442-455 . — PMID 9409148 .
18. ↑ Dale & Park, 2004 , s. 151-154.
19. ↑ 1 2 Plasmidernes funktion og organisation: Plasmidkodede træk (downlink) . Hentet 24. juli 2013. Arkiveret fra originalen 17. august 2013. (ubestemt) 
20. ↑ Gosmanov R. G. , Galiullin A. K., Volkov A. Kh., Ibragimova A. I. Mikrobiologi: lærebog. - Sankt Petersborg. : Lan, 2011. - S. 126. - 496 s. - ISBN 978-5-8114-1180-1 .
21. ↑ Dale & Park, 2004 , s. 137-138.
22. ↑ R Plasmider og resistens over for antibiotika .  (ubestemt) (utilgængeligt link)
23. ↑ Dale & Park, 2004 , s. 138.
24. ↑ Gigani, 2017 , s. 82.
25. ↑ Gigani, 2017 , s. 82-83.
26. ↑ Dale & Park, 2004 , s. 138-139.
27. ↑ 12 Dale & Park, 2004 , s. 139.
28. ↑ Gigani, 2017 , s. 90.
29. ↑ Dale & Park, 2004 , s. 140-141.
30. ↑ Inge-Vechtomov, 2010 , s. 241.
31. ↑ Gigani, 2017 , s. 74.
32. ↑ Gigani, 2017 , s. 53.
33. ↑ Ryan KJ, Ray CG (redaktører). Sherris medicinsk mikrobiologi. — 4. - N. Y .: McGraw-Hill Education , 2004. - S. 60-64. — ISBN 0-8385-8529-9 .
34. ↑ Sheela Srivastava. Genetik af bakterier. - Delphi, Indien: Springer, 2013. - S. 79. - 215 s. - ISBN 978-81-322-1089-4 .
35. ↑ Inge-Vechtomov, 2010 , s. 247.
36. ↑ Gigani, 2017 , s. 54.
37. ↑ Gigani, 2017 , s. 67.
38. ↑ Gigani, 2017 , s. 72.
39. ↑ Inge-Vechtomov, 2010 , s. 250-251.
40. ↑ Dale & Park, 2004 , s. 155-156.
41. ↑ Dale & Park, 2004 , s. 157-160.
42. ↑ Dale & Park, 2004 , s. 160-161.
43. ↑ 1 2 3 Gigani, 2017 , s. 16-20.
44. ↑ 1 2 Gigani, 2017 , s. 50-52.
45. ↑ Loftie-Eaton W. , Yano H. , Burleigh S. , Simmons RS , Hughes JM , Rogers LM , Hunter SS , Settles ML , Forney LJ , Ponciano JM , Top EM Evolutionary Paths That Expand Plasmid Host-Range: Implikationer af antibiotikaresistens.  (engelsk)  // Molecular Biology And Evolution. - 2016. - April ( bind 33 , nr. 4 ). - s. 885-897 . - doi : 10.1093/molbev/msv339 . — PMID 26668183 .
46. ↑ Gigani, 2017 , s. 48-49.
47. ↑ Gigani, 2017 , s. 49-50.
48. ↑ Primrose, Sandy B.; Gamle, RW Principper for genmanipulation: en introduktion til  genteknologi . - Oxford: Blackwell Scientific , 1994. - ISBN 0-632-03712-1 .
49. ↑ Micklos, David A.; Bloom, Mark V.; Freyer, Greg A. Laboratorie-DNA-videnskab: en introduktion til rekombinante DNA-teknikker og metoder til  genomanalyse . — Menlo Park, Californien: Benjamin/Cummings Pub. Co, 1996. - ISBN 0-8053-3040-2 .
50. ↑ Wilson Geoffrey G. , Murray Noreen E. Restriction and Modification Systems  //  Annual Review of Genetics. - 1991. - December ( bind 25 , nr. 1 ). - s. 585-627 . — ISSN 0066-4197 . - doi : 10.1146/annurev.ge.25.120191.003101 .
51. ↑ Gigani, 2017 , s. 13-15.
52. ↑ 1 2 Gigani, 2017 , s. femten.
53. ↑ 1 2 Gigani, 2017 , s. 94-96.
54. ↑ 1 2 Gigani, 2017 , s. 106-109.
55. ↑ Casjens SR , Hendrix RW Bacteriophage lambda: Tidlig pioner og stadig relevant.  (engelsk)  // Virologi. - 2015. - Maj ( vol. 479-480 ). - S. 310-330 . - doi : 10.1016/j.virol.2015.02.010 . — PMID 25742714 .
56. ↑ Modern Microbial Genetics / Uldis N. Strips, Ronald E. Yasbin. — 2. - Wiley-Blackwell , 2002. - S. 248. - ISBN 978-0471386650 .
57. ↑ Schmid R. Visuel bioteknologi og genteknologi. — M. : BINOM. Videnlaboratoriet, 2014. - S. 122. - 325 s. — ISBN 978-5-94774-767-6 .
58. ↑ Richard J. Reece. Analyse af gener og genomer. - John Wiley & Sons , 2004. - S. 140. - ISBN 9780470091579 .
59. ↑ Kapitel 2 - Valg af en kloningsvektor // E. Coli plasmidvektorer: Metoder og applikationer  / Nicola Casali, Andrew Preston. — Totowa, NJ: Humana Press, 2003. - S. 19-26. - (Methods in Molecular Biology, bind 235). - ISBN 978-1-58829-151-6 .
60. ↑ Vektor NTI feedback video . DNA-laben . Hentet 30. oktober 2018. Arkiveret fra originalen 29. september 2018. (ubestemt)
61. ↑ Kandavelou K., Chandrasegaran S. Plasmids for Gen Therapy // Plasmids : Current Research and Future Trends  . — Norfolk, Storbritannien: Caister Academic Press, 2008. - ISBN 978-1-904455-35-6 .
62. ↑ Shinmyo Y., Tanaka S., Tsunoda S., Hosomichi K., Tajima A., Kawasaki H.  CRISPR/Cas9-medieret gen-knockout i musehjernen ved hjælp af in utero elektroporation  // Scientific Reports. - 2016. - Bd. 6. - P. 20611. - doi : 10.1038/srep20611 . — PMID 26857612 .
63. ↑ Gigani, 2017 , s. 99.
64. ↑ LEDERBERG J. Cellegenetik og arvelig symbiose.  (engelsk)  // Fysiologiske anmeldelser. - 1952. - Oktober ( bind 32 , nr. 4 ). - S. 403-430 . - doi : 10.1152/physrev.1952.32.4.403 . — PMID 13003535 .
65. ↑ Stanley Falkow. Mikrobiel genomik: At stå på skuldrene af giganter . Mikrobiologisk Selskab . Hentet 2. november 2018. Arkiveret fra originalen 26. oktober 2018. (ubestemt)
66. ↑ Gigani, 2017 , s. 6-9.

Litteratur

• Gigani O.B. Plasmids. - M. : RUSAYNS, 2017. - 154 s. — ISBN 978-5-4365-1976-0 .
• Inge- Vechtomov S.G. Genetik med det grundlæggende i udvælgelse. - Sankt Petersborg. : Forlaget N-L, 2010. - 718 s. — ISBN 978-5-94869-105-3 .
• Jeremy W. Dale, Simon F. Park. Molekylær genetik af bakterier . — 4. udgave. — Chichester, West Sussex; Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, Ltd, 2004. - ISBN 0-470-85084-1 .

Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk Fantastisk catalansk Stor russer Britannica (online) Universalis
I bibliografiske kataloger	J9U : 987007553323105171 LCCN : sh85103093 NDL : 01031244 NKC : ph124095