Plazmid

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
1 – chromosom bakteryjny, 2 – plazmidy

Plazmid – cząsteczka pozachromosomowego DNA występująca w cytoplazmie komórki, zdolna do autonomicznej (niezależnej) replikacji. Termin "plazmid" został po raz pierwszy zaproponowany przez prof. Joshuę Lederberga w 1952 r. jako genetyczna nazwa wszystkich znanych (w tamtym czasie) "pozachromosowych cząstek genetycznych", a w praktyce zaczął funkcjonować dopiero 8 lat później. Plazmidy występują przede wszystkim u prokariotów, ale znane są także plazmidy występujące u eukariotów. Zazwyczaj plazmidy nie niosą genów metabolizmu podstawowego, a więc nie są komórce niezbędne do przeżycia. Mogą jednak kodować produkty potrzebne w pewnych specyficznych warunkach, na przykład geny oporności na antybiotyki lub umożliwiające rozkład i asymilację różnych związków odżywczych. Plazmidy mogą być przekazywane pomiędzy komórkami bakteryjnymi w czasie podziału komórki lub poprzez horyzontalny transfer genów np. w procesie koniugacji, transdukcji i transformacji[1].

Budowa[edytuj | edytuj kod]

Większość znanych plazmidów to niewielkie, kowalencyjnie zamknięte cząsteczki DNA. Najmniejsze plazmidy mogą mieć rozmiar około 1 kpz, największe - około 2000 kpz. Znane są również plazmidy naturalnie występujące w formie liniowej[2].

Plazmidy mogą kodować wiele genów związanych ze swoim utrzymaniem, replikacją oraz transferem do innych komórek. Replikacja plazmidu, niezależna od replikacji DNA chromosomowego, możliwa jest dzięki obecności miejsca ori (od ang. origin of replication), czyli sekwencja, w której następuje rozpoczęcie replikacji DNA[3].

Mobilność[edytuj | edytuj kod]

Plazmidy mogą być przekazywane nie tylko z komórki macierzystej do komórek potomnych, ale także pomiędzy dwiema komórkami bakteryjnymi w procesie koniugacji. Obok transdukcji, transformacji i transfekcji koniugacja jest jednym z rodzajów horyzontalnego transferu genów. Jest on istotny dla ewolucji bakterii, ponieważ umożliwia szybką adaptację do zmieniających się warunków środowiska. Ma to także znaczenie dla człowieka, gdyż większość genów oporności na antybiotyki kodowanych jest na plazmidach, co umożliwia przekazywanie oporności wśród bakterii chorobotwórczych, w tym należących do innych gatunków[4].

Utrzymanie w komórce[edytuj | edytuj kod]

Jak zostało wspomniane, plazmidy zazwyczaj nie kodują żadnych informacji genetycznych niezbędnych dla przeżycia komórki. Do właściwości utrzymujących plazmidy w komórce należą[5]:

  • Duża liczba kopii plazmidu
  • Systemy miejscowo specyficznej rekombinacji (rozdziału multimerów) - mrs.
  • Systemy partycyjne (aktywnego rozdziału) - par.
  • Systemy addykcyjne np. ccd.

Duża liczba kopii plazmidu[edytuj | edytuj kod]

Niewielkie plazmidy występują zazwyczaj w komórce w wysokiej (kilkanaście - kilkadziesiąt) liczbie kopii. Dzięki temu przy podziale komórki zapewnione jest bardzo wysokie prawdopodobieństwo odziedziczenia plazmidu przez komórki potomne. Im więcej kopii plazmidu, tym większe prawdopodobieństwo, że w wyniku podziału komórki nie powstanie komórka bezplazmidowa[5].

Systemy miejscowo specyficznej rekombinacji[edytuj | edytuj kod]

Gdy w komórce znajduje się więcej niż jedna kopia plazmidu, spontanicznie zachodzi ich łączenie się poprzez sekwencje homologiczne, co powoduje powstawanie dimerów i oligomerów. Przy podziale komórki oligomery tworzą razem jedną cząsteczkę, która zostaje przekazana jednej z komórek potomnych. Zachodzi więc niebezpieczeństwo, że wszystkie plazmidy połączone w jedną cząsteczkę zostaną przekazane tylko jednej komórce, a druga komórka będzie pozbawiona plazmidu. Spowodowałoby to po pewnym czasie zwiększenie się w populacji liczby bakterii nie posiadających plazmidu[5].

Aby temu zapobiec, na plazmidzie mogą znajdować się geny systemu miejscowo specyficznej rekombinacji. Zawierają one specjalne sekwencje res oraz kodują białko resolwazę (rekombinazę). Resolwaza działa na sekwencje res i w drodze rekombinacji homologicznej powoduje rozdzielenie multimeru na pojedyncze plazmidy. Tego rodzaju system nie zapobiega jednak ponownemu tworzeniu multimerów, lecz jedynie rozdziela już istniejące[5].

Systemy partycyjne (aktywnego rozdziału)[edytuj | edytuj kod]

Dzięki obecności tych systemów następuje aktywny i ściśle kontrolowany rozdział plazmidów do komórek potomnych. W skład systemów tego typu wchodzą specyficzne sekwencje DNA, wykazujące podobieństwo do eukariotycznych centromerów, oraz białka uczestniczące w procesie rozdziału. Podczas podziału komórki sekwencje centromeropodobne wiązane są przez rozpoznające je białka, do tych zaś przyłączają się kolejne białka bezpośrednio uczestniczące w rozdziale. Plazmidy zostają ustawione w płaszczyźnie równikowej, a następnie rozchodzą się do przeciwległych biegunów komórki[5].

Systemy addykcyjne[edytuj | edytuj kod]

Ilustracja działania systemu addykcyjnego cddAB. Objaśnienia w tekście

Systemy addykcyjne powodują eliminację komórek, które nie odziedziczyły plazmidu podczas podziału komórki. Składają się na nie geny kodujące trwałą toksynę (truciznę) oraz labilną antytoksynę (antidotum). W komórce posiadającej plazmid zachodzi ekspresja obydwu tych genów, jednak antytoksyna znosi efekt działania toksyny. Po podziale, komórki potomne dziedziczą po komórce macierzystej zarówno truciznę, jak i antidotum obecne w cytoplazmie. Jeśli komórka nie otrzymała przy podziale plazmidu, labilne antidotum jest szybko rozkładane, natomiast trwała trucizna jest dalej obecna w cytoplazmie i, w zależności od typu, powoduje efekt bakteriobójczy lub bakteriostatyczny. Jeśli natomiast komórka odziedziczyła plazmid, jest w stanie produkować własne antidotum[5].

Istnieją dwa typy systemów addykcyjnych:

  • Trucizna to białko, a antidotum to antysensowne RNA uniemożliwiające translację mRNA trucizny.
  • Trucizna i antidotum to dwa białka, które razem tworzą nieaktywny kompleks.

System cddAB[edytuj | edytuj kod]

Przykładem systemu addykcyjnego typu "białko-białko" jest system cddAB (patrz rysunek).

  • a) System tworzą dwa geny: cddA (2), kodujący antidotum (3), oraz cddB, (4) kodujący truciznę (5). Obydwa geny są transkrybowane ze wspólnego promotora (1), a więc tworzą operon.
  • b) Podczas normalnego funkcjonowania komórki bakteryjnej posiadającej plazmid kodujący system cddAB, trucizna pozostaje związana przez antidotum (6) i nie wywiera toksycznego wpływu na swój cel komórkowy (7), jakim w tym wypadku jest gyraza DNA.
  • (c) Jeśli komórka utraci plazmid z genami systemu cddAB, nietrwałe antidotum zostaje zdegradowane (8), a toksyna wiąże się ze swoim celem (9) hamując dalsze podziały komórki.

System hok/sok[edytuj | edytuj kod]

Przykładem systemu addykcyjnego typu "białko-RNA" jest system hok/sok[5].

Zastosowanie[edytuj | edytuj kod]

Plazmidy bakteryjne znalazły zastosowanie w inżynierii genetycznej jako wektory. Obecnie używa się plazmidów rekombinowanych, zawierających elementy wielu plazmidów naturalnych jednocześnie[6].

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

  1. Roliński Z., Farmakologia i farmakoterapia weterynaryjna, Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, 2008.
  2. Baj J. (red.), Markiewicz Z. (red.): Biologia molekularna bakterii. PWN, 2007. ISBN 83-01-14724-5, rozdział 6.1.2
  3. Baj J. (red.), Markiewicz Z. (red.): Biologia molekularna bakterii. PWN, 2007. ISBN 83-01-14724-5, rozdział 6.1.4
  4. Baj J. (red.), Markiewicz Z. (red.): Biologia molekularna bakterii. PWN, 2007. ISBN 83-01-14724-5, rozdział 6.1.8
  5. 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 Baj J. (red.), Markiewicz Z. (red.): Biologia molekularna bakterii. PWN, 2007. ISBN 83-01-14724-5, rozdział 6.1.6
  6. S. Ledakowicz, Inżynieria biochemiczna, WNT 2011, s. 172

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

  1. Baj J. (red.), Markiewicz Z. (red.): Biologia molekularna bakterii. PWN, 2006. ISBN 83-01-14724-5.
  2. KOSMOS Tom 51, Numer 3 (256) 2002. ISSN 0023-4249

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]