Plazmid

Plazmid

Plazmid to małe pozachromosomowe DNA, zazwyczaj przyjmuje kształt kolistej, kowalencyjnie zamkniętej cząsteczki, choć czasem może być również w postaci liniowej. Występuje niezależnie od chromosomowego DNA i może ulegać niezależnej od tego DNA replikacji tworząc jedną lub wiele kopii na komórkę, choć zdarza się że plazmidy wbudowują się do genomowego DNA. Plazmidy są cechą charakterystyczną bakterii, choć zostały zidentyfikowane również w niektórych grzybach i drożdżach.

Plazmid zawiera zazwyczaj tylko kilka genów, zorganizowanych w operony, które nie są kluczowe dla wzrostu i przeżycia gospodarza, jednak nadają mu cechy specyficzne takie jak na przykład oporność antybiotykową (plazmidy R), możliwość koniugacji (plazmidy koniugacyjne - zawierające czynnik płodności F) (Rys.1), czy też syntezę enzymów degradacyjnych.

Plazmidy można rozdzielić od chromosowego DNA bakterii ze względu na wielkość oraz strukturę jaką przyjmują. Zazwyczaj wielkość plazmidu nie przekracza 1/10 wielkości DNA chromosowego i pomimo tego, że jest to kolista cząsteczka, to dodatkowo jest zwinięta wokół siebie co powoduje, że podczas ultrawirowania znacznie szybciej sedymentuje.

Jak już wcześniej wspomniano, plazmid jest autonomicznie replikującą się cząsteczką, co indukuje obecność miejsca rozpoczynającego replikację czy ori (ang. origin) oraz genów odpowiedzialnych za replikację (rep). Replikację przeprowadzają produkty genów chromosomowych, ale to plazmid reguluje ilość swoich kopii na komórkę. Ilość ta zależna jest od wielkości plazmidu, który ma ich mniej im jest większy.

Jedna komórka bakteryjna może zwierać kilka rodzajów plazmidów pod warunkiem, że nie są one niezgodne. Oznacza to, że plazmidy występujące w danej komórce nie mogą być ze sobą spokrewnione gdyż powoduje to wzajemne hamowanie replikacji. Jest to jedna z cech klasyfikacyjnych plazmidów na podstawie której stworzono listę grup niezgodności (ang. incompatibility) plazmidów.

Do tej pory scharakteryzowano wiele rodzajów plazmidów: koniugacyjnych, opornościowych, zajdliwości lub chorobotwórczości, metabolicznych, o szerokim zakresie gospodarzy, kodujące bakteriocyny (ang. col plasmids) czy degradacyjne. Najważniejszymi z nich, pod względem biologicznym są plazmidy koniugacyjne, opornościowe oraz zjadliwości.

Plazmidy koniugacyjne

Plazmidy takie zawierają geny tra odpowiedzialne za funkcje związane z koniugacją czyli syntezą pilusów płciowych. Ponadto geny te odpowiedzialne są za syntezę białek stabilizujących partnerów koniugacyjnych ułatwiających z nimi kontakt oraz za przenoszenie DNA. Operon tra stanowią 28-31 genów.

Plazmidy opornościowe

Plazmidy te kodują geny, które nadają bakteriom oporność na antybiotyki takie jak sulfonamidy, streptomycyna, chloramfenikol czy tetracyklina. Jeden plazmid może nieść ze sobą oporność na kilka rodzajów anytbiotyków, co znacznie utrudnia terapię osób zainfekowanych taką bakterią. Takie plazmidy często zawierają również geny koniugacyjne co powoduje, że bakterie mogą sobie przekazać , za pomocą transferu horyzontalnego, geny oporności.

Oprócz oporności na antybiotyki, mogą występować plazmidy, które niosą ze sobą oporność na metale ciężkie takie jak rtęć, nikiel, kobalt, kadm i inne.

Plazmidy zjadliwości

Część bakterii wywołuje choroby po dostaniu się do organizmu człowieka. Przyczyną mogą być właśnie geny kodowane przez plazmidy. Na przykład enterotoskyny Shigella flexneri powodują zaburzenia w przewodzie pokarmowym i mogą prowadzić do biegunki, a E.coli plazmidowo koduje toksyny odpowiedzialne za lizę erytrocytów.

Plazmidy i biotechnologia

Plazmidy często wykorzystywane są biotechnologii, nazywane są wtedy wektorami. Pozwalają na modyfikacje mikroorganizmów w celu klonowania czy też w celach sekrecyjnych. Muszą wtedy posiadać kilka charakterystycznych cech takich jak miejsca cięć enzymów restrykcyjnych znajdujących się w tzw. Polilinkerze, geny rep, gen oporności na antybiotyk, który pozwoli na identyfickaję szczepów posiadających plazmid, geny tra. Polilinker jest miejscem, w którym będzie wprowadzany obcy gen do plazmidu. Plazmidy takie zazwyczaj wprowadzane są do bakterii za pomocą elektroporacji (patrz- transformacja bakterii).

Literatura

1. Prescott L.M. Microbiology. Fifth Edition (2002), ISBN 0-07-282905-2
2. Schlegel H.G. Mikrobiologia ogólna. WydawnictwoNaukowe PWN (2003), ISBN 83-01-13999-4
3. Okafor N. Modern Industrial Microbiology and Biotechnology. (2007) Science Publischers. ISBN978-1-57808-434-0