Що таке плазміди?

Що таке плазміди. Кальсіна Софія. Наукова Світлиця, 2018.

Плазміди — це невеликі, зазвичай кругові молекули ДНК, які знаходяться поза основним хромосомним матеріалом клітини і здатні до самовідтворення.

Вони найчастіше трапляються в бактеріях, але також можуть бути присутніми в деяких археях і навіть в еукаріотичних клітинах, як-от у дріжджах.

Основні характеристики плазмід

1. Автономне самовідтворення: Плазміди мають здатність до самовідтворення незалежно від хромосоми. Це відбувається завдяки наявності спеціальних ділянок ДНК (початкових точок реплікації), які дають змогу плазмідам самостійно подвоюватися в клітині.
2. Кільцевий тип структури: Більшість плазмід мають кільцеву структуру, що робить їх стійкими до клітинних ферментів, які могли б їх розщепити, та дозволяє зберігатися тривалий час у клітині.
3. Малий розмір: Плазміди зазвичай значно менші за основну хромосому бактерії, і їхній розмір варіює від декількох тисяч до декількох сотень тисяч пар основ.
4. Наявність додаткових генів: Плазміди містять гени, які зазвичай не є життєво необхідними для клітини, але можуть надавати їй додаткові корисні властивості, як-от стійкість до антибіотиків, здатність синтезувати певні токсини, а також можливість взаємодії з іншими клітинами та середовищем.

Функції і значення плазмід

1. Стійкість до антибіотиків: Один з найважливіших генів, які часто несуть плазміди, — це гени, що забезпечують стійкість бактерій до антибіотиків. Такі плазміди можуть передаватися від однієї бактерії до іншої, сприяючи поширенню стійкості до ліків серед популяцій бактерій.
2. Горизонтальний перенос генів: Плазміди можуть передаватися між бактеріями через процес, відомий як кон’югація. Це дозволяє бактеріям ділитися генетичними матеріалами, що забезпечують нові властивості, такими як стійкість до певних умов чи здатність використовувати нові джерела поживних речовин.
3. Використання в генно-інженерних дослідженнях: Завдяки здатності плазмід переносити гени між клітинами, вони є незамінними інструментами в генній інженерії та біотехнології. Науковці можуть вставляти потрібні гени в плазміди, які потім вносять у клітини, створюючи генетично модифіковані організми або виробляючи білки для медичних цілей.
4. Захист від важких умов: Деякі плазміди містять гени, що допомагають клітинам виживати в складних умовах середовища, таких як високий рівень токсинів, важких металів, ультрафіолетове випромінювання тощо.

Типи плазмід

1. Фертильні (F-плазміди): Містять гени, необхідні для процесу кон’югації, завдяки якому одна бактерія може передати плазмід іншій бактерії.
2. Р-плазміди (плазміди резистентності): Містять гени, що забезпечують стійкість до одного або декількох антибіотиків, що є причиною поширення стійкості бактерій до ліків.
3. Коліцинові плазміди: Містять гени, що кодують синтез білків (коліцинів), які можуть вбивати інші бактерії, даючи клітині-носію плазміди конкурентну перевагу.
4. Деградаційні плазміди: Містять гени, що дозволяють бактеріям розкладати різні складні органічні речовини, такі як нафта або токсичні речовини.
5. Вірулентні плазміди: Несуть гени, що надають бактеріям патогенні властивості, підвищуючи їхню здатність спричиняти захворювання у хазяїна.

Плазміди в генній інженерії

У генетичних дослідженнях плазміди використовуються як вектори для переносу генів. Основні кроки їхнього використання включають:

1. Вставку генів інтересу (наприклад, генів, що кодують корисні білки або інші важливі молекули) у плазмід за допомогою рестрикційних ферментів.
2. Введення модифікованих плазмід у клітини (наприклад, бактеріальні), де ці гени будуть експресуватися.
3. Подальше культивування клітин і отримання великої кількості необхідних продуктів (як-от інсулін, гормони або вакцини).

Плазміди відіграють важливу роль у природному середовищі та в наукових дослідженнях, оскільки забезпечують швидку адаптацію бактерій до нових умов та є ефективним інструментом для маніпуляцій з генетичним матеріалом. Їхнє використання у біотехнології та медицині зробило можливим створення генетично модифікованих організмів, розробку нових ліків і вакцин, а також поглибило розуміння механізмів генетичної передачі та стійкості до антибіотиків.