Epizomy, plazmidy, inzertní sekvence a transpozony

Episomy, plazmidy , inzertní sekvence a transpozony jsou elementy DNA (deoxyribonukleové kyseliny ), které mohou existovat nezávisle na hlavní neboli genomové DNA.

Episom je neesenciální genetický element. Kromě nezávislé existence může epizom existovat také jako integrovaná součást genomu hostitelské bakterie . Vzniká mimo hostitele, ve viru nebo jiné bakterii. Je-li integrován, vznikne při replikaci hostitelského chromozomu nová kopie epizomu. Jako autonomní jednotka ničí virový genetický materiál epizomu hostitelskou buňku, protože využívá buněčný replikační mechanismus k vytváření nových kopií sebe sama. Po integraci do bakteriálního chromozomu se však při buněčném dělení množí a přenáší se do dceřiných buněk. Další typ epizomu se nazývá F faktor. Faktor F je nejlépe prozkoumanou skupinou inkompatibility, která má vlastnost konjugace (přenos genetického materiálu z jedné bakteriální buňky do druhé). Faktor F může existovat ve třech stavech. F+ je autonomní, extrachromozomální stav. Hfr (neboli vysokofrekvenční rekombinace ) označuje faktor, který se integroval do hostitelského chromozomu. A konečně stav F neboli F prime označuje faktor, který existuje mimo chromozom, ale je k němu připojen úsek chromozomální DNA. Epizom se odlišuje od jiných částí extrachromozomální DNA, jako jsou plazmidy, na základě jejich velikosti. Episomy jsou velké, mají molekulovou hmotnost nejméně 62 kilobází.

Na rozdíl od episomů existuje plazmid pouze jako samostatný kus DNA. Není schopen integrace s chromozomální DNA; nese veškerou informaci potřebnou pro vlastní replikaci. Aby se plazmid udržel, musí se dělit stejnou rychlostí jako hostitelská bakterie. Plazmid je obvykle menší než epizom a existuje jako uzavřený kruhový kus dvouvláknové DNA. Plazmid lze snadno odlišit od chromozomální DNA technikou gelové elektroforézy nebo centrifugace na hustotním gradientu chloridu cesného. Kromě informací nezbytných pro jejich replikaci může plazmid nést prakticky jakýkoli jiný gen . I když nejsou nezbytné pro přežití bakterií, mohou plazmidy zprostředkovat hostitelské bakterii selektivní výhodu. Některé plazmidy například nesou geny kódující rezistenci k určitým antibiotikům . Takové plazmidy se označují jako faktory rezistence nebo R faktory. Mezi další vlastnosti nesené na plazmidech patří degradace složitých makromolekul, produkce bakteriocinů (molekul, které inhibují růst bakterií nebo bakterie usmrcují), odolnost vůči různým těžkým kovům nebo choroboplodné faktory nezbytné pro infekci živočišných nebo rostlinných hostitelů. Tyto vlastnosti pak mohou být předány jiným bakteriím, protože některé (ale ne všechny) plazmidy mají také schopnost podporovat přenos svého genetického materiálu v procesu zvaném konjugace. Konjugace je jednosměrný proces – DNA se přenáší z jedné bakterie (dárce) na jinou bakterii (příjemce). Všechny plazmidy patří do jedné z 30 nebo více skupin inkompatibility. Tyto skupiny určují, které plazmidy mohou v bakteriální buňce koexistovat, a pomáhají zajistit zachování optimálního počtu kopií každého plazmidu.

Plazmidy byly využity v molekulárně biologickém výzkumu. Začlenění genů do plazmidů, které v buňce udržují velký počet kopií (tzv. vícekopiové plazmidy), umožňuje expresi vyššího množství genového produktu. Takové plazmidy jsou také dobrým zdrojem DNA pro klonování .

Transpozony a inserční sekvence jsou známé jako mobilní genetické elementy. Mohou sice existovat i mimo chromozom, ale preferují a jsou navrženy tak, aby se integrovaly do chromozomu po svém přesunu z jedné buňky do druhé. Pro výzkumné pracovníky jsou zajímavé tím, že umožňují nahlédnout do základů molekulární biologie a evoluce , a také tím, že se používají jako základní genetické nástroje. Transpozony obsahují geny nesouvisející s transpozicí genetického materiálu z jedné buňky do druhé. Transpozony třídy 1 například kódují geny rezistence vůči léčivům. Naproti tomu inserční sekvence kódují pouze funkce spojené s jejich vložením do chromozomální DNA. Jak transpozony, tak inserční sekvence mohou při svém výstupu a vložení vyvolat změny v chromozomální DNA, a mohou tak vytvářet mutace .

Viz také Bakterie; DNA (deoxyribonukleová kyselina); Elektroforéza; Mikrobiální genetika

.