Episomer, plasmider, indsætningssekvenser og transposoner

Episomer, plasmider, indsætningssekvenser og transposoner er elementer af DNA (desoxyribonukleinsyre), der kan eksistere uafhængigt af det primære eller genomiske DNA.

Et episom er et ikke-væsentligt genetisk element. Ud over sin uafhængige eksistens kan et episom også eksistere som en integreret del af værtsgenomet hos bakterier . Det har sin oprindelse uden for værten, i en virus eller i en anden bakterie. Når det er integreret, laves en ny kopi af episomet, når værtskromosomet undergår replikation. Som en selvstændig enhed ødelægger det genetiske materiale fra det virale episom værtscellen, når det anvender det cellulære replikationsmaskineri til at lave nye kopier af sig selv. Men når de er integreret i bakteriekromosomet, formerer de sig under celledelingen og overføres til dattercellerne. En anden type episom kaldes F-faktor. F-faktoren er den bedst undersøgte af de inkompatibilitetsgrupper, der har egenskab af konjugation (overførsel af genetisk materiale fra en bakteriecelle til en anden). F-faktoren kan eksistere i tre tilstande. F+ er den selvstændige, ekstrachromosomale tilstand. Hfr (eller højfrekvent rekombination ) henviser til en faktor, som har integreret sig i værtskromosomet. Endelig henviser F- eller F prime-tilstand til den tilstand, hvor faktoren eksisterer uden for kromosomet, men med en del af det kromosomale DNA knyttet til den. Et episom adskiller sig fra andre stykker ekstrakromosomalt DNA, f.eks. plasmider, på grundlag af deres størrelse. Episomer er store og har en molekylvægt på mindst 62 kilobaser.

I modsætning til episomer eksisterer et plasmid kun som et selvstændigt stykke DNA. Det er ikke i stand til at integrere sig med det kromosomale DNA; det bærer al den information, der er nødvendig for dets egen replikation. For at kunne opretholde sig selv skal et plasmid dele sig med samme hastighed som værtsbakterien. Et plasmid er typisk mindre end et episom og eksisterer som et lukket cirkulært stykke dobbeltstrenget DNA. Et plasmid kan let adskilles fra det kromosomale DNA ved hjælp af gelelektroforese eller centrifugering ved hjælp af cesiumchlorid-buoyant-densitetsgradientcentrifugering. Ud over den information, der er nødvendig for deres replikation, kan et plasmid bære stort set alle andre gener . Selv om plasmider ikke er nødvendige for bakteriernes overlevelse, kan de give værtsbakterien en selektiv fordel. Nogle plasmider bærer f.eks. gener, der koder for resistens over for visse antibiotika . Sådanne plasmider betegnes som resistens- eller R-faktorer. Andre egenskaber, der bæres af plasmider, omfatter nedbrydning af komplekse makromolekyler, produktion af bakteriociner (molekyler, der hæmmer bakterievækst eller dræber bakterierne), resistens over for forskellige tungmetaller eller sygdomsfremkaldende faktorer, der er nødvendige for infektion af dyre- eller planteværter. Sådanne egenskaber kan derefter videregives til andre bakterier, da nogle (men ikke alle) plasmider også har evnen til at fremme overførsel af deres genetiske materiale i en proces, der kaldes konjugation. Konjugation er en envejsbegivenhed – DNA overføres fra en bakterie (donoren) til en anden bakterie (modtageren). Alle plasmider hører til en af de 30 eller flere inkompatibilitetsgrupper. Grupperne bestemmer, hvilke plasmider der kan eksistere side om side i en bakteriecelle, og er med til at sikre, at det optimale antal kopier af hvert plasmid opretholdes.

Plasmider er blevet udnyttet i den molekylærbiologiske forskning. Ved at inkorporere gener i plasmider, som opretholder et stort antal kopier i en celle (såkaldte multikopierede plasmider), er det muligt at udtrykke højere niveauer af genproduktet. Sådanne plasmider er også en god kilde til DNA til kloning.

Transposoner og indsættelsessekvenser er kendt som mobile genetiske elementer. Selv om de også kan eksistere uden for kromosomet, foretrækker de og er designet til at integrere sig i kromosomet efter deres bevægelse fra en celle til en anden. De er af interesse for forskere på grund af den indsigt, de giver i grundlæggende molekylærbiologi og evolution, samt på grund af deres anvendelse som grundlæggende genetiske værktøjer. Transposoner indeholder gener, der ikke har noget at gøre med transpositionen af det genetiske materiale fra en celle til en anden. F.eks. koder klasse 1-transposoner for medicinresistensgener. I modsætning hertil koder indsættelsessekvenser kun for de funktioner, der er involveret i deres indsættelse i kromosomalt DNA. Både transposoner og indsættelsessekvenser kan fremkalde ændringer i kromosomalt DNA ved deres ud- og indsættelse og kan således frembringe mutationer.

Se også Bakterier; DNA (deoxyribonukleinsyre); Elektroforese; Mikrobiologisk genetik