Episomit, plasmidit , insertiosekvenssit ja transposonit

Episomit , plasmidit , insertiosekvenssit ja transposonit ovat DNA:n (deoksiribonukleiinihappo ) elementtejä, jotka voivat olla olemassa itsenäisesti pääasiallisesta eli genomisesta DNA:sta.

Episomi on ei-essentiaalinen geneettinen elementti. Itsenäisen olemassaolonsa lisäksi episomi voi olla olemassa myös integroituneena osana bakteerien isäntägenomia . Se on peräisin isännän ulkopuolelta, viruksesta tai toisesta bakteerista. Kun episomi on integroitunut, siitä syntyy uusi kopio, kun isäntäkromosomi replikoituu. Itsenäisenä yksikkönä viruksen episomin geneettinen materiaali tuhoaa isäntäsolun, kun se käyttää solun replikaatiokoneistoa tehdäkseen itsestään uusia kopioita. Bakteerikromosomiin integroituna ne kuitenkin lisääntyvät solunjakautumisessa ja siirtyvät tytärsoluihin. Toista episomityyppiä kutsutaan F-tekijäksi. F-tekijä on parhaiten tutkittu yhteensopimattomuusryhmistä, joilla on konjugaatio-ominaisuus (geneettisen materiaalin siirtyminen bakteerisolusta toiseen). F-tekijä voi esiintyä kolmessa tilassa. F+ on itsenäinen, ekstrakromosomaalinen tila. Hfr (tai high frequency recombination ) tarkoittaa tekijää, joka on integroitunut isäntäkromosomiin. Lopuksi F- eli F prime -tilalla viitataan tekijään, kun se on kromosomin ulkopuolella, mutta siihen on kiinnittynyt kromosomaalisen DNA:n osa. Episomi erotetaan muista ekstrakromosomaalisista DNA:n osista, kuten plasmideista, niiden koon perusteella. Episomit ovat suuria, ja niiden molekyylipaino on vähintään 62 kilobaasia.

Toisin kuin episomi, plasmidi on olemassa vain itsenäisenä DNA-kappaleena. Se ei kykene integroitumaan kromosomaaliseen DNA:han, vaan se kantaa kaiken oman replikaationsa edellyttämän informaation. Säilyttääkseen itsensä plasmidin on jakauduttava samalla nopeudella kuin isäntäbakteeri. Plasmidi on tyypillisesti pienempi kuin episomi, ja se on olemassa suljettuna pyöreänä kaksisäikeisen DNA:n kappaleena. Plasmidi voidaan helposti erottaa kromosomaalisesta DNA:sta geelielektroforeesin tai cesiumkloridia sisältävän kelluvan tiheysgradienttisentrifugoinnin avulla. Plasmidi voi kantaa replikaatioon tarvittavan informaation lisäksi käytännössä mitä tahansa muuta geeniä . Vaikka plasmidit eivät ole välttämättömiä bakteerin selviytymiselle, ne voivat antaa valikoivaa etua isäntäbakteerille. Jotkin plasmidit kantavat esimerkiksi geenejä, jotka koodaavat resistenssiä tietyille antibiooteille . Tällaisia plasmideja kutsutaan resistenssi- tai R-tekijöiksi. Muita plasmideihin sisältyviä ominaisuuksia ovat monimutkaisten makromolekyylien hajottaminen, bakteerien kasvua estävien tai bakteereita tappavien molekyylien (bakteerien bakteerit) tuottaminen, resistenssi erilaisille raskasmetalleille tai taudinaiheuttajatekijät, jotka ovat välttämättömiä eläin- tai kasvi-isäntäkasvien tartunnan kannalta. Tällaisia ominaisuuksia voidaan sitten siirtää muille bakteereille, sillä joillakin (mutta ei kaikilla) plasmideilla on myös kyky edistää perintöaineksensa siirtymistä konjugaatioksi kutsutussa prosessissa. Konjugaatio on yksisuuntainen tapahtuma – DNA siirtyy yhdestä bakteerista (luovuttaja) toiseen bakteeriin (vastaanottaja). Kaikki plasmidit kuuluvat johonkin 30:stä tai useammasta yhteensopimattomuusryhmästä. Ryhmät määrittelevät, mitkä plasmidit voivat elää rinnakkain bakteerisolussa, ja auttavat varmistamaan, että kustakin plasmidista säilyy optimaalinen määrä kopioita.

Plasmideja on hyödynnetty molekyylibiologisessa tutkimuksessa. Geenien sisällyttäminen plasmideihin, jotka säilyttävät solussa suuren määrän kopioita (ns. monikopioiset plasmidit), mahdollistaa geenituotteen suuremman määrän ilmentymisen. Tällaiset plasmidit ovat myös hyvä DNA-lähde kloonausta varten.

Transposonit ja insertiosekvenssit tunnetaan liikkuvina geneettisinä elementteinä. Vaikka ne voivat esiintyä myös kromosomin ulkopuolella, ne mieluummin integroituvat ja on suunniteltu integroitumaan kromosomiin siirryttyään solusta toiseen. Ne kiinnostavat tutkijoita, koska ne tarjoavat tietoa molekyylibiologian ja evoluution perustekijöistä ja koska niitä käytetään geneettisinä perustyökaluina. Transposonit sisältävät geenejä, jotka eivät liity geneettisen materiaalin siirtymiseen solusta toiseen. Esimerkiksi luokan 1 transposonit koodaavat lääkeresistenssigeenejä. Insertiosekvenssit sitä vastoin koodaavat vain niitä toimintoja, jotka liittyvät niiden asettumiseen kromosomaaliseen DNA:han. Sekä transposonit että insertiosekvenssit voivat aiheuttaa muutoksia kromosomaalisessa DNA:ssa ulostulon ja insertioinnin yhteydessä ja siten synnyttää mutaatioita.

Katso myös Bakteerit; DNA (deoksiribonukleiinihappo); Elektroforeesi; Mikrobigeenit

.