Episzómák, plazmidok, inszerciós szekvenciák és transzpozonok

Az episzómák, plazmidok , inszerciós szekvenciák és transzpozonok a DNS (dezoxiribonukleinsav ) olyan elemei, amelyek a fő vagy genomi DNS-től függetlenül létezhetnek.

Az episzóma egy nem esszenciális genetikai elem. Az önálló létezés mellett az episzóma a baktériumok gazdagenomjának integrált részeként is létezhet . A gazdaszervezeten kívülről, egy vírusból vagy egy másik baktériumból származik. Ha integrálódik, az epizóma új példánya jön létre, amikor a gazdakromoszóma replikáción megy keresztül. Önálló egységként a vírus episzóma genetikai anyaga elpusztítja a gazdasejtet, mivel a sejt replikációs gépezetét használja fel arra, hogy új másolatokat készítsen magáról. A bakteriális kromoszómába integrálódva azonban a sejtosztódás során szaporodnak, és átkerülnek a leánysejtekbe. Az episzóma egy másik típusát F-faktornak nevezik. Az F-faktor a legjobban tanulmányozott az inkompatibilitási csoportok közül, amelyek a konjugáció (a genetikai anyag átvitele egyik baktériumsejtből a másikba) tulajdonságával rendelkeznek. Az F faktor háromféle állapotban létezhet. Az F+ az autonóm, kromoszómán kívüli állapot. A Hfr (vagy magas frekvenciájú rekombináció ) olyan faktorra utal, amely beépült a gazdakromoszómába. Végül az F, vagy F-prím állapot a faktorra utal, amikor a kromoszómán kívül létezik, de a kromoszómális DNS egy szakasza kapcsolódik hozzá. Az episzómát méretük alapján különböztetjük meg az extrakromoszómális DNS más darabjaitól, például a plazmidoktól. Az episzómák nagyok, molekulatömegük legalább 62 kilobázis.

Az episzómákkal ellentétben a plazmid csak önálló DNS-darabként létezik. Nem képes integrálódni a kromoszómális DNS-sel; a saját replikációjához szükséges összes információt hordozza. Ahhoz, hogy fenntartja magát, a plazmidnak ugyanolyan ütemben kell osztódnia, mint a gazdabaktériumnak. A plazmid jellemzően kisebb, mint egy epizóma, és egy zárt, körkörös, kettős szálú DNS-darabként létezik. A plazmid könnyen megkülönböztethető a kromoszómális DNS-től a gélelektroforézis vagy a cézium-klorid felhajtó sűrűséggradiens centrifugálás technikájával. A plazmid a replikációjukhoz szükséges információkon kívül gyakorlatilag bármilyen más gént is hordozhat . Bár a baktériumok túléléséhez nem szükségesek, a plazmidok szelektív előnyt jelenthetnek a gazdabaktérium számára. Például egyes plazmidok bizonyos antibiotikumokkal szembeni rezisztenciát kódoló géneket hordoznak. Az ilyen plazmidokat rezisztencia- vagy R-faktoroknak nevezik. A plazmidokon hordozott egyéb tulajdonságok közé tartozik a komplex makromolekulák lebontása, a bakteriocinek (a baktériumok növekedését gátló vagy a baktériumokat elpusztító molekulák) termelése, a különböző nehézfémekkel szembeni rezisztencia vagy az állati vagy növényi gazdaszervezetek fertőzéséhez szükséges betegségkeltő faktorok. Ezek a tulajdonságok aztán átadhatók más baktériumoknak, mivel egyes (de nem minden) plazmidok képesek a genetikai anyaguk átvitelét is elősegíteni, egy konjugációnak nevezett folyamat során. A konjugáció egyirányú esemény – a DNS egy baktériumról (a donorról) egy másik baktériumra (a recipiensre) kerül át. Minden plazmid a legalább 30 inkompatibilitási csoport valamelyikébe tartozik. A csoportok határozzák meg, hogy mely plazmidok létezhetnek együtt egy baktériumsejtben, és segítenek abban, hogy az egyes plazmidok optimális számú példánya megmaradjon.

A plazmidokat a molekuláris biológiai kutatásokban használják ki. A gének beépítése olyan plazmidokba, amelyek nagyszámú másolatot tartanak fenn egy sejtben (ún. multikopiás plazmidok), lehetővé teszi a géntermék magasabb szintű kifejeződését. Az ilyen plazmidok jó DNS-forrást jelentenek a klónozáshoz is.

A transzpozonok és az inszerciós szekvenciák mobil genetikai elemként ismertek. Bár létezhetnek a kromoszómán kívül is, az egyik sejtből a másikba történő mozgást követően inkább a kromoszómába integrálódnak, és úgy vannak kialakítva, hogy abba beépüljenek. A kutatók számára azért érdekesek, mert betekintést nyújtanak az alapvető molekuláris biológiába és evolúcióba, valamint alapvető genetikai eszközként használják őket. A transzpozonok olyan géneket tartalmaznak, amelyek nem kapcsolódnak a genetikai anyag egyik sejtből a másikba történő átviteléhez. Az 1. osztályú transzpozonok például gyógyszerrezisztencia géneket kódolnak. Ezzel szemben az inszerciós szekvenciák csak a kromoszómális DNS-be való beillesztésükkel kapcsolatos funkciókat kódolják. Mind a transzpozonok, mind az inszerciós szekvenciák a kromoszómális DNS-ben változásokat idézhetnek elő kilépésük és beillesztésük során, és így mutációkat hozhatnak létre.

Vö. még: Baktériumok; DNS (dezoxiribonukleinsav); Elektroforézis; Mikrobiális genetika

.