Episomen, plasmiden, insertiesequenties en transposonen

Episomen, plasmiden , insertiesequenties en transposonen zijn elementen van DNA (desoxyribonucleïnezuur) die onafhankelijk van het hoofd- of genoom-DNA kunnen bestaan.

Een episoom is een niet-essentieel genetisch element. Naast zijn onafhankelijk bestaan kan een episoom ook bestaan als een geïntegreerd deel van het gastheergenoom van bacteriën. Het vindt zijn oorsprong buiten de gastheer, in een virus of een andere bacterie. Wanneer het geïntegreerd is, wordt een nieuwe kopie van het episoom gemaakt wanneer het gastheerchromosoom replicatie ondergaat. Als autonome eenheid vernietigt het genetisch materiaal van het virale episoom de gastheercel, aangezien het gebruik maakt van de cellulaire replicatiemachine om nieuwe kopieën van zichzelf te maken. Maar wanneer het in het bacteriële chromosoom is geïntegreerd, vermenigvuldigt het zich bij de celdeling en wordt het op de dochtercellen overgedragen. Een ander type episoom wordt de F-factor genoemd. De F-factor is de best bestudeerde van de incompatibiliteitsgroepen die de eigenschap van conjugatie bezitten (de overdracht van genetisch materiaal van de ene bacteriecel naar de andere). De F-factor kan in drie toestanden bestaan. F+ is de autonome, extrachromosomale toestand. Hfr (of hoogfrequente recombinatie ) verwijst naar een factor die in het gastheerchromosoom is geïntegreerd. Tot slot verwijst de F- of F-primaire toestand naar de factor wanneer deze zich buiten het chromosoom bevindt, maar met een deel van het chromosomale DNA eraan vastgemaakt. Een episoom wordt van andere stukken extrachromosomaal DNA, zoals plasmiden, onderscheiden op basis van zijn grootte. Episomen zijn groot, met een molecuulgewicht van ten minste 62 kilobasen.

In tegenstelling tot episomen bestaat een plasmide alleen als een onafhankelijk stuk DNA. Het is niet in staat tot integratie met het chromosomale DNA; het draagt alle informatie die nodig is voor zijn eigen replicatie. Om zichzelf in stand te houden, moet een plasmide zich delen met dezelfde snelheid als de gastheerbacterie. Een plasmide is gewoonlijk kleiner dan een episoom en bestaat als een gesloten cirkelvormig stuk dubbelstrengs DNA. Een plasmide kan gemakkelijk worden onderscheiden van het chromosomale DNA door de technieken van gelelektroforese of centrifugatie met behulp van een densiteitsgradiënt met cesiumchloride. Naast de informatie die nodig is voor hun replicatie, kan een plasmide vrijwel elk ander gen dragen. Hoewel plasmiden niet noodzakelijk zijn voor het overleven van bacteriën, kunnen zij een selectief voordeel voor de gastheerbacterie opleveren. Sommige plasmiden dragen bijvoorbeeld genen die coderen voor resistentie tegen bepaalde antibiotica. Dergelijke plasmiden worden resistentie- of R-factoren genoemd. Andere eigenschappen van plasmiden zijn de afbraak van complexe macromoleculen, de productie van bacteriocines (moleculen die de groei van bacteriën remmen of de bacteriën doden), resistentie tegen verschillende zware metalen, of ziekteverwekkende factoren die nodig zijn voor infectie van dierlijke of plantaardige gastheren. Dergelijke eigenschappen kunnen vervolgens worden doorgegeven aan andere bacteriën, aangezien sommige (maar niet alle) plasmiden ook het vermogen hebben om de overdracht van hun genetisch materiaal te bevorderen, in een proces dat conjugatie wordt genoemd. Conjugatie is een eenrichtingsverkeer – het DNA wordt overgedragen van de ene bacterie (de donor) op een andere bacterie (de ontvanger). Alle plasmiden behoren tot een van de 30 of meer incompatibiliteitsgroepen. De groepen bepalen welke plasmiden naast elkaar in een bacteriecel kunnen bestaan en helpen ervoor te zorgen dat het optimale aantal exemplaren van elk plasmide wordt gehandhaafd.

Plasmiden zijn geëxploiteerd in het moleculair biologisch onderzoek. Door genen op te nemen in plasmiden, die een groot aantal kopieën in een cel behouden (zogenaamde multicopy plasmiden), kunnen hogere niveaus van het genproduct tot expressie worden gebracht. Dergelijke plasmiden zijn ook een goede bron van DNA voor klonen.

Transposons en insertiesequenties staan bekend als mobiele genetische elementen. Hoewel zij ook buiten het chromosoom kunnen bestaan, geven zij er de voorkeur aan en zijn zij ontworpen om in het chromosoom te integreren na hun verplaatsing van de ene cel naar de andere. Zij zijn van belang voor onderzoekers vanwege het inzicht dat zij verschaffen in de fundamentele moleculaire biologie en evolutie, alsmede vanwege hun gebruik als genetische basisinstrumenten. Transposons bevatten genen die geen verband houden met de transpositie van het genetisch materiaal van de ene cel naar de andere. Klasse 1-transposons bijvoorbeeld coderen voor genen die resistent zijn tegen geneesmiddelen. In tegenstelling daarmee coderen insertiesequenties alleen de functies die betrokken zijn bij hun insertie in chromosomaal DNA. Zowel transposons als insertiesequenties kunnen veranderingen in het chromosomale DNA teweegbrengen bij hun exit en insertie, en zo mutaties genereren.

Zie ook Bacteriën; DNA (desoxyribonucleïnezuur); Elektroforese; Microbiële genetica