Episomy, plazmidy, sekwencje insercyjne i transpozony

Episomy, plazmidy , sekwencje insercyjne i transpozony są elementami DNA (kwas deoksyrybonukleinowy ), które mogą istnieć niezależnie od głównego lub genomowego DNA.

Episom jest nieistotnym elementem genetycznym. Oprócz jego niezależnego istnienia, episom może również istnieć jako zintegrowana część genomu gospodarza bakterii . Powstaje on poza gospodarzem, w wirusie lub innej bakterii. Gdy jest zintegrowany, nowa kopia episomu jest tworzona w trakcie replikacji chromosomu gospodarza. Jako autonomiczna jednostka, materiał genetyczny wirusowego episomu niszczy komórkę gospodarza, ponieważ wykorzystuje komórkową maszynerię replikacyjną do tworzenia nowych kopii samego siebie. Jednak po zintegrowaniu z chromosomem bakteryjnym namnażają się one podczas podziału komórki i są przenoszone do komórek potomnych. Inny typ episomu nazywany jest czynnikiem F. Czynnik F jest najlepiej zbadaną grupą niezgodności, która posiada właściwość koniugacji (przenoszenia materiału genetycznego z jednej komórki bakteryjnej do drugiej). Czynnik F może występować w trzech stanach. F+ jest stanem autonomicznym, pozachromosomalnym. Hfr (czyli rekombinacja wysokiej częstotliwości) odnosi się do czynnika, który zintegrował się z chromosomem gospodarza. Wreszcie, stan F, lub F prime, odnosi się do czynnika, gdy istnieje on poza chromosomem, ale z dołączonym do niego odcinkiem chromosomalnego DNA. Epizom odróżnia się od innych fragmentów pozachromosomalnego DNA, takich jak plazmidy, na podstawie ich wielkości. Episomy są duże, mają masę cząsteczkową co najmniej 62 kilobaz.

W przeciwieństwie do episomów, plazmid istnieje tylko jako niezależny kawałek DNA. Nie jest zdolny do integracji z chromosomalnym DNA; przenosi wszystkie informacje niezbędne do własnej replikacji. Aby się utrzymać, plazmid musi dzielić się w tym samym tempie, co bakteria gospodarza. Plazmid jest zwykle mniejszy niż episom i istnieje jako zamknięty, kolisty fragment dwuniciowego DNA. Plazmid można łatwo odróżnić od chromosomalnego DNA za pomocą technik elektroforezy żelowej lub wirowania w gradiencie gęstości z wypornością chlorku cezu. Oprócz informacji niezbędnych do replikacji, plazmid może przenosić praktycznie każdy inny gen. Chociaż nie są one niezbędne do przeżycia bakterii, plazmidy mogą przenosić selektywne korzyści na bakterię gospodarza. Na przykład, niektóre plazmidy niosą geny kodujące odporność na pewne antybiotyki . Takie plazmidy są określane jako czynniki oporności lub czynniki R. Inne cechy przenoszone na plazmidach obejmują degradację złożonych makrocząsteczek, produkcję bakteriocyn (cząsteczek, które hamują wzrost bakterii lub zabijają bakterie), odporność na różne metale ciężkie lub czynniki wywołujące choroby, niezbędne do zakażenia żywicieli zwierzęcych lub roślinnych. Takie cechy mogą być następnie przekazywane innym bakteriom, ponieważ niektóre (ale nie wszystkie) plazmidy mają również zdolność do promowania przenoszenia swojego materiału genetycznego w procesie zwanym koniugacją. Koniugacja jest procesem jednokierunkowym – DNA jest przenoszone z jednej bakterii (dawcy) do innej bakterii (biorcy). Wszystkie plazmidy należą do jednej z 30 lub więcej grup niezgodności. Grupy te określają, które plazmidy mogą współistnieć w komórce bakteryjnej i pomagają zapewnić utrzymanie optymalnej liczby kopii każdego plazmidu.

Plazmidy zostały wykorzystane w badaniach z zakresu biologii molekularnej. Włączenie genów do plazmidów, które utrzymują dużą liczbę kopii w komórce (tzw. plazmidy wielokopijne), pozwala na uzyskanie wyższego poziomu ekspresji produktu genowego. Takie plazmidy są również dobrym źródłem DNA do klonowania .

Transpozony i sekwencje insercyjne są znane jako ruchome elementy genetyczne. Chociaż mogą one również istnieć poza chromosomem, wolą i są zaprojektowane tak, aby integrować się z chromosomem w następstwie ich przemieszczania się z jednej komórki do drugiej. Są one interesujące dla naukowców ze względu na wgląd w podstawy biologii molekularnej i ewolucji, jak również ze względu na ich zastosowanie jako podstawowych narzędzi genetycznych. Transpozony zawierają geny niezwiązane z transpozycją materiału genetycznego z jednej komórki do drugiej. Na przykład, transpozony klasy 1 kodują geny oporności na leki. W przeciwieństwie do nich sekwencje insercyjne kodują jedynie funkcje związane z ich wstawieniem do chromosomalnego DNA. Zarówno transpozony, jak i sekwencje insercyjne mogą wywoływać zmiany w chromosomalnym DNA po ich wyjściu i wstawieniu, a więc mogą generować mutacje .

Zobacz także Bakterie; DNA (kwas dezoksyrybonukleinowy); Elektroforeza; Genetyka mikroorganizmów

.