Episomii, plasmidele, secvențele de inserție și transpozonii

Episomii, plasmidele , secvențele de inserție și transpozonii sunt elemente de ADN (acid dezoxiribonucleic ) care pot exista independent de ADN-ul principal, sau genomic.

Un episom este un element genetic neesențial. În plus față de existența sa independentă, un episom poate exista, de asemenea, ca parte integrată a genomului gazdă al bacteriilor . Acesta își are originea în afara gazdei, într-un virus sau într-o altă bacterie. Atunci când este integrat, o nouă copie a episomului va fi realizată pe măsură ce cromozomul gazdă suferă o replicare. Ca unitate autonomă, materialul genetic al episomului viral distruge celula gazdă, deoarece utilizează mașinăria de replicare celulară pentru a realiza noi copii ale sale. Dar, atunci când se integrează în cromozomul bacterian, acestea se multiplică în cadrul diviziunii celulare și sunt transferate la celulele fiice. Un alt tip de episom se numește factor F. Factorul F este cel mai bine studiat dintre grupurile de incompatibilitate care au proprietatea de conjugare (transferul de material genetic de la o celulă bacteriană la alta). Factorul F poate exista în trei stări. F+ este starea autonomă, extracromosomală. Hfr (sau recombinare de înaltă frecvență ) se referă la un factor, care s-a integrat în cromozomul gazdă. În cele din urmă, starea F, sau F prime, se referă la factorul atunci când acesta există în afara cromozomului, dar cu o secțiune de ADN cromozomal atașată la el. Un episom se distinge de alte bucăți de ADN extracromosomal, cum ar fi plasmidele, pe baza dimensiunii lor. Episomii sunt mari, având o greutate moleculară de cel puțin 62 de kilobaze.

În contrast cu episomii, o plasmidă există doar ca o bucată independentă de ADN. Ea nu este capabilă să se integreze cu ADN-ul cromozomal; ea poartă toate informațiile necesare pentru propria replicare. Pentru a se menține, o plasmidă trebuie să se dividă în același ritm ca și bacteria gazdă. O plasmidă este de obicei mai mică decât un episom și există ca o bucată circulară închisă de ADN bicatenar. O plasmidă poate fi ușor diferențiată de ADN-ul cromozomial prin tehnicile de electroforeză în gel sau de centrifugare în gradient de densitate cu clorură de cesiu. În plus față de informațiile necesare pentru replicarea lor, o plasmidă poate purta practic orice altă genă . Deși nu sunt necesare pentru supraviețuirea bacteriană, plasmidele pot transmite un avantaj selectiv asupra bacteriei gazdă. De exemplu, unele plasmide poartă gene care codifică rezistența la anumite antibiotice . Astfel de plasmide sunt denumite factori de rezistență sau factori R. Alte trăsături purtate de plasmide includ degradarea macromoleculelor complexe, producerea de bacteriocine (molecule care inhibă creșterea bacteriei sau omoară bacteria), rezistența la diferite metale grele sau factori de boală necesari pentru infectarea gazdelor animale sau vegetale. Astfel de trăsături pot fi apoi transmise altor bacterii, deoarece unele plasmide (dar nu toate) au, de asemenea, capacitatea de a promova transferul materialului lor genetic, într-un proces numit conjugare. Conjugarea este un eveniment unidirecțional – ADN-ul este transferat de la o bacterie (donatorul) la o altă bacterie (receptorul). Toți plasmidele aparțin uneia dintre cele 30 sau mai multe grupe de incompatibilitate. Grupele determină ce plasmide pot coexista într-o celulă bacteriană și ajută la asigurarea menținerii numărului optim de copii ale fiecărui plasmid.

Plasmidele au fost exploatate în cercetarea în domeniul biologiei moleculare. Încorporarea genelor în plasmide, care mențin un număr mare de copii într-o celulă (așa-numitele plasmide multicopie), permite exprimarea unor niveluri mai ridicate ale produsului genetic. Astfel de plasmide sunt, de asemenea, o bună sursă de ADN pentru clonare .

Transpozonii și secvențele de inserție sunt cunoscute ca elemente genetice mobile. Deși pot exista și în afara cromozomului, ele preferă și sunt concepute să se integreze în cromozom în urma deplasării lor de la o celulă la alta. Ele prezintă interes pentru cercetători pentru cunoștințele pe care le oferă în domeniul biologiei moleculare de bază și al evoluției , precum și pentru utilizarea lor ca instrumente genetice de bază. Transpozonii conțin gene care nu au legătură cu transpunerea materialului genetic de la o celulă la alta. De exemplu, transpozonii de clasa 1 codifică genele de rezistență la medicamente. În schimb, secvențele de inserție codifică doar funcțiile implicate în inserția lor în ADN-ul cromozomal. Atât transpozonii, cât și secvențele de inserție pot induce modificări în ADN-ul cromozomal la ieșirea și inserția lor, putând astfel genera mutații .

Vezi și Bacterii; ADN (acid dezoxiribonucleic); Electroforeză; Genetică microbiană

.