Episomer, plasmider, insättningssekvenser och transposoner

Episomer, plasmider, insättningssekvenser och transposoner är delar av DNA (desoxiribonukleinsyra) som kan existera oberoende av huvud-DNA (genomiskt DNA).

En episom är ett icke-essentiellt genetiskt element. Förutom sin oberoende existens kan en episom också existera som en integrerad del av värdgenomet hos bakterier . Det har sitt ursprung utanför värddjuret, i ett virus eller en annan bakterie. När den är integrerad skapas en ny kopia av episomen när värdkromosomen replikeras. Som en självständig enhet förstör det genetiska materialet i virusepisomen värdcellen när det utnyttjar det cellulära replikationsmaskineriet för att göra nya kopior av sig själv. Men när de integreras i bakteriekromosomen förökar de sig i celldelningen och överförs till dottercellerna. En annan typ av episom kallas F-faktor. F-faktorn är den bäst studerade av de inkompatibilitetsgrupper som har egenskapen konjugering (överföring av genetiskt material från en bakteriecell till en annan). F-faktorn kan existera i tre tillstånd. F+ är det autonoma, extrakromosomala tillståndet. Hfr (eller högfrekvent rekombination ) avser en faktor, som har integrerats i värdkromosomen. Slutligen hänvisar F, eller F prime, tillståndet till faktorn när den existerar utanför kromosomen, men med en sektion kromosomalt DNA fäst vid den. En episom skiljer sig från andra delar av extrakromosomalt DNA, t.ex. plasmider, på grundval av deras storlek. Episomer är stora och har en molekylvikt på minst 62 kilobaser.

I motsats till episomer existerar en plasmid endast som en oberoende bit DNA. Den kan inte integreras med det kromosomala DNA:t. Den bär all information som är nödvändig för sin egen replikation. För att upprätthålla sig själv måste en plasmid dela sig i samma takt som värdbakterien. En plasmid är vanligtvis mindre än en episom och existerar som en sluten cirkulär bit dubbelsträngat DNA. En plasmid kan lätt särskiljas från det kromosomala DNA:t genom gelelektrofores eller centrifugering med cesiumkloridbojning i densitetsgradient. Förutom den information som är nödvändig för deras replikation kan en plasmid bära praktiskt taget vilken annan gen som helst . Även om plasmider inte är nödvändiga för bakteriernas överlevnad kan de ge värdbakterien en selektiv fördel. Vissa plasmider bär till exempel på gener som kodar för resistens mot vissa antibiotika . Sådana plasmider kallas resistens- eller R-faktorer. Andra egenskaper som bärs av plasmider är nedbrytning av komplexa makromolekyler, produktion av bakteriociner (molekyler som hämmar bakterietillväxt eller dödar bakterier), resistens mot olika tungmetaller eller sjukdomsframkallande faktorer som är nödvändiga för att infektera djur- eller växtvärdar. Sådana egenskaper kan sedan föras vidare till andra bakterier, eftersom vissa (men inte alla) plasmider också har förmågan att främja överföring av sitt genetiska material, i en process som kallas konjugering. Konjugering är en enkelriktad händelse – DNA överförs från en bakterie (givaren) till en annan bakterie (mottagaren). Alla plasmider tillhör en av de minst 30 inkompatibilitetsgrupperna. Grupperna bestämmer vilka plasmider som kan samexistera i en bakteriecell och bidrar till att säkerställa att det optimala antalet kopior av varje plasmid upprätthålls.

Plasmider har utnyttjats inom molekylärbiologisk forskning. Inkorporering av gener i plasmider, som upprätthåller ett stort antal kopior i en cell (så kallade multikopierade plasmider), gör det möjligt att uttrycka högre nivåer av genprodukten. Sådana plasmider är också en bra källa till DNA för kloning .

Transposoner och insättningssekvenser är kända som mobila genetiska element. Även om de också kan existera utanför kromosomen föredrar de och är utformade för att integreras i kromosomen efter sin förflyttning från en cell till en annan. De är av intresse för forskare på grund av den insikt de ger i grundläggande molekylärbiologi och evolution, samt för att de används som grundläggande genetiska verktyg. Transposoner innehåller gener som inte är relaterade till överföringen av det genetiska materialet från en cell till en annan. Transposoner av klass 1 kodar till exempel för gener för läkemedelsresistens. Däremot kodar insättningssekvenser endast för de funktioner som är involverade i deras insättning i kromosomalt DNA. Både transposoner och insättningssekvenser kan framkalla förändringar i det kromosomala DNA:t vid deras utträde och insättning och kan på så sätt generera mutationer.

Se även Bakterier; DNA (desoxyribonukleinsyra); Elektrofores; Mikrobiell genetik

.