Plasmide

ADN-polimerazele nu pot sintetiza un lanț de ADN fără un primer ARN scurt - un primer. Pentru sinteza lanțului conducător este nevoie de o singură sămânță, cu care începe dublarea, continuând până la sfârșitul moleculei. Șuvița rămasă este sintetizată discontinuu: pentru sinteza fragmentelor scurte de Okazaki este nevoie de o nouă sămânță de fiecare dată. La dublarea plasmidelor liniare, replicarea catenei conducătoare ajunge la capăt, dar dublarea catenei întârziate nu se finalizează: primerul ARN nu poate fi sintetizat strict la capătul 3’ al catenei. Aceeași problemă se confruntă cu cromozomii bacterieni liniari. Diferite bacterii au găsit modalități diferite de a rezolva această problemă. În Borrelia , capetele ambelor lanțuri sunt legate covalent unul de celălalt pentru a forma agrafe de păr mici . O astfel de structură pseudo-inelă suferă o replicare bidirecțională tipică. Structura inelului rezultată este tăiată în două plasmide liniare de către enzime speciale, iar la capete se formează agrafe de păr. În Streptomyces , o proteină TP specială este asociată cu capetele 5' ale ADN-ului (din engleză  terminal protein  - terminal protein). În timpul replicării catenelor întârziate, TP formează structuri secundare speciale în regiunea regiunilor nedublate datorită repetărilor inversate conținute în acestea [18] .

Funcțiile plasmidelor

Multe plasmide nu provoacă modificări vizibile în fenotipul gazdelor lor, caz în care sunt numite criptice. Alții, dimpotrivă, sunt responsabili de manifestarea în celula gazdă a proprietăților care o ajută să supraviețuiască în anumite condiții de mediu, iar fără aceste plasmide bacteriile ar muri sau creșterea lor ar încetini [19] .

Plasmidele pot îndeplini diferite funcții într-o celulă bacteriană. Cele mai studiate plasmide conțin gene de rezistență la antibiotice . Ele sunt numite R-plasmide , sau R-factori (din engleza  rezistență  - rezistență) [20] . Genele de rezistență în sine sunt foarte diverse, de la β-lactamaze codificate de plasmide care distrug penicilina , până la proteinele membranare care împiedică acumularea tetraciclinei în celule. Datorită răspândirii rapide a plasmidelor de rezistență în populațiile bacteriene, problema rezistenței la antibiotice devine din ce în ce mai acută. Bacteriile pot dobândi rezistență la mai multe antibiotice în același timp datorită mai multor plasmide care protejează împotriva diferitelor antibiotice sau datorită unei plasmide care conține gene de rezistență la diferite antibiotice. Un rol important în formarea plasmidelor purtătoare de gene de rezistență la antibiotice îl au transpozonii care facilitează transferul genelor de la o plasmidă la alta sau de la un cromozom bacterian la o plasmidă [21] . Factorul R este transmis în timpul transducției și diviziunii celulare normale. Unele plasmide R pot fi transferate prin conjugare bacteriană , adică sunt conjugative. Este posibil transferul de plasmide R între bacterii din diferite specii, genuri și chiar familii . Astfel, RP 1 , plasmida responsabilă de rezistența la ampicilină , tetraciclină și kanamicină în bacteriile din genul Pseudomonas din familia Pseudomonadaceae , poate fi transferată la E. coli aparținând familiei Enterobacteriaceae [22] .

Multe plasmide conțin gene care codifică proteine ​​cu proprietăți antimicrobiene care sunt de obicei dăunătoare doar pentru organismele strâns înrudite. De exemplu, unele tulpini de E. coli produc proteine ​​care ucid celulele altor tulpini de E. coli . Aceste proteine ​​sunt numite colicine , iar tulpinile capabile să se formeze sunt numite colicinogene. Genele colicinei sunt localizate pe plasmide (Col-plasmide), iar aceleași plasmide conțin gene care protejează celulele care le produc de colicine [23] . Unele bacterii codifică proteine ​​care sunt toxice pentru organismele non-bacteriene. Tulpinile enteropatogene de E. coli au așa-numitele plasmide Ent care codifică enterotoxine [24] . Un număr de bacterii Gram-pozitive ( Staphylococcus aureus , Streptococcus pyogenes , etc.) și Gram-negative ( Pseudomonas aeruginosa , P. morgani , E. coli , etc.) au Hly-plasmide, care sunt numite și plasmide ale activității hemolitice. Ei poartă gene pentru proteinele hemolizină toxice capabile să lizeze membranele eritrocitelor animale și umane [25] .

La unele bacterii patogene , genele care codifică toxinele care acționează asupra organismului gazdă sunt localizate pe plasmide. Datorită acestor plasmide, unele tulpini de E. coli pot provoca o boală asemănătoare holerei . E. coli secretă toxine LT similare toxinei holerice , dar la Vibrio cholerae gena care codifică toxina este localizată în profag și nu în plasmidă [26] . Adesea, plasmidele codifică proteine ​​care sunt necesare pentru virulența bacteriilor patogene sau o intensifică. O astfel de plasmidă există, de exemplu, la speciile din genul Yersinia , inclusiv Yersinia pestis ,  agentul cauzator al ciumei . Plasmida conține gene care codifică proteine ​​care permit bacteriei să injecteze substanțe în celulele imune care le perturbă sau chiar le ucid [27] . O serie de bacterii patogene, cum ar fi unele tulpini patogene de E. coli , au plasmide de colonizare antigenică care conțin gene responsabile de sinteza antigenului [28] .

Bacteriile care provoacă boli la plante au plasmide specifice , cum ar fi Agrobacterium tumefaciens , care provoacă formațiuni asemănătoare tumorilor numite fiere . Tulpinile patogene ale acestei bacterii poartă o plasmidă T sau plasmidă Ti (din limba engleză  inducerea tumorii  - „provocând o tumoare”), iar o parte din această plasmidă este transferată în celulele plantei . În bacteriile fixatoare de azot care provoacă noduli de rădăcină la leguminoase (de exemplu Rhizobium ) , genele necesare pentru nodulare și fixare a azotului sunt pe plasmide [27] .

Adesea, plasmidele oferă proprietarului lor noi căi metabolice . De exemplu, capacitatea de a fermenta lactoza poate fi transferată împreună cu plasmidele. În acest sens, diagnosticul de laborator al bacteriilor, pe baza proprietăților lor biochimice specifice, este foarte dificil. De exemplu, reprezentanții patogeni biochimic ai genului Salmonella din tulpinile nepatogene de E. coli pot fi distinși tocmai prin capacitatea lor de a fermenta lactoza. Plasmidele pot conține gene responsabile de fermentarea altor zaharuri , cum ar fi zaharoza , hidroliza ureei sau formarea hidrogenului sulfurat [10] .

Genele conținute în plasmide le pot permite proprietarilor lor să distrugă compuși potențial toxici. De exemplu, Pseudomonas putida are o plasmidă pWWO care conține gene pentru un număr de enzime care convertesc hidrocarburile ciclice toluen și xilen în benzoat . De asemenea, conține operonul responsabil pentru distrugerea benzoatului în metaboliți care pot fi utilizați în procesele de biosinteză sau pentru energie . Prin urmare, Pseudomonas putida poate crește în condiții în care toluenul este singura sursă de carbon . Capacitatea bacteriilor de a degrada compușii nocivi pentru mediu stă la baza bioremedierii [29] .

Următorul tabel listează exemple de plasmide naturale individuale și funcțiile pe care le îndeplinesc [19] :

Transmisie

Plasmidele pot fi dobândite de către o celulă bacteriană prin contact direct cu o altă celulă (conjugare) sau captate din mediu (transformare) [30] .

Principala metodă de obținere a plasmidelor din bacterii este conjugarea. Acest proces a fost descris în 1946 de E. Tatum și J. Lederberg în E. coli , ulterior conjugarea a fost descoperită și la alte bacterii, inclusiv Proteus , Klebsiella , Shigella , Salmonella și Pseudomonas [31] . Contactul dintre două celule este mediat de pili sexuali specifici plasmidei . Plasmidele care încep conjugarea pentru propria lor propagare se numesc conjugative. Trecând de la o celulă la alta, ei iau uneori cu ei plasmide neconjugative sau o copie a ADN-ului genomic. Schema generală a procesului de conjugare este următoarea. Contactul se stabilește între bacterii folosind pili de proteine ​​goale. Lanțurile de ADN ale plasmidei din celula donoră sunt separate, unul dintre ele este transferat în celula primitoare, după care lanțurile complementare sunt completate pe ambele lanțuri simple, iar plasmidele devin din nou dublu catenare [32] .

Cea mai cunoscută plasmidă conjugativă este plasmida F sau factorul F. Plasmida F este un epizom de aproximativ 100 kb lungime. Are propria sa origine de replicare ( oriV ) și breakpoint ( oriT ) [33] . Plasmida F, ca toate plasmidele conjugative, codifică proteine ​​care împiedică atașarea pililor altor bacterii la peretele celular al acesteia. Pe lângă alte informații genetice, plasmida F poartă locii tra și trb organizați într-un singur operon. Genele conținute în ele sunt responsabile pentru diferite aspecte ale procesului de conjugare: sinteza pilinei și asamblarea pili-ului sexual, inițierea și reglarea procesului de transfer al materialului genetic, ruperea locusului oriT și derularea lanțului ADN . 34] [35] . Locul tra este prezent și în alte plasmide conjugative asemănătoare F; conţine originea transferului conjugativ şi 20 de gene care codifică proteinele necesare conjugării [36] . În mod curios, plasmidele asemănătoare F, cum ar fi R100, R6-5, R1 și ColV2 inhibă transferul plasmidei F [37] . Se mai cunoaște și așa-numita zigoză letală, care constă în faptul că numărul de transconjuganți viabili scade atunci când celulele donatoare predominante numeric sunt amestecate în comparație cu numărul de celule primitoare datorită formării a numeroase punți de transfer ADN către un singur receptor. celula [38] .

Transformarea este înțeleasă ca primirea de către o celulă a ADN-ului plasmidic din mediul extern (totalitatea tuturor plasmidelor situate într-un anumit loc se numește plasmidă ). Transformarea a fost descrisă atât la bacterii gram-pozitive, cât și la gram-negative, în special la reprezentanții genurilor Streptococcus , Hemophilus , Neisseria , Bacillus , actinomicete , cianobacterii și altele. Pentru ca ADN-ul să pătrundă într-o celulă bacteriană, celula trebuie să fie într-o stare de competență , adică învelișurile sale trebuie să devină permeabile la moleculele mari de ADN. În laborator, celulele competente sunt obținute sub stres: sub acțiunea clorurii de calciu sau cu ajutorul electroporării . Pentru unele bacterii, transformarea in vivo este prezentată, de exemplu, pentru Streptococcus pneumoniae în corpul unui animal infectat. Unele bacterii preiau ADN din orice origine, în timp ce altele, cum ar fi Hemophillus , pot prelua doar propriul ADN. După intrarea în celula bacteriană, una dintre catenele de ADN plasmidic este scindată, iar fragmentul monocatenar este combinat fizic cu ADN-ul receptorului [39] .

Stabilitate

Plasmidele se caracterizează prin instabilitate. Proprietățile pe care le definesc dispar din populații mult mai des decât dacă în spatele acestuia ar exista un proces normal de acumulare a mutațiilor . Unele plasmide sunt mai stabile decât altele, iar plasmidele naturale sunt mult mai stabile decât cele construite artificial. Stabilitatea unei plasmide este afectată de integritatea acesteia, de capacitatea sa de a fi transferată în timpul diviziunii și de rata de creștere diferențială. Plasmidele își pierd adesea unele dintre gene deoarece conțin puncte fierbinți de recombinare . Atunci când recombinarea are loc între regiuni repetate, apar adesea inversiuni și ștergeri [40] .

Pentru a menține o plasmidă într-o populație bacteriană, aceasta trebuie să fie transmisă celulelor fiice în timpul diviziunii. Plasmidele cu copii mari sunt de obicei distribuite aleatoriu printre celulele fiice. Cu toate acestea, plasmidele identice formează adesea structuri multimerice în timpul replicării și recombinării. Deoarece un dimer cu două plasmide conține două ori de replicare, replicarea sa este mai eficientă decât replicarea monomerului, iar multimerii se reproduc și mai repede. În cele din urmă, poate apărea așa-numita „catastrofă a dimerului”: aproape toate plasmidele fac parte din dimeri și multimeri, ceea ce împiedică transferul lor în timpul diviziunii celulare. Cu toate acestea, unele plasmide pot reveni la starea lor normală, monomerică. Astfel, plasmida ColE1 conține situsul cer , asupra căruia acționează proteinele XerC și XerD. Are loc recombinarea specifică locului , transformând dimerul în doi monomeri. Plasmidele cu copii reduse nu se pot baza pe distribuția aleatorie între celulele vecine; prin urmare, multe dintre ele conțin un sistem toxină-antitoxină care asigură distrugerea celulelor care au pierdut plasmida în timpul diviziunii [41] .

Uneori, rata de creștere a celulelor care conțin plasmida și a celor care nu o conțin diferă. Diferența de înălțime poate fi legată de caracteristicile metabolice care rezultă din necesitatea de a duplica plasmida și de a-i exprima genele. Pentru majoritatea plasmidelor naturale, aceste costuri sunt mici și probabil nu au un efect semnificativ asupra ratei de creștere. În același timp, plasmidele artificiale sunt adesea prezente în celule într-un număr mare de copii, iar genele lor sunt exprimate activ; prin urmare, pentru celulele care conțin plasmide artificiale, problema instabilității lor este deosebit de acută [42] .

Incompatibilitate

Plasmidele se caracterizează prin fenomenul de incompatibilitate: adesea două plasmide specifice nu pot coexista simultan într-o celulă. De regulă, plasmidele incompatibile conțin secvențe omoloage. Cu toate acestea, incompatibilitatea poate fi cauzată și de prezența transpozonilor și a altor elemente genetice în plasmidă care o fac instabilă. Toate plasmidele cunoscute în prezent au fost împărțite în 30 de grupuri de incompatibilitate: plasmidele dintr-un grup sunt incompatibile între ele, dar compatibile cu plasmidele din alte grupuri. Cu toate acestea, așa-numita incompatibilitate atipică este larg răspândită, în care unele plasmide sunt incompatibile nu numai cu plasmide din propria grupă de incompatibilitate, ci și cu unele plasmide din alte grupe [43] .

Există mai multe modele de incompatibilitate plasmidă. S-a propus o ipoteză că plasmidele concurează pentru locurile de atașare de pe membrana celulară . Deoarece plasmidele din aceeași grupă de incompatibilitate se atașează la membrană în aceleași locuri, se vor deplasa unele pe altele. Conform unei alte ipoteze, plasmidele codifică o proteină represoare care inhibă replicarea plasmidelor din aceeași grupă de incompatibilitate. Această ipoteză a primit o oarecare confirmare experimentală [43] .

Există dovezi că repetele situate în apropierea originilor replicării sunt implicate în formarea incompatibilității. În plus, o plasmidă poate suprima alta cu ajutorul ARN-ului necodant [43] .

Implicarea genelor celulei gazdă

Deși replicarea plasmidei este controlată de propriile proteine ​​și ARN, celula gazdă contribuie, de asemenea, la reglarea numărului de copii plasmide [14] . Niciuna dintre plasmidele cunoscute nu conține setul complet de gene necesare pentru replicarea sa. De exemplu, replicarea plasmidei F necesită ADN polimeraza III al celulei gazdă și produse genice dnaB , dnaC și dnaA , care sunt localizate în ADN-ul genomic. Plasmida RK2 se dublează atunci când produsul proteic al genei dnaA și membrana celulară sunt legate de ADN-ul său [44] .

În funcție de capacitatea de a se replica în celulele altor bacterii, plasmidele sunt împărțite în plasmide în gamă îngustă de gazdă (capabile să se replica doar în celulele unei anumite specii) sau gamă largă de gazdă (replicare în afara speciei) [45] . De exemplu, plasmida NP1-1 se replic în mod normal în celulele Pseudomonas aeruginosa , dar procesul este dificil în alte bacterii. Unele plasmide pot exista în celulele multor tipuri de bacterii; astfel de plasmide includ, de exemplu, pC194, pMV158, pM3 şi pMT2. Motivele pentru care plasmida nu se poate duplica în celulele unor specii bacteriene sunt caracteristicile structurale ale promotorului , interacțiunea ineficientă a proteinei inițiatoare RepA cu proteina ADN codificată de ADN-ul genomic și chaperonele bacteriene . În plus, caracteristicile ori influențează limitarea gamei de gazde. Numărul de plasmide poate depinde și de tipul de bacterie gazdă. Astfel, plasmida pER2 există în mai multe copii în E. coli decât în ​​celulele Corynebacterium . Cantitatea de plasmidă este determinată și de faza de creștere în care se află cultura bacteriană. Numărul de plasmide în faza logaritmică de creștere este mai mare decât în ​​faza staționară, probabil din cauza acumulării inhibitorului de replicare în celule. Numărul de copii al unor plasmide poate fi influențat de compoziția mediului nutritiv în care cresc bacteriile [44] .

Când o celulă gazdă se împarte, plasmidele multicopie sunt distribuite aleatoriu între celulele fiice, iar probabilitatea ca una dintre celulele fiice să nu primească o singură copie a plasmidei este foarte mică. Cu toate acestea, pentru plasmidele cu copii reduse, problema reglementării distribuției lor în timpul diviziunii celulare este foarte acută. După cum sa menționat mai sus, sistemul de separare a plasmidelor (par) pe care îl conțin include un set de gene care asigură distribuția corectă a copiilor plasmidelor între celulele fiice. Acest sistem este autonom, nu este conectat la replicare și nu afectează numărul de copii. Cu toate acestea, distribuția de copii ale plasmidei pSN19035 între celulele fiice este controlată de regiunea SegB, una dintre ale cărei gene afectează, de asemenea, numărul de copii ale plasmidei. Pentru plasmidele F și R1, s-a demonstrat că proteinele care reglează distribuția plasmidelor în timpul diviziunii își pot suprima propria transcripție printr-un mecanism de feedback negativ . Este posibil ca concentrația excesivă a acestor proteine ​​să blocheze distribuția corectă a plasmidelor. Aceste proteine ​​pot forma structuri asemănătoare filamentului care „împing” copii ale plasmidelor în diferite celule fiice fără participarea proteinelor receptorului membranar al celulei gazdă [46] .

Mecanism de întreținere a plasmidelor

Sistemul toxină-antitoxină este implicat în menținerea plasmidelor în celulă. În cel mai simplu caz, este reprezentată de două gene în regiunea ccd, dintre care una ucide celula și se numește toxină, iar cealaltă o suprimă și se numește antitoxină, iar toxina este mult mai stabilă decât antitoxina. Dacă, în timpul diviziunii, una dintre celulele fiice nu moștenește plasmide cu sistemul toxină-antitoxină, atunci antitoxina care a intrat în el va fi complet distrusă înaintea toxinei, care în absența antitoxinei provoacă moartea celulei [47] .

O variantă importantă a sistemului toxină-antioxină este sistemele de restricție-modificare , care sunt sursa enzimelor de restricție utilizate în inginerie genetică [48] [49] . Rolul toxinei în sisteme este îndeplinit de enzima de restricție , care recunoaște anumite secvențe de ADN. Dacă secvența nu conține resturi metil care blochează acțiunea enzimei de restricție, aceasta introduce o rupere dublu-catenar, care duce la degradarea ADN-ului țintă. Metilaza , care recunoaște aceeași secvență ca și enzima de restricție, acționează ca o antitoxină, blocând activitatea enzimei de restricție. Pe lângă rolul de menținere a plasmidei, sistemele de restricție-modificare îndeplinesc o funcție de protecție împotriva ADN-ului străin, în special a bacteriofagelor [50] .

Clasificare

Până în al doilea deceniu al secolului al XXI-lea, există mai multe sisteme de clasificare pentru plasmide care iau în considerare diferențele lor de topologie, caracteristicile de replicare, capacitatea sau incapacitatea de a induce transferul de material genetic, prezența sau absența factorilor de rezistență la antibiotice și alte proprietăți. Cea mai importantă proprietate a unei plasmide este capacitatea (sau incapacitatea) de a fi transferată de la o celulă bacteriană la alta în timpul conjugării. Plasmidele transferabile sunt numite conjugative. Plasmidele, care prin ele însele nu pot fi transferate între celule, o fac uneori, preluate de plasmidele conjugative. Printre plasmidele conjugative, există plasmide care conțin doar gene de replicare de transfer și plasmide cointegrative conjugative, care, pe lângă genele de transfer și replicare, conțin gene responsabile pentru unele trăsături fenotipice. Plasmidele cointegrative includ plasmidele R, plasmidele Col care conferă tulpinilor de E. coli capacitatea de a forma și secreta colicine, plasmidele Hly care conțin gene de hemolizină și plasmidele Ent responsabile de sinteza enterotoxinelor [51] .

În plus, o clasificare bazată pe proprietatea de compatibilitate/incompatibilitate a plasmidelor este larg răspândită. Plasmidele cunoscute au fost împărțite în mai multe grupuri astfel încât bacteriile dintr-un grup să fie incompatibile între ele, dar compatibile cu orice plasmidă dintr-un alt grup de incompatibilitate [52] .

După cum s-a menționat mai sus, în funcție de numărul de copii per celulă, plasmidele sunt împărțite în plasmide cu copii mici și cu copii mari. Plasmidele sunt, de asemenea, clasificate în funcție de intervalul lor de gazdă îngust sau larg [52] .

Plasmide de ciuperci

Printre eucariote, plasmidele au fost găsite în ciuperci . Plasmidele fungice sunt reprezentate de molecule de ADN liniare sau circulare care pot fi localizate în nucleul celulei , citoplasmă, dar cele mai multe dintre ele sunt localizate în mitocondrii și nu provoacă modificări fenotipice. Plasmidele fungice includ:

• plasmide liniare fără omologie cu ADN-ul mitocondrial (mtDNA);
• plasmide circulare fără omologie cu ADNmt;
• plasmide circulare care prezintă omologie cu ADNmt [53] .

Plasmidele din ultimele două grupe apar în timpul procesului de îmbătrânire . Plasmidele au fost identificate în ciuperci precum drojdia Saccharomyces cerevisiae , Neurospora , Aspergillus niger și Kluyveromyces lactis . Plasmidele fungice pot fi transferate prin anastomoze miceliale (orizontal) și prin conidii (vertical) [53] .

Evoluție

În 1968, E. Meynell și coautorii au înaintat o ipoteză că prima etapă în evoluția plasmidelor a fost apariția unui replicon primitiv care ar putea exista în mod autonom în afara cromozomului. Repliconul ar fi putut să apară din ADN-ul nucleoid sau să se fi dezvoltat dintr-o structură extracromozomială precum centrozomul , deoarece la acel moment se considera posibil ca mitoza să poată exista în bacterii în stadiile incipiente ale evoluției lor (această ipoteză este în prezent recunoscută ca incorectă). În 1976, S. Cohen a sugerat că originea replicării ar fi putut apărea de novo din deoxinucleotide , iar mai târziu i s-au alăturat gene asociate cu auto-replicarea și gene care codifică tot ceea ce este necesar pentru transferul genetic. Sa emis ipoteza că plasmidele provin din secvențe repetitive de ADN genomic bacterian care au ajuns în citoplasmă din cauza încrucișării reciproce . Cu toate acestea, toate ipotezele de mai sus nu au primit sprijin experimental [54] .

Ulterior, a apărut o opinie despre originea comună a plasmidelor și bacteriofagelor temperate datorită asemănării în organizarea lor. Plasmidele au fost considerate fagi fără gene care codifică proteinele capsidei , dar având gene responsabile pentru duplicarea și distribuția lor în celulele fiice la diviziune. Astfel, bacteriofagii N15 , øKO2 și PY54 , asemănători fagului lambda , care au devenit sursa primilor vectori , nu se integrează în genomul bacterian, ci există ca plasmide liniare în timpul ciclului lizogen [55] .

Confirmarea experimentală convingătoare a fost primită de teoria evoluției plasmidelor R care oferă rezistență la antibiotice. Au provenit din elemente extracromozomiale purtătoare de gene de rezistență sau le-au dobândit ca urmare a mutațiilor. Când aceste elemente s-au combinat cu factori de transfer, au apărut plasmide R conjugative. Un rol semnificativ în evoluția plasmidelor l-au jucat transpozonii care au modificat expresia anumitor gene plasmide [54] .

Aplicație

Utilizarea plasmidelor în activitățile de cercetare este enormă. Plasmidele artificiale sunt utilizate în mod activ în inginerie genetică ca vectori în care sunt inserate regiuni de codificare țintă [56] . Prin multiplicarea unor astfel de plasmide în celulele bacteriene, este posibil să se producă cantități uriașe din proteina dorită. De exemplu, așa se obține în prezent insulina [57] . Plasmidele artificiale care sunt destinate utilizării ca vectori sunt disponibile comercial și conțin întotdeauna o origine de replicare, gene care conferă rezistență la un antibiotic (pentru selectarea pe medii antibiotice a celulelor bacteriene care au primit plasmida) și mai multe situsuri recunoscute de diferite endonucleaze de restricție . . Inserarea fragmentului se realizează prin restrângerea plasmidei și a fragmentului și legarea ulterioară . Fragmente de până la 15 kilobaze lungime pot fi inserate în vectori convenționali. Alți vectori sunt utilizați pentru a clona fragmente mai mari, cum ar fi cosmidele (plasmidele care conțin bacteriofagul λ cos locus ), fasmidele , cunoscute și sub numele de fagemide (plasmidele care conțin originea fagilor de replicare f1 [58] ), cromozomii artificiali bacterieni și de drojdie . [59] .

Secvențele de plasmide create de diverși cercetători pot fi găsite în bazele de date publice , cum ar fi Addgene , BCCM/LMBP și baza de date NCBI . Multe programe și instrumente de bioinformatică au fost create pentru a crea plasmide artificiale cu proprietățile dorite. Folosindu-le, puteți găsi site-uri de restricție și puteți obține secvențe de plasmide cu inserții, adică pentru a efectua „clonarea virtuală”. Exemple de astfel de instrumente includ ApE, Clone Manager , GeneConstructionKit, Geneious, Genome Compiler , LabGenius, Lasergene, MacVector , pDraw32, Serial Cloner, SnapGene, VectorFriends, Vector NTI și WebDSV [60 ] .

Plasmidele sunt considerate un instrument promițător pentru terapia genică , deoarece pot exprima proteine ​​care sunt deficitare în celulele pacientului. Pe plasmide, este posibil să se livreze instrumente de codificare a genelor pentru editarea genomului, cum ar fi nucleaze care conțin domenii degete de zinc și componente ale sistemului CRISPR /Cas: proteina Cas9 și ARN-ul ghid [61] [62] , în celule. .

Plasmidele care permit bacteriilor să degradeze substraturi greu de degradat pot fi utilizate în bioremediere . Plasmidele sunt utilizate pe scară largă în crearea de vaccinuri și medicamente noi , precum și în creșterea productivității organismelor care sintetizează substanțe biologic active [63] .

Istoria studiului

În 1952, factorul F (cunoscut acum ca plasmidă F) a fost descoperit în E. coli , care este transferat de la celulă la celulă prin conjugare. Apoi, în 1952, Joshua Lederberg a propus termenul de „plasmidă” pentru a desemna factorul F, pentru care era deja posibil să se arate natura sa extracromozomială [64] . La început, termenul a fost folosit pentru a se referi la orice material genetic bacterian care există extracromozomial pentru cel puțin o parte a ciclului său de replicare, dar deoarece această descriere include viruși bacterieni, conceptul de plasmidă a fost rafinat - acestea sunt elemente genetice care se reproduc autonom. din cromozom [ 65] .

Ulterior, plasmidele au fost găsite în alte tipuri de bacterii. Diversitatea lor extremă în caracteristicile fizice și moleculare a devenit evidentă. Unii oameni de știință au propus să se considere plasmidele ca organisme intracelulare simbiotice sau parazitare . La sfârșitul anilor 1950, a fost stabilit faptul de a transfera rezistența la antibiotice de la o bacterie la alta fără participarea unui nucleoid. Așa au fost descoperite plasmidele R. În 1963, a fost demonstrată posibilitatea recombinării dintre elementele extracromozomiale și ADN-ul nucleoid. În anii 1980, au fost descrise plasmide liniare. Treptat, plasmidele au început să-și găsească aplicații în metodele biologice moleculare [66] .

Note

1. ↑ Sinkovics, J; Harvath J; Horak A. Originea și evoluția virusurilor (o recenzie)  (engleză)  // Acta Microbiologica et Immunologica Hungarica : jurnal. - 1998. - Vol. 45 , nr. 3-4 . - P. 349-390 . — PMID 9873943 .
2. ↑ 1 2 Gigani, 2017 , p. zece.
3. ↑ 1 2 Shintani M. , Sanchez ZK , Kimbara K. Genomics of microbial plasmides: classification and identification based on replication and transfer systems and host taxonomy.  (engleză)  // Frontiere în microbiologie. - 2015. - Vol. 6 . - P. 242-242 . - doi : 10.3389/fmicb.2015.00242 . — PMID 25873913 .
4. ↑ Dale & Park, 2004 , p. 142-143.
5. ↑ Hayes F. Funcția și organizarea plasmidelor.  (Engleză)  // Methods In Molecular Biology (Clifton, NJ). - 2003. - Vol. 235 . - P. 1-17 . - doi : 10.1385/1-59259-409-3:1 . — PMID 12904641 .
6. ↑ Microbiologie modernă / Ed. J. Lengeler, G. Drews , G. Schlegel . - M .: Mir , 2005. - T. 1. - S. 437. - 654 p. - ISBN 978-5-03-003707-3 .
7. ↑ 1 2 3 4 Gigani, 2017 , p. 23-29.
8. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 del Solar G. , Giraldo R. , Ruiz-Echevarría MJ , Espinosa M. , Díaz-Orejas R. Replicarea și controlul plasmidelor bacteriene circulare.  (Engleză)  // Microbiologie și Biologie Moleculară Recenzii: MMBR. - 1998. - iunie ( vol. 62 , nr. 2 ). - P. 434-464 . — PMID 9618448 .
9. ↑ Dale & Park, 2004 , p. 142.
10. ↑ 12 Dale & Park, 2004 , p. 139-140.
11. ↑ Dale & Park, 2004 , p. 148.
12. ↑ Dale & Park, 2004 , p. 147.
13. ↑ Gigani, 2017 , p. 42.
14. ↑ 1 2 3 Gigani, 2017 , p. 47.
15. ↑ Arefiev V. A., Lisovenko L. A. model de cerc rulant, replicare de tip σ // Dicționar explicativ englez-rus al termenilor genetici. - M . : Editura VNIRO, 1995. - ISBN 5-85382-132-6 .
16. ↑ Lorenzo-Díaz F. , Fernández-López C. , Garcillán-Barcia MP , Espinosa M. Bringing them together: plasmid pMV158 rolling circle replication and conjugation under a evolutionary perspective.  (engleză)  // Plasmid. - 2014. - iulie ( vol. 74 ). - P. 15-31 . - doi : 10.1016/j.plasmid.2014.05.004 . — PMID 24942190 .
17. ↑ Khan SA Replicarea în cerc rulant a plasmidelor bacteriene.  (Engleză)  // Microbiologie și Biologie Moleculară Recenzii: MMBR. - 1997. - Decembrie ( vol. 61 , nr. 4 ). - P. 442-455 . — PMID 9409148 .
18. ↑ Dale & Park, 2004 , p. 151-154.
19. ↑ 1 2 Funcția și organizarea plasmidelor: trăsături codificate cu plasmide (link în jos) . Preluat la 24 iulie 2013. Arhivat din original la 17 august 2013. (nedefinit) 
20. ↑ Gosmanov R. G. , Galiullin A. K., Volkov A. Kh., Ibragimova A. I. Microbiologie: manual. - Sankt Petersburg. : Lan, 2011. - S. 126. - 496 p. - ISBN 978-5-8114-1180-1 .
21. ↑ Dale & Park, 2004 , p. 137-138.
22. ↑ R Plasmide și rezistență la antibiotice .  (nedefinit) (link indisponibil)
23. ↑ Dale & Park, 2004 , p. 138.
24. ↑ Gigani, 2017 , p. 82.
25. ↑ Gigani, 2017 , p. 82-83.
26. ↑ Dale & Park, 2004 , p. 138-139.
27. ↑ 12 Dale & Park, 2004 , p. 139.
28. ↑ Gigani, 2017 , p. 90.
29. ↑ Dale & Park, 2004 , p. 140-141.
30. ↑ Inge-Vechtomov, 2010 , p. 241.
31. ↑ Gigani, 2017 , p. 74.
32. ↑ Gigani, 2017 , p. 53.
33. ↑ Ryan KJ, Ray CG (editori). Sherris Microbiologie Medicală. — al 4-lea. - N. Y. : McGraw-Hill Education , 2004. - S. 60-64. — ISBN 0-8385-8529-9 .
34. ↑ Sheela Srivastava. Genetica bacteriilor. - Delphi, India: Springer, 2013. - P. 79. - 215 p. - ISBN 978-81-322-1089-4 .
35. ↑ Inge-Vechtomov, 2010 , p. 247.
36. ↑ Gigani, 2017 , p. 54.
37. ↑ Gigani, 2017 , p. 67.
38. ↑ Gigani, 2017 , p. 72.
39. ↑ Inge-Vechtomov, 2010 , p. 250-251.
40. ↑ Dale & Park, 2004 , p. 155-156.
41. ↑ Dale & Park, 2004 , p. 157-160.
42. ↑ Dale & Park, 2004 , p. 160-161.
43. ↑ 1 2 3 Gigani, 2017 , p. 16-20.
44. ↑ 1 2 Gigani, 2017 , p. 50-52.
45. ↑ Loftie-Eaton W. , Yano H. , Burleigh S. , Simmons RS , Hughes JM , Rogers LM , Hunter SS , Settles ML , Forney LJ , Ponciano JM , Top EM Evolutionary Paths That Expand Plasmid Host-Range: Implications for Spread de rezistență la antibiotice.  (Engleză)  // Biologie moleculară și evoluție. - 2016. - Aprilie ( vol. 33 , nr. 4 ). - P. 885-897 . - doi : 10.1093/molbev/msv339 . — PMID 26668183 .
46. ↑ Gigani, 2017 , p. 48-49.
47. ↑ Gigani, 2017 , p. 49-50.
48. ↑ Primrose, Sandy B.; Vechi, RW Principiile manipulării genelor: o introducere în  ingineria genetică . - Oxford: Blackwell Scientific , 1994. - ISBN 0-632-03712-1 .
49. ↑ Micklos, David A.; Bloom, Mark V.; Freyer, Greg A. Știința ADN-ului de laborator: o introducere în tehnicile și metodele de  analiză a genomului ADN recombinant . — Menlo Park, California: Benjamin/Cummings Pub. Co, 1996. - ISBN 0-8053-3040-2 .
50. ↑ Wilson Geoffrey G. , Murray Noreen E. Restriction and Modification Systems  //  Annual Review of Genetics. - 1991. - Decembrie ( vol. 25 , nr. 1 ). - P. 585-627 . — ISSN 0066-4197 . - doi : 10.1146/annurev.ge.25.120191.003101 .
51. ↑ Gigani, 2017 , p. 13-15.
52. ↑ 1 2 Gigani, 2017 , p. cincisprezece.
53. ↑ 1 2 Gigani, 2017 , p. 94-96.
54. ↑ 1 2 Gigani, 2017 , p. 106-109.
55. ↑ Casjens SR , Hendrix RW Bacteriophage lambda: Pionier timpuriu și încă relevant.  (engleză)  // Virologie. - 2015. - Mai ( vol. 479-480 ). - P. 310-330 . - doi : 10.1016/j.virol.2015.02.010 . — PMID 25742714 .
56. ↑ Modern Microbial Genetics / Uldis N. Streips, Ronald E. Yasbin. — al 2-lea. - Wiley-Blackwell , 2002. - P. 248. - ISBN 978-0471386650 .
57. ↑ Schmid R. Biotehnologie vizuală și inginerie genetică. — M. : BINOM. Laboratorul de cunoștințe, 2014. - P. 122. - 325 p. — ISBN 978-5-94774-767-6 .
58. ↑ Richard J. Reece. Analiza genelor și a genomurilor. - John Wiley & Sons , 2004. - P. 140. - ISBN 9780470091579 .
59. ↑ Capitolul 2 - Alegerea unui vector de clonare // E. Coli Plasmid Vectors: Methods and Applications  / Nicola Casali, Andrew Preston. — Totowa, NJ: Humana Press, 2003. - P. 19-26. - (Metode în Biologie Moleculară, Vol. 235). - ISBN 978-1-58829-151-6 .
60. ↑ Video cu feedback Vector NTI . Laboratorul ADN . Consultat la 30 octombrie 2018. Arhivat din original la 29 septembrie 2018. (nedefinit)
61. ↑ Kandavelou K., Chandrasegaran S. Plasmids for Gene Therapy // Plasmids : Current Research and Future Trends  . — Norfolk, Marea Britanie: Caister Academic Press, 2008. - ISBN 978-1-904455-35-6 .
62. ↑ Shinmyo Y., Tanaka S., Tsunoda S., Hosomichi K., Tajima A., Kawasaki H.  Knockout al genei mediată de CRISPR/Cas9 în creierul șoarecelui folosind electroporația in utero  // Rapoarte științifice. - 2016. - Vol. 6. - P. 20611. - doi : 10.1038/srep20611 . — PMID 26857612 .
63. ↑ Gigani, 2017 , p. 99.
64. ↑ LEDERBERG J. Genetica celulară și simbioza ereditară.  (engleză)  // Recenzii fiziologice. - 1952. - Octombrie ( vol. 32 , nr. 4 ). - P. 403-430 . - doi : 10.1152/physrev.1952.32.4.403 . — PMID 13003535 .
65. ↑ Stanley Falkow. Genomica microbiană: în picioare pe umerii giganților . Societatea de microbiologie . Consultat la 2 noiembrie 2018. Arhivat din original la 26 octombrie 2018. (nedefinit)
66. ↑ Gigani, 2017 , p. 6-9.

Literatură

• Gigani O. B. Plasmide. - M. : RUSAYNS, 2017. - 154 p. — ISBN 978-5-4365-1976-0 .
• Inge- Vechtomov S.G. Genetica cu bazele selecției. - Sankt Petersburg. : Editura N-L, 2010. - 718 p. — ISBN 978-5-94869-105-3 .
• Jeremy W. Dale, Simon F. Park. Genetica moleculară a bacteriilor . — ediția a IV-a. — Chichester, West Sussex; Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, Ltd, 2004. - ISBN 0-470-85084-1 .

Dicționare și enciclopedii	mare danez Mare catalană Rusă mare Britannica (online) Universalis
În cataloagele bibliografice	J9U : 987007553323105171 LCCN : sh85103093 NDL : 01031244 NKC : ph124095