Τι είναι τα πλασμίδια και γιατί είναι σημαντικά;

Τα πλασμίδια είναι μικρά, κυκλικά κομμάτια DNA που βρίσκονται τόσο στα προκαρυωτικά όσο και στα ευκαρυωτικά κύτταρα. Αυτά τα κομμάτια DNA είναι σημαντικά επειδή μπορούν να προσδώσουν ειδικές ικανότητες στο κύτταρο, όπως αντίσταση στα αντιβιοτικά ή την ικανότητα διάσπασης των σύνθετων σακχάρων. Τα πλασμίδια μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως φορείς στην τεχνολογία ανασυνδυασμένου DNA, η οποία χρησιμοποιείται για τη δημιουργία νέων και επιθυμητών παραλλαγών του DNA.

Οι προκαρυώτες είναι μια πρωτόγονη εκδοχή των κυττάρων, ενώ οι ευκαρυώτες είναι οι πιο εξελιγμένες εκδοχές. Ένα από τα καθοριστικά χαρακτηριστικά των προκαρυωτικών είναι η παρουσία πλασμιδίων, που οδηγεί στο προφανές ερώτημα…

Τι είναι ένα πλασμίδιο;

Τεχνικά, τα πλασμίδια ορίζονται ως συνήθως κυκλικό, δίκλωνο εξωχρωμοσωμικό DNA. Όπως γνωρίζουμε, κάθε κύτταρο έχει έναν πυρήνα ή μια πυρηνική περιοχή που περιέχει όλο το γενετικό υλικό του κυττάρου. Τα προκαρυωτικά κύτταρα και ορισμένα ευκαρυωτικά κύτταρα διαθέτουν επιπλέον DNA που είναι ξεχωριστό από το DNA στην πυρηνική τους περιοχή. Λογικά, αυτό το επιπλέον DNA ονομάζεται «εξωχρωμοσωμικό». Είναι δίκλωνο και συνήθως κυκλικό, που σημαίνει ότι ενώνεται για να σχηματίσει έναν κύκλο και δεν υπάρχει ως μονή γραμμή.

Τα πλασμίδια είναι λαμπρές οντότητες και μπορούν να προσδώσουν μερικές πολύ φανταχτερές ικανότητες στο κύτταρο, συμπεριλαμβανομένης της λοιμογόνου δράσης (η ικανότητα ενός κυττάρου να είναι καλύτερο ή πιο ισχυρό παθογόνο), αντοχή στα αντιβιοτικά, ικανότητα διάσπασης μη αναλώσιμων ουσιών κ.λπ. να ενσωματωθεί - προσωρινά ή μόνιμα - στο κύριο DNA του κυττάρου ή μπορεί να παραμείνει ως επιπλέον γενετικό υλικό.

Plasmid (Photo Credit :Wikimedia Commons)

Τύποι πλασμιδίων

Τα πλασμίδια μπορούν να ταξινομηθούν σε διάφορες κατηγορίες, αλλά η πιο γνωστή ταξινόμηση βασίζεται στις λειτουργίες τους. Σύμφωνα με αυτό, χωρίζονται σε 5 διαφορετικούς τύπους – πλασμίδια γονιμότητας, πλασμίδια αντοχής, πλασμίδια col, πλασμίδια λοιμογόνου δράσης και μεταβολικά ή αποικοδομητικά πλασμίδια.

Τα βακτηριακά κύτταρα δεν έχουν φύλα, αλλά κύτταρα που έχουν πλασμίδια γονιμότητας , ή τα πλασμίδια F, μπορούν να σχηματίσουν pili, τα οποία είναι μικροσκοπικές δομές που μοιάζουν με σωλήνα και να συνδέονται με ένα γειτονικό κύτταρο. Αυτό επιτρέπει τη μεταφορά γενετικού υλικού από το κύτταρο στο γείτονά του. Ως εκ τούτου, αποδίδει την κατάσταση του "αρσενικού" σε αυτό το βακτηριακό κύτταρο σε μια διαδικασία που ονομάζεται σύζευξη.

Πλασμίδια αντίστασης περιέχουν γονίδια που προσδίδουν σε αυτό το κύτταρο αντίσταση στα αντιβιοτικά ή σε άλλες ουσίες που αναστέλλουν την ανάπτυξη. Τα κύτταρα με πλασμίδια R συνήθως παράγουν ουσίες που μπορούν να καταστρέψουν τον ανασταλτικό παράγοντα, αυξάνοντας έτσι το ποσοστό επιβίωσής τους. Κατά καιρούς, αυτά τα πλασμίδια μπορούν να εξαπλωθούν ευρέως σε μια γενιά. Όπως αναμενόταν, αυτά τα πλασμίδια R δεν είναι ευνοϊκά για τον άνθρωπο ή άλλα ζώα στα οποία αυτά τα κύτταρα μπορεί να είναι παθογόνα.

πλασμίδια Col αποτελούν μια ενδιαφέρουσα κατηγορία πλασμιδίων. Αυτά παρέχουν στον ξενιστή τους την ικανότητα να σκοτώνει άλλους οργανισμούς του είδους τους. Τα πλασμίδια Col κωδικοποιούν ουσίες που μπορούν να καταστρέψουν άλλα βακτήρια αυξάνοντας τη διαπερατότητα της κυτταρικής τους μεμβράνης, επηρεάζοντας το DNA ή το RNA τους κ.λπ. Ωστόσο, αυτές οι δεξιότητες μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο από ένα βακτήριο ενάντια σε παρόμοια είδη. Για παράδειγμα, E. coli έχει πλασμίδια col που παράγουν κολικίνες. Αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο για τη θανάτωση άλλων στελεχών του E. coli . Μερικά από τα πλασμίδια παράγουν επίσης βακτηριοσίνες, οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη θανάτωση οργανισμών που ανήκουν στο Enterobacter είδη.

Σύζευξη (Photo Credit :Wikimedia Commons)

Ο επόμενος τύπος πλασμιδίων είναι τα πλασμίδια λοιμογόνου δράσης . Όπως μπορείτε πιθανώς να συμπεράνετε από το όνομα, αυτά τα πλασμίδια παρέχουν ή αυξάνουν τον παράγοντα λοιμογόνου δράσης των βακτηρίων. Η μολυσματικότητα είναι ένα μέτρο του πόσο επιβλαβής είναι ένας οργανισμός. Για παράδειγμα, δεν είναι όλα τα στελέχη του E. coli είναι επικίνδυνα και προκαλούν ασθένειες, αλλά υπάρχουν ορισμένα είδη που διαθέτουν πλασμίδια λοιμογόνου δράσης και μπορούν να προκαλέσουν ασθένειες όπως η διάρροια.

Ο τελικός τύπος πλασμιδίων είναι τα μεταβολικά ή αποικοδομητικά πλασμίδια . Αυτά δίνουν στα κύτταρα την ικανότητα να διασπούν ουσίες όπως τα σάκχαρα ή το τολουόλιο κ.λπ. Αυτά τα πλασμίδια μπορεί να είναι πολύ χρήσιμα για το κύτταρο. Για παράδειγμα, το κύτταρο μπορεί να είναι σε θέση να διασπάσει μια πολύπλοκη ουσία σε απλούστερα μόρια, τα οποία μπορούν να αποτελέσουν πηγή χρησιμοποιήσιμης ενέργειας για το κύτταρο.

Φορείς πλασμιδίου

Η τεχνολογία ανασυνδυασμένου DNA είναι μια βασική μέθοδος για την πραγματοποίηση επιθυμητών αλλαγών στο DNA των οργανισμών. Προχωρώντας εν συντομία στη διαδικασία – θραύσματα DNA από έναν οργανισμό προστίθενται σε ένα τμήμα που είναι γνωστό ως DNA φορέας, το οποίο οδηγεί στον σχηματισμό ανασυνδυασμένου DNA. Αυτό μπορεί να προστεθεί σε άλλους οργανισμούς, δημιουργώντας έτσι παραλλαγές που δεν υπάρχουν συνήθως στη φύση. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη γενετική μεταξύ ειδών, στη θεραπεία ασθενειών, στη δημιουργία πολλαπλών αντιγράφων τμημάτων γονιδίων κ.λπ.

Ένα σημαντικό μέρος της διαδικασίας δημιουργίας ανασυνδυασμένου DNA είναι η επιλογή του φορέα. Εδώ, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι πιο συχνά, το ανασυνδυασμένο DNA χρησιμοποιείται σε τροποποιητικούς οργανισμούς όπως βακτήρια, ζυμομύκητες κ.λπ. Για το λόγο αυτό, τα πλασμίδια είναι μια εξαιρετική επιλογή για φορείς. Τα πλασμίδια μπορούν είτε να αναπαραχθούν μαζί με το κύτταρο κατά τη διάρκεια της κανονικής κυτταρικής διαίρεσης είτε μπορούν να αναπαραχθούν μόνα τους. Είναι εύκολο να απομονωθούν από το κύτταρο ξενιστή τους. Ένας άλλος παράγοντας που χρησιμοποιείται κατά τη διάρκεια του ανασυνδυασμένου DNA είναι οι δείκτες. Οι δείκτες είναι θραύσματα DNA που συνδέονται με τον φορέα. Αυτά είναι χρήσιμα για την επισήμανση των κυττάρων-ξενιστών που έχουν προσλάβει το ανασυνδυασμένο DNA, καθώς συνήθως επιφέρουν μια ευδιάκριτη αισθητή αλλαγή, όπως αλλαγή χρώματος, νέα αντίσταση σε ένα συγκεκριμένο αντιβιοτικό κ.λπ. Η τοποθέτηση τέτοιων δεικτών στα πλασμίδια είναι εύκολη, κάτι που και πάλι τα κάνει μια καλή επιλογή ως διανύσματα.

Διάνυσμα πλασμιδίου (Πιστωτική φωτογραφία :Wikimedia Commons)

Ένας άλλος κρίσιμος παράγοντας που τα καθιστά καλούς φορείς είναι η παρουσία ορισμένων περιοχών που απαιτούνται για το ανασυνδυασμένο DNA, όπως η αρχή της αντιγραφής, οι επιλέξιμοι δείκτες κ.λπ.

Τα πλασμίδια είναι μικρού μεγέθους, έως το μέγιστο των 1000 kbs. Αυτά τα χαρακτηριστικά κάνουν τα πλασμίδια ένα δώρο για τους μοριακούς βιολόγους, καθώς είναι σχετικά εύκολο να μελετηθούν και να χειριστούν. Για αυτόν τον λόγο, χρησιμοποιούνται συνήθως στη γενετική μηχανική και σε άλλους συναφείς τομείς, συμβάλλοντας στην προώθηση της τεχνολογίας και της γνώσης!