Πώς χρησιμοποιούνται τα πλασμίδια στη γενετική μηχανική

Τα πλασμίδια είναι ένας τύπος εξωχρωμοσωμικών, κυκλικών μορίων DNA που βρίσκονται σε βακτήρια και σε αρκετούς τύπους ευκαρυωτών. Είναι ένας τύπος αυτοαντιγραφόμενων μορίων μέσα σε ένα κύτταρο και είναι ανεξάρτητα από το γονιδιωματικό DNA. Ως εκ τούτου, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως φορείς ξένων θραυσμάτων DNA σε διάφορους τύπους κυττάρων στη γενετική μηχανική. Η τεχνική της μοριακής βιολογίας που εμπλέκεται εδώ είναι η κλωνοποίηση. Η γενετική μηχανική δημιουργεί οργανισμούς με νέα χαρακτηριστικά. Αυτοί οι νέοι οργανισμοί είναι γνωστοί ως γενετικά τροποποιημένοι οργανισμοί (ΓΤΟ). Αυτό το άρθρο εστιάζει στη διαδικασία της γενετικής μηχανικής, περιγράφοντας τη χρήση πλασμιδίων στη δημιουργία νέων οργανισμών μέσω της τροποποίησης των γονιδιωμάτων.

Βασικές περιοχές που καλύπτονται

1. Τι είναι τα Πλασμίδια
      – Ορισμός, Χαρακτηριστικά
2. Πώς χρησιμοποιούνται τα πλασμίδια στη γενετική μηχανική
     – Διαδικασία μοριακής κλωνοποίησης

Βασικοί όροι:Κλωνοποίηση, DNA, Γενετική Μηχανική, Γενετικά Τροποποιημένοι Οργανισμοί (ΓΤΟ), Πλασμίδια

Τι είναι τα πλασμίδια

Τα πλασμίδια είναι μικρά κυκλικά μόρια DNA που βρίσκονται κυρίως σε βακτήρια. Είναι εξωχρωμοσωμικά στοιχεία DNA, ικανά να αναπαραχθούν ανεξάρτητα από το βακτηριακό γονιδίωμα. Τα γονίδια που κωδικοποιούνται στα πλασμίδια βοηθούν τα βακτήρια να επιβιώσουν κάτω από συνθήκες στρες. Αρκετά έως πολλά αντίγραφα πλασμιδίων μπορούν φυσικά να εμφανιστούν μέσα σε ένα βακτηριακό κύτταρο. Τα πλασμίδια μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως φορείς που μεταφέρουν ξένα μόρια DNA τόσο σε ευκαρυωτικά όσο και σε προκαρυωτικά κύτταρα. Τα χαρακτηριστικά που βοηθούν τα πλασμίδια να χρησιμοποιηθούν ως φορείς περιγράφονται παρακάτω.

Χαρακτηριστικά των πλασμιδίων

1. Τα πλασμίδια μπορούν εύκολα να απομονωθούν από βακτηριακά κύτταρα.
2. Είναι αυτοαναπαραγόμενα μέσα στα κύτταρα.
3. Αποτελούνται από μοναδικές θέσεις περιορισμού για ένα ή περισσότερα ένζυμα περιορισμού.
4. Η εισαγωγή ενός ξένου θραύσματος DNA ενδέχεται να μην αλλάξει τις ιδιότητες αντιγραφής των πλασμιδίων.
5. Τα πλασμίδια μπορούν να μετασχηματιστούν διαδοχικά σε διαφορετικούς τύπους κυττάρων και τα μετασχηματισμένα κύτταρα μπορούν να επιλεγούν με βάση τις ιδιότητες αντοχής στα αντιβιοτικά των μετασχηματισμένων πλασμιδίων.

Εικόνα 1:Πλασμίδια

Πώς χρησιμοποιούνται τα πλασμίδια στη γενετική μηχανική

Η γενετική μηχανική είναι η τροποποίηση του DNA με σκοπό την παραγωγή νέων τύπων οργανισμών με την εισαγωγή ή τη διαγραφή γονιδίων. Η εισαγωγή γονιδίων μπορεί να γίνει μέσω φορέων όπως τα πλασμίδια. Τα κύρια βήματα της γενετικής μηχανικής δίνονται παρακάτω.

1. Ενίσχυση PCR της αλληλουχίας DNA στόχου
2. Πέψη θραυσμάτων DNA και πλασμιδίων από το ίδιο ένζυμο περιορισμού
3. Σύνδεση πλασμιδίων και ξένων θραυσμάτων DNA, παράγοντας ανασυνδυασμένα μόρια DNA.
4. Μετατροπή των μορίων ανασυνδυασμένου DNA σε έναν επιθυμητό τύπο κυττάρων.
5. Επιλογή μετασχηματισμένων κυττάρων.

Οι πιο συνηθισμένοι φορείς που χρησιμοποιούνται στην κλωνοποίηση απομονώνονται από το E. coli . Κάθε πλασμίδιο περιέχει τρεις λειτουργικές περιοχές:αρχή αντιγραφής, γονίδιο υπεύθυνο για την αντίσταση στα αντιβιοτικά και θέση περιορισμού αναγνώρισης για την εισαγωγή ξένου γονιδίου. Ένα συγκεκριμένο ένζυμο περιορισμού χρησιμοποιείται για την κοπή τόσο του πλασμιδίου όσο και του ξένου θραύσματος DNA. Κατά την περιοριστική πέψη, το κυκλικό πλασμίδιο γίνεται γραμμικό και κατά τη διάρκεια της απολίνωσης, το ξένο θραύσμα DNA μπορεί να εισαχθεί στα δύο άκρα, καθιστώντας το πλασμίδιο και πάλι κυκλικό. Το ανασυνδυασμένο πλασμίδιο μετασχηματίζεται σε ένα δεκτικό κύτταρο που μπορεί να είναι βακτήρια, ζυμομύκητες, φυτικά ή ζωικά κύτταρα. Η παραγωγή μεγάλου αριθμού μορίων ανασυνδυασμένου DNA μέσα στο δεκτικό κύτταρο είναι γνωστή ως κλωνοποίηση. Τα μετασχηματισμένα κύτταρα μπορούν να αναγνωριστούν από την αντίσταση στα αντιβιοτικά του πλασμιδίου. Ωστόσο, το μετασχηματισμένο μπορεί να περιέχει το αμοιβαίο πλασμίδιο ή το ανασυνδυασμένο πλασμίδιο. Και οι δύο τύποι πλασμιδίων παρουσιάζουν αντοχή στα αντιβιοτικά. Ως εκ τούτου, ένα άλλο γονίδιο όπως το LacZ απαιτείται για την ταυτοποίηση των μετασχηματισμένων με ανασυνδυασμένα πλασμίδια. Οι μετασχηματιστές με τα ανασυνδυασμένα πλασμίδια ονομάζονται ΓΤΟ.

Η λεπτομερής διαδικασία της μοριακής κλωνοποίησης φαίνεται στο σχήμα 2.

Εικόνα 2:Μοριακή κλωνοποίηση

Συμπέρασμα

Τα πλασμίδια είναι κυκλικά μόρια DNA που απαντώνται φυσικά στα βακτήρια. Περιέχουν γονίδια κυρίως για αντοχή στα αντιβιοτικά. Τα πλασμίδια χρησιμοποιούνται στη γενετική μηχανική για τη μεταφορά ξένου γενετικού υλικού σε διαφορετικούς τύπους κυττάρων. Το ξένο θραύσμα DNA εισάγεται στο πλασμίδιο και το μόριο ανασυνδυασμένου DNA μετασχηματίζεται στο κύτταρο δέκτη. Τα μετασχηματισμένα κύτταρα επιλέγονται από την αντίσταση στα αντιβιοτικά του χρησιμοποιούμενου πλασμιδίου.

Αναφορά:

1. Lodish, Harvey. «Κλωνοποίηση DNA με πλασμιδικούς φορείς». Μοριακή κυτταρική βιολογία. 4η έκδοση. , U.S. National Library of Medicine, 1 Ιανουαρίου 1970, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21498/.

Εικόνα Ευγενική προσφορά:

1. "Plasmid (αγγλικά)" Από χρήστη:Spaully στην αγγλική wikipedia – Δική εργασία (CC BY-SA 2.5) μέσω Commons Wikimedia
2. "Εικόνα 17 01 06" Από CNX OpenStax – (CC BY 4.0) μέσω Commons Wikimedia