Ποια πλασμίδια είναι και πώς χρησιμοποιούσαν για να συνθέτουν τα βακτηρίδια μια νέα πρωτεΐνη που κανονικά δεν συνθέτουν;

πλασμίδια:μικροσκοπικοί φορείς για μεγάλες αλλαγές

Τα πλασμίδια είναι μικρά, κυκλικά μόρια ϋΝΑ που βρίσκονται σε βακτήρια (και μερικούς άλλους οργανισμούς) που υπάρχουν ξεχωριστά από το κύριο βακτηριακό χρωμόσωμα. Είναι σαν τα μίνι-χρωμοσώματα που μπορούν να αναπαράγουν ανεξάρτητα, μεταφέροντας τα δικά τους γονίδια. Αυτή η ικανότητα αυτο-αντανακλαστικού και το μικρό τους μέγεθος καθιστούν τα ιδανικά εργαλεία για τη γενετική μηχανική.

Πώς χρησιμοποιούνται τα πλασμίδια για την εισαγωγή νέων πρωτεϊνών σε βακτήρια:

1. γονίδιο ενδιαφέροντος: Η αλληλουχία DNA που κωδικοποιεί την επιθυμητή πρωτεΐνη εξάγεται από τον οργανισμό πηγής (π.χ., ένα ανθρώπινο γονίδιο). Αυτό είναι το "γονίδιο ενδιαφέροντος".

2. διάνυσμα πλασμιδίου: Ένα πλασμίδιο επιλέγεται ως "φορέας" για να φέρει το νέο γονίδιο. Ειδικά πλασμίδια έχουν κατασκευαστεί με:

* Προέλευση αναπαραγωγής (ORI): Επιτρέπει στο πλασμίδιο να αναπαράγει ανεξάρτητα μέσα στο βακτηριακό κύτταρο.

* Επιλέξτε δείκτης: Ένα γονίδιο που προσδίδει αντίσταση σε ένα αντιβιοτικό, επιτρέποντας στους ερευνητές να αναγνωρίζουν εύκολα τα βακτήρια που περιέχουν το πλασμίδιο.

* Πολλαπλές θέσεις κλωνοποίησης (MCS): Μια περιοχή με πολλές τοποθεσίες αναγνώρισης ενζύμων περιορισμού, διευκολύνοντας την εισαγωγή του γονιδίου ενδιαφέροντος.

3. Εισαγωγή γονιδίων: Το γονίδιο ενδιαφέροντος εισάγεται στα MCs του πλασμιδίου. Αυτό συχνά συνεπάγεται τη χρήση ενζύμων περιορισμού για να κόψει τόσο το πλασμίδιο όσο και το γονίδιο σε συγκεκριμένες θέσεις, ακολουθούμενη από σύνδεση για να συμμετάσχει μαζί τους.

4. Μετασχηματισμός: Το τροποποιημένο πλασμίδιο εισάγεται σε βακτηριακά κύτταρα μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται μετασχηματισμός. Αυτό μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας μεθόδους όπως θερμικό σοκ ή ηλεκτροδιάτρηση, οι οποίες καθιστούν προσωρινά τη μεμβράνη των βακτηριακών κυττάρων στο DNA.

5. Επιλογή: Τα μετασχηματισμένα βακτήρια αναπτύσσονται σε μια πλάκα άγαρ που περιέχει το αντιβιοτικό που ο επιλεγμένος δείκτης προσδίδει αντίσταση. Μόνο τα βακτήρια που περιέχουν το πλασμίδιο με το νέο γονίδιο θα επιβιώσουν και θα αναπτυχθούν.

6. Έκφραση πρωτεΐνης: Μόλις μέσα στα βακτήρια, το νέο γονίδιο μπορεί να μεταγραφεί σε RNA Messenger (mRNA), το οποίο στη συνέχεια μεταφράζεται στην επιθυμητή πρωτεΐνη. Τα βακτήρια παράγουν τώρα την πρωτεΐνη που δεν συνθέτουν προηγουμένως.

Παράδειγμα:Παραγωγή ινσουλίνης

Ένα κλασικό παράδειγμα είναι η παραγωγή ανθρώπινης ινσουλίνης χρησιμοποιώντας βακτηρίδια. Το γονίδιο για την ανθρώπινη ινσουλίνη εισάγεται σε ένα πλασμίδιο και μετατρέπεται σε *ε. Coli* βακτηρίδια. Αυτά τα βακτηρίδια παράγουν στη συνέχεια την ανθρώπινη ινσουλίνη, η οποία καθαρίζεται και χρησιμοποιείται για τη θεραπεία του διαβήτη.

Οφέλη από τη χρήση πλασμιδίων:

* απόδοση υψηλής πρωτεΐνης: Τα βακτήρια μπορούν να παράγουν μεγάλες ποσότητες της επιθυμητής πρωτεΐνης σε σύντομο χρονικό διάστημα.

* Κόστος-αποτελεσματικότητα: Σε σύγκριση με άλλες μεθόδους παραγωγής πρωτεϊνών, η χρήση βακτηρίων είναι συχνά πιο αποτελεσματική και οικονομικά αποδοτική.

* Απλότητα: Οι εμπλεκόμενες τεχνικές είναι σχετικά απλές, καθιστώντας τις προσβάσιμες σε ερευνητές με διαφορετικά επίπεδα εμπειρίας.

Σημαντικές εκτιμήσεις:

* Επίπεδα έκφρασης: Είναι σημαντικό να βελτιστοποιηθεί η έκφραση του γονιδίου ενδιαφέροντος για την επίτευξη της επιθυμητής απόδοσης πρωτεΐνης.

* Αναδίπλωση και σταθερότητα πρωτεΐνης: Η νέα πρωτεΐνη μπορεί να μην διπλώνει σωστά στο βακτηριακό κύτταρο, οδηγώντας σε ανενεργά ή ακόμα και επιβλαβή προϊόντα.

* Ηθικές ανησυχίες: Υπάρχουν ανησυχίες σχετικά με την πιθανή απελευθέρωση γενετικά τροποποιημένων βακτηρίων στο περιβάλλον.

Συμπέρασμα:

Τα πλασμίδια είναι ισχυρά εργαλεία για τη γενετική μηχανική, επιτρέποντας στους ερευνητές να εισάγουν νέα γονίδια σε βακτήρια, επιτρέποντας την παραγωγή πολύτιμων πρωτεϊνών όπως η ινσουλίνη, τα ένζυμα και άλλα βιομόρια. Επανεξέτασαν την βιοτεχνολογία και έχουν τη δυνατότητα για πολλές εφαρμογές σε διάφορους τομείς.