Plazmidės

http://bio1151.nicerweb.com/Locked/media/ch20/plasmid.html

Plazmidės ir transpozonai – genetiniai elementai, kurie suteikia papildomų genetinių pasikeitimų mechanizmų. Jų yra tiek prokariotiniuose, tiek eukariotiniuose organizmuose, bet dėmesys bus koncentruotas į prokariotuose esančius elementus.

Plazmidės

Plazmidės yra genus koduojančios, dažniausiai žiedinės DNR, kurios replikuojasi nepriklausomai nuo bakterijų chromosomos. Plazmidžių dydis yra apie 1-5 % bakterijų chromosomos ilgio. Plazmidės dažniausiai identifikuojamos bakterijose, tačiau jų turi ir kai kurie eukariotiniai organizmai, pavyzdžiui, Saccharomyces cerevisiae mielės. 

http://www.whatisbiotechnology.org/index.php/science/summary/plasmid

Ankstesniame įraše aptartas F faktorius yra konjugacinė plazmidė, kuri koduoja lytinių pilių ir plazmidės pernašos į kitą ląstelę genus. Nors ir plazmidės dažniausiai nėra būtinos, esant tam tikroms sąlygoms, genai, koduojami plazmidėse, gali būti itin svarbūs ląstelės išgyvenimui ir augimui. Pavyzdžiui, disimiliacinės plazmidės koduoja fermentus, kurie atsakingi už tam tikrų neįprastų angliavandenių katabolizmą. Kai kurios Pseudomonas genties rūšys gali skaidyti tokias egzotines medžiagas kaip tolueną, kamparą ir naftoje esančius angliavandenius kaip pirminį anglies ir energijos šaltinį, nes jie turi šių medžiagų katabolinius fermentus, kurių genai koduojami plazmidėse. Tokios specifinės savybės leidžia mikroorganizmui išgyventi įvairiose ir kitiems organizmams sudėtingose aplinkose. Dėl jų gebėjimo degraduoti ir detoksikuoti įvairius neįprastus junginius, tokie mikroorganizmai ar jų genai gali būti panaudojami aplinkos taršos valymui.

Kito tipo plazmidės koduoja baltymus, kurie padidina bakterijų patogeniškumą. E. coli kamienas, kuris sukelia naujagimių ir vadinamą keliautojų viduriavimą, turi plazmides, kurios koduoja toksino gamybos ir bakterijos prisitvirtinimo prie žarnyno ląstelių genus. Be šių plazmidžių, E. coli yra nekenksmingas storiosios žarnos gyventojas, o su jomis – patogenas. Kiti plazmidėse koduojami toksinai yra Staphylococcus aureus eksfoliacinis toksinas, Clostridium tetani neurotoksinas ir Bacillus antharis toksinai. Dar kitokios plazmidės koduoja bakteriocinų sintezės genus. Bakteriocinai – toksiniai baltymai, kurie žudo kitas bakterijas. Tokios plazmidės nustatytos daugelyje bakterijų genčių ir naudojamos kaip markeriai, tam tikrų bakterijų identifikavimui klinikinėse laboratorijose.

Atsparumo faktoriai (R (resistance) faktoriai) yra plazmidės, kurios turi didelę medicininę reikšmę. Pirmą kartą tokios plazmidės identifikuotos Japonijoje, šeštajame dešimtmetyje, po kelių dizenterijos epidemijų. Kai kurių epidemijų metu, infekcijos agentas buvo atsparus įprastiems antibiotikams. Atlikus patogeno izoliaciją nustatyta, jog jis taip pat yra atsparus skirtingiems antibiotikams. Be to, kitos normalios bakterijos, išskirtos iš pacientų (pavyzdžiui, E. coli) taip pat pasižymėjo atsparumu antibiotikams. Mokslininkai greitai atrado, jog šios bakterijos įgijo atsparumą per genų plitimą nuo vienų organizmų kitiems. Plazmidės, kurios atliko šį perdavimą, yra R faktoriai.

R faktoriai koduoja genus, kurie ląstelei suteikia atsparumą antibiotikams, sunkiesiems metalams ar ląstelių išskiriamiems toksinams. Dauguma R faktorių turi dviejų tipų genus. Viena grupė yra vadinama atsparumo perdavimo faktorius (RTF), o šiai grupei priklauso genai, atsakingi už plazmidės replikaciją ir konjugaciją. Kita genų grupė – r-determinantė – yra patys atsparumo genai. Šiai grupei priklauso fermentų gamybos, kurie inaktyvina tam tikrus vaistus ar toksines medžiagas, genai. Kai skirtingi R faktoriai būna toje pačioje ląstelėje, tai jie gali rekombinuoti ir taip gali susiformuoti nauji R faktoriai, su naujomis genų kombinacijomis r-determinantėje.

Kai kuriais atvejais, atsparumo genų kaupimasis vienoje plazmidėje yra gena įspūdingas. Pavyzdžiui, paveikslėlyje matome atsparumo plazmidės R100 genetinį žemėlapį. Šioje plazmidėje koduojami sulfonamidų, streptomicino, chlorampfenikolio ir tetraciklino atsparumo genai, taip pat atsparumas gyvsidabriui. Ši plazmidė gali būti pernešta tarp daugelio žarnyno bakterijų, tarp kurių yra Escherichia, Klebsiella ir Salmonella.

R faktoriai sukelia rimtų problemų infekcijas gydant antibiotikais. Platus antibiotikų naudojimas medicinoje ir žemės ūkyje privedė prie lengvo bakterijų, turinčių R faktorius, išgyvenimo, taigi atsparių bakterijų populiacijos yra vis didesnės ir didesnės. Atsparumo pernešimas tarp bakterijų ląstelių populiacijoje, ir netgi tarp skirtingų bakterijų genčių, taip pat prisideda prie problemos. Bakterijų rūšys gali konjuguoti ir perduoti plazmides kitoms rūšims. Neisseria galėjo įgauti penicilinazę (peniciliną skaidantis fermentas) gaminančią plazmidę iš Streptococcus. Nekonjugacinės plazmidės gali būti perduodamos kitoms ląstelėms įsiterpusios į konjugacines plazmides, arba integruoros į chromosomas, arba transformacijos būdu, kai plazmidė yra išleidžiama į aplinką žuvus ląstelei.

https://www.reactgroup.org/toolbox/understand/antibiotic-resistance/mutation-and-selection/

Plazmidės yra labai svarbus įrankis genų inžinerijoje, o tai bus aptarta kitame skyriuje. Na o apie transpozonus - kitame įraše. 

Sekit ir dalinkitės. Iki kito susitikimo :)

Informacijos šaltiniai: 

• Gerard J. Tortora, Berdell R. Funke, Christine L. Case. “Microbiology. An Introduction”. 11th edition. p.235-237