Tại sao plasmid là yếu tố giới tính của vi khuẩn

Tại sao plasmid là yếu tố giới tính của vi khuẩn

Minh họa về một loại vi khuẩn cho thấy DNA nhiễm sắc thể và plasmid. Không theo tỷ lệ.

Một plasmid là một phân tử DNA nhỏ trong một tế bào được tách ra khỏi DNA nhiễm sắc thể và có thể sao chép độc lập. Chúng thường được tìm thấy dưới dạng các phân tử DNA sợi đôi, hình tròn nhỏ ở vi khuẩn; tuy nhiên, plasmid đôi khi có mặt trong vi khuẩn cổ và sinh vật nhân chuẩn. Trong tự nhiên, plasmid thường mang các gen có thể có lợi cho sự sống sót của sinh vật, ví dụ như kháng kháng sinh. Mặc dù nhiễm sắc thể rất lớn và chứa tất cả các thông tin di truyền cần thiết để sống trong điều kiện bình thường, nhưng plasmid thường rất nhỏ và chỉ chứa các gen bổ sung có thể hữu ích cho sinh vật trong một số tình huống hoặc điều kiện cụ thể. Các plasmid nhân tạo được sử dụng rộng rãi như các vectơ trong nhân bản phân tử, phục vụ cho việc sao chép các chuỗi DNA tái tổ hợp trong cơ thể vật chủ. Trong phòng thí nghiệm, plasmid có thể được đưa vào tế bào thông qua biến đổi.

Plasmid được coi là bản sao đơn vị DNA có khả năng sao chép tự chủ trong một vật chủ thích hợp. Tuy nhiên, các plasmid, giống như virut, thường không được phân loại là sự sống. [1] Các plasmid được truyền từ vi khuẩn này sang vi khuẩn khác (thậm chí của một loài khác) chủ yếu thông qua liên hợp. [2] Sự chuyển đổi vật chủ này sang vật chủ di truyền là một cơ chế chuyển gen ngang, và plasmid được coi là một phần của vận động. Không giống như virut (bao bọc vật liệu di truyền của chúng trong lớp vỏ protein bảo vệ gọi là capsid), plasmid là DNA "trần trụi" và không mã hóa các gen cần thiết để bọc vật liệu di truyền để chuyển sang vật chủ mới. Tuy nhiên, một số loại plasmid mã hóa pilus "sex" liên hợp cần thiết cho sự chuyển giao của chúng. Kích thước của plasmid thay đổi từ 1 đến hơn 200 kbp, [3] và số lượng plasmid giống hệt nhau trong một tế bào có thể dao động từ một đến hàng ngàn trong một số trường hợp.

Mối quan hệ giữa vi khuẩn và DNA plasmid không ký sinh cũng không tương hỗ, bởi vì mỗi loại ngụ ý sự hiện diện của một loài độc lập sống trong trạng thái bất lợi hoặc giao tế với sinh vật chủ. Thay vào đó, plasmid cung cấp một cơ chế chuyển gen ngang trong quần thể vi khuẩn và thường cung cấp một lợi thế chọn lọc trong một trạng thái môi trường nhất định. Plasmid có thể mang gen kháng kháng sinh tự nhiên trong môi trường cạnh tranh hoặc protein được sản xuất có thể hoạt động như độc tố trong trường hợp tương tự hoặc cho phép sinh vật sử dụng các hợp chất hữu cơ đặc biệt có lợi khi dinh dưỡng khan hiếm. [4]

Lịch sử [ chỉnh sửa ]

Thuật ngữ plasmid được giới thiệu vào năm 1952 bởi nhà sinh học phân tử người Mỹ Joshua Lederberg để đề cập đến "bất kỳ yếu tố quyết định di truyền ngoại bào nào". thuật ngữ được sử dụng sớm bao gồm bất kỳ vật liệu di truyền vi khuẩn nào tồn tại ngoại bào trong ít nhất một phần của chu kỳ sao chép của nó, nhưng vì mô tả đó bao gồm virus vi khuẩn, khái niệm plasmid đã được tinh chế theo thời gian để bao gồm các yếu tố di truyền sinh sản tự chủ. [6] , người ta đã quyết định rằng thuật ngữ plasmid nên được sử dụng làm thuật ngữ cho yếu tố di truyền ngoại bào, [7] và để disti Đánh lừa nó khỏi virus, định nghĩa được thu hẹp thành các yếu tố di truyền tồn tại độc quyền hoặc chủ yếu bên ngoài nhiễm sắc thể và có thể sao chép một cách tự chủ. [6]

Thuộc tính và đặc điểm [ chỉnh sửa ]

Tại sao plasmid là yếu tố giới tính của vi khuẩn

Các loại tích hợp plasmid vào vi khuẩn chủ: Các plasmid không tích hợp sao chép như với trường hợp hàng đầu, trong khi các episome, ví dụ thấp hơn, có thể tích hợp vào nhiễm sắc thể của vật chủ.

Để các plasmid sao chép độc lập trong một tế bào, chúng phải sở hữu một đoạn DNA có thể đóng vai trò là nguồn gốc của sự sao chép. Đơn vị tự sao chép, trong trường hợp này là plasmid, được gọi là bản sao. Một bản sao vi khuẩn điển hình có thể bao gồm một số yếu tố, chẳng hạn như gen cho protein khởi tạo sao chép đặc hiệu plasmid (Rep), các đơn vị lặp lại được gọi là iterons, hộp DnaA và một khu vực giàu AT liền kề. [6] Các plasmid nhỏ hơn sử dụng của các enzyme sao chép của vật chủ để tạo ra các bản sao của chúng, trong khi các plasmid lớn hơn có thể mang các gen đặc trưng cho sự sao chép của các plasmid đó. Một vài loại plasmid cũng có thể chèn vào nhiễm sắc thể chủ và các plasmid tích hợp này đôi khi được gọi là episome trong prokaryote. [8]

Plasmid hầu như luôn mang ít nhất một gen. Nhiều gen được mang bởi một plasmid có lợi cho các tế bào chủ, ví dụ: cho phép tế bào chủ tồn tại trong một môi trường có thể gây chết người hoặc hạn chế sự phát triển. Một số gen này mã hóa các tính trạng kháng kháng sinh hoặc kháng với kim loại nặng, trong khi các gen khác có thể tạo ra các yếu tố độc lực cho phép vi khuẩn xâm chiếm vật chủ và vượt qua sự phòng vệ của nó, hoặc có chức năng trao đổi chất cụ thể cho phép vi khuẩn sử dụng một chất dinh dưỡng cụ thể, bao gồm khả năng làm suy giảm recalcitrant hoặc các hợp chất hữu cơ độc hại. [6] Plasmid cũng có thể cung cấp cho vi khuẩn khả năng cố định nitơ. Tuy nhiên, một số plasmid không có tác dụng quan sát được trên kiểu hình của tế bào chủ hoặc lợi ích của nó đối với tế bào chủ không thể xác định được và các plasmid này được gọi là plasmid mật mã. [9]

khác nhau rất nhiều trong tính chất vật lý của họ. Kích thước của chúng có thể dao động từ các plasmid nhỏ rất nhỏ dưới 1 cặp kilobase (Kbp), đến các megapixel rất lớn của một vài cặp megabase (Mbp). Ở đầu cuối, rất ít có thể phân biệt giữa một megapixel và một minichromosome. Plasmid thường có hình tròn, nhưng các ví dụ về plasmid tuyến tính cũng được biết đến. Các plasmid tuyến tính này đòi hỏi các cơ chế chuyên biệt để tái tạo các đầu của chúng. [6]

Các plasmid có thể có trong một tế bào riêng lẻ với số lượng khác nhau, từ một đến vài trăm. Số lượng bản sao bình thường của plasmid có thể được tìm thấy trong một tế bào được gọi là số bản sao Plasmid và được xác định bằng cách bắt đầu sao chép được quy định và kích thước của phân tử. Các plasmid lớn hơn có xu hướng có số lượng bản sao thấp hơn. [8] Các plasmid số lượng bản sao thấp chỉ tồn tại dưới dạng một hoặc một vài bản sao trong mỗi vi khuẩn, khi phân chia tế bào, có nguy cơ bị mất ở một trong những vi khuẩn phân tách. Các plasmid sao chép đơn như vậy có các hệ thống cố gắng chủ động phân phối một bản sao cho cả các tế bào con. Các hệ thống này, bao gồm hệ thống parABS và hệ thống parMRC, thường được gọi là hệ thống phân vùng hoặc chức năng phân vùng của một plasmid.

Phân loại và chủng loại [ chỉnh sửa ]

Tại sao plasmid là yếu tố giới tính của vi khuẩn

Tổng quan về sự liên hợp của vi khuẩn

Tại sao plasmid là yếu tố giới tính của vi khuẩn

Tại sao plasmid là yếu tố giới tính của vi khuẩn

Máy vi tính điện tử của một plasmid DNA của vi khuẩn (đoạn nhiễm sắc thể).

Plasmid có thể được phân loại cách Plasmid có thể được phân loại thành plasmid liên hợp và plasmid không liên hợp. Các plasmid liên hợp chứa một bộ gen chuyển hoặc tra gen thúc đẩy sự liên hợp tình dục giữa các tế bào khác nhau. [8] Trong quá trình liên hợp phức tạp, plasmid có thể được chuyển từ vi khuẩn này sang vi khuẩn khác thông qua pili được mã hóa bởi một số vi khuẩn. các gen tra (xem hình). [10] Các plasmid không liên hợp không có khả năng bắt đầu liên hợp, do đó chúng chỉ có thể được chuyển với sự hỗ trợ của các plasmid liên hợp. Một lớp plasmid trung gian có thể vận động được và chỉ mang một tập hợp con các gen cần thiết để chuyển. Chúng có thể ký sinh một plasmid liên hợp, chuyển với tần số cao chỉ khi có mặt.

Plasmid cũng có thể được phân loại thành các nhóm không tương thích. Một vi khuẩn có thể chứa các loại plasmid khác nhau, nhưng các plasmid khác nhau chỉ có thể tồn tại trong một tế bào vi khuẩn nếu chúng tương thích. Nếu hai plasmid không tương thích, cái này hoặc cái kia sẽ nhanh chóng bị mất khỏi tế bào. Do đó, các plasmid khác nhau có thể được gán cho các nhóm không tương thích khác nhau tùy thuộc vào việc chúng có thể cùng tồn tại với nhau hay không. Các plasmid không tương thích (thuộc cùng một nhóm không tương thích) thường chia sẻ cùng một cơ chế sao chép hoặc phân vùng và do đó không thể được giữ lại trong cùng một ô. [11] [12]

] Một cách khác để phân loại plasmid là theo chức năng. Có năm lớp chính:

  • F-plasmids sinh sản, chứa tra gen. Chúng có khả năng liên hợp và dẫn đến sự biểu hiện của pili giới tính.
  • Các plasmid kháng (R), có chứa các gen cung cấp khả năng chống lại kháng sinh hoặc chất độc. Trong lịch sử được gọi là các yếu tố R, trước khi bản chất của plasmid được hiểu.
  • Plasmid col, chứa các gen mã hóa cho các vi khuẩn, protein có thể tiêu diệt các vi khuẩn khác.
  • Các plasmid thoái hóa, cho phép tiêu hóa các chất bất thường, ví dụ toluene và axit salicylic.
  • Plasmid độc lực, biến vi khuẩn thành mầm bệnh.

Plasmid có thể thuộc về nhiều hơn một trong các nhóm chức năng này.

Các vectơ [ chỉnh sửa ]

Các plasmid được chế tạo nhân tạo có thể được sử dụng làm vectơ trong kỹ thuật di truyền. Các plasmid này đóng vai trò là công cụ quan trọng trong phòng thí nghiệm di truyền và công nghệ sinh học, nơi chúng thường được sử dụng để nhân bản và khuếch đại (tạo ra nhiều bản sao) hoặc thể hiện các gen đặc biệt. [13] Nhiều loại plasmid có sẵn trên thị trường cho các mục đích sử dụng đó. Các gen được sao chép thường được đưa vào một plasmid thường chứa một số tính năng để sử dụng. Chúng bao gồm một gen liên quan đến tính kháng với các loại kháng sinh đặc biệt (ampicillin được sử dụng thường xuyên nhất cho các chủng vi khuẩn), nguồn gốc của sự sao chép để cho phép các tế bào vi khuẩn sao chép DNA plasmid và một vị trí thích hợp để nhân bản (gọi là vị trí nhân bản ).

Sự mất ổn định cấu trúc DNA có thể được định nghĩa là một chuỗi các sự kiện tự phát mà đỉnh điểm là sự sắp xếp lại không lường trước, mất hoặc thu được vật liệu di truyền. Các sự kiện như vậy thường được kích hoạt bởi sự hoán vị của các yếu tố di động hoặc bởi sự hiện diện của các yếu tố không ổn định như cấu trúc không chính tắc (không B). Các khu vực phụ kiện liên quan đến xương sống của vi khuẩn có thể tham gia vào một loạt các hiện tượng mất ổn định cấu trúc. Các chất xúc tác nổi tiếng về sự mất ổn định di truyền bao gồm lặp lại trực tiếp, đảo ngược và song song, được biết là dễ thấy trong một số lượng lớn các vectơ nhân bản và biểu hiện có sẵn trên thị trường. [14] Trình tự chèn cũng có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến chức năng và năng suất plasmid. để xóa và sắp xếp lại, kích hoạt, điều hòa giảm hoặc bất hoạt biểu hiện gen lân cận. [15] Do đó, việc giảm hoặc loại bỏ hoàn toàn các chuỗi xương sống không mã hóa bên ngoài sẽ làm giảm đáng kể xu hướng cho các sự kiện đó xảy ra, và do đó, tái tổ hợp tổng thể tiềm năng của plasmid. [16][17]

Tại sao plasmid là yếu tố giới tính của vi khuẩn

Một đại diện sơ đồ của plasmid pBR322, một trong những plasmid đầu tiên được sử dụng rộng rãi như một vector nhân bản. Trên sơ đồ plasmid là các gen được mã hóa ( amp và tet cho khả năng kháng ampicillin và tetracycline tương ứng), nguồn gốc sao chép của nó ( ori ) và nhiều hạn chế khác nhau các trang web (được chỉ định bằng màu xanh lam).

Nhân bản [ chỉnh sửa ]

Plasmid là các vectơ nhân bản được sử dụng phổ biến nhất của vi khuẩn. [18] được chèn vào, ví dụ như một trang web nhân bản hoặc polylinker có một số vị trí hạn chế thường được sử dụng mà các đoạn DNA có thể được nối. Sau khi gen quan tâm được chèn vào, các plasmid được đưa vào vi khuẩn bằng một quá trình gọi là biến đổi. Các plasmid này chứa một chất đánh dấu có thể lựa chọn, thường là gen kháng kháng sinh, giúp vi khuẩn có khả năng sống sót và sinh sôi nảy nở trong môi trường tăng trưởng chọn lọc có chứa các loại kháng sinh đặc biệt. Các tế bào sau khi biến đổi được tiếp xúc với môi trường chọn lọc và chỉ có các tế bào chứa plasmid mới có thể tồn tại. Theo cách này, kháng sinh hoạt động như một bộ lọc để chỉ chọn vi khuẩn chứa DNA plasmid. Vectơ cũng có thể chứa các gen đánh dấu hoặc gen phóng viên khác để tạo điều kiện lựa chọn plasmid với nhân bản vô tính. Vi khuẩn có chứa plasmid sau đó có thể được phát triển với số lượng lớn, được thu hoạch và plasmid quan tâm sau đó có thể được phân lập bằng các phương pháp điều chế plasmid khác nhau.

Một vectơ nhân bản plasmid thường được sử dụng để nhân bản các đoạn DNA lên đến 15 kbp. [19] Để sao chép DNA dài hơn, phage lambda với gen lysogeny đã bị xóa, cosmids, nhiễm sắc thể nhân tạo của vi khuẩn hoặc nhiễm sắc thể nhân tạo được sử dụng.

Sản xuất protein [ chỉnh sửa ]

Một công dụng chính khác của plasmid là tạo ra một lượng lớn protein. Trong trường hợp này, các nhà nghiên cứu phát triển vi khuẩn có chứa một plasmid chứa gen quan tâm. Giống như vi khuẩn tạo ra protein để tạo ra tính kháng kháng sinh, nó cũng có thể được tạo ra để tạo ra một lượng lớn protein từ gen được chèn vào. Đây là một cách rẻ tiền và dễ dàng để sản xuất hàng loạt protein, mã gen, ví dụ, insulin.

Liệu pháp gen [ chỉnh sửa ]

Plasmid cũng có thể được sử dụng để chuyển gen vào tế bào người như là phương pháp điều trị tiềm năng trong liệu pháp gen để nó có thể biểu hiện protein thiếu trong tế bào . Một số chiến lược của liệu pháp gen đòi hỏi phải chèn các gen trị liệu vào các vị trí mục tiêu nhiễm sắc thể được chọn trước trong bộ gen của con người. Các vectơ plasmid là một trong nhiều phương pháp có thể được sử dụng cho mục đích này. Các hạt nhân ngón tay kẽm (ZFN) cung cấp một cách để phá vỡ chuỗi kép cụ thể tại chỗ đối với bộ gen DNA và gây ra sự tái hợp tương đồng. Plasmid mã hóa ZFN có thể giúp đưa một gen trị liệu đến một vị trí cụ thể để tránh tổn thương tế bào, đột biến gây ung thư hoặc đáp ứng miễn dịch. [20]

Các mô hình bệnh tật [ chỉnh sửa ]

Plasmid trong lịch sử được sử dụng để thiết kế di truyền các tế bào gốc phôi của chuột để tạo ra các mô hình bệnh di truyền chuột. Hiệu quả hạn chế của các kỹ thuật dựa trên plasmid đã ngăn cản việc sử dụng chúng trong việc tạo ra các mô hình tế bào người chính xác hơn. Tuy nhiên, sự phát triển trong các kỹ thuật tái tổ hợp virus liên quan đến Adeno và các hạt nhân ngón tay Kẽm đã cho phép tạo ra một thế hệ mới của các mô hình bệnh nhân tạo ở người.

Episomes [ chỉnh sửa ]

Thuật ngữ episome được giới thiệu bởi François Jacob và Élie Wollman vào năm 1958 để đề cập đến vật liệu di truyền ngoài nhiễm sắc thể có thể sao chép một cách tự động hoặc được tích hợp vào nhiễm sắc thể. [21][22] Kể từ khi thuật ngữ này được giới thiệu, tuy nhiên, việc sử dụng nó đã thay đổi, vì plasmid đã trở thành thuật ngữ ưa thích để sao chép DNA ngoại bào tự động. Tại một hội nghị chuyên đề năm 1968 ở Luân Đôn, một số người tham gia cho rằng thuật ngữ episome bị bỏ rơi, mặc dù những người khác tiếp tục sử dụng thuật ngữ này với một sự thay đổi trong ý nghĩa. [23]

Ngày nay, một số tác giả sử dụng episome trong bối cảnh prokaryote để chỉ một plasmid có khả năng tích hợp vào nhiễm sắc thể. Các plasmid tích hợp có thể được sao chép và duy trì ổn định trong một tế bào qua nhiều thế hệ, nhưng luôn ở một giai đoạn nào đó chúng tồn tại như một phân tử plasmid độc lập. [25] Trong bối cảnh của sinh vật nhân chuẩn, thuật ngữ episomes được sử dụng để có nghĩa là một phân tử DNA tuần hoàn khép kín không tích hợp có thể được sao chép trong nhân. [26][27] Virus là những ví dụ phổ biến nhất về điều này, chẳng hạn như herpesvirus, adenovirus và polyomavirus, nhưng một số là plasmid. Các ví dụ khác bao gồm các đoạn nhiễm sắc thể bất thường, chẳng hạn như nhiễm sắc thể phút, có thể phát sinh trong quá trình khuếch đại gen nhân tạo hoặc trong các quá trình bệnh lý (ví dụ: biến đổi tế bào ung thư). Các episome ở sinh vật nhân chuẩn hoạt động tương tự như plasmid ở sinh vật nhân sơ ở chỗ DNA được duy trì ổn định và được sao chép với tế bào chủ. Các biểu hiện virus tế bào chất (như trong nhiễm trùng poxvirus) cũng có thể xảy ra. Một số episome, chẳng hạn như herpesvirus, sao chép theo cơ chế vòng tròn lăn, tương tự như virus phage của vi khuẩn. Những người khác sao chép thông qua cơ chế sao chép hai chiều ( Loại theta plasmid). Trong cả hai trường hợp, episome vẫn tách biệt về mặt vật lý với nhiễm sắc thể tế bào chủ. Một số virus ung thư, bao gồm virus Epstein-Barr và herpesvirus liên quan đến sarcoma của Kaposi, được duy trì dưới dạng các episome tiềm ẩn, nhiễm sắc thể trong các tế bào ung thư, trong đó các virus biểu hiện gen gây ung thư thúc đẩy sự tăng sinh tế bào ung thư. Trong ung thư, các episome này sao chép thụ động cùng với nhiễm sắc thể chủ khi tế bào phân chia. Khi các episome virus này bắt đầu sao chép lylic để tạo ra nhiều hạt virus, chúng thường kích hoạt các cơ chế bảo vệ miễn dịch bẩm sinh tế bào giết chết tế bào chủ.

Bảo trì plasmid [ chỉnh sửa ]

Một số plasmid hoặc máy chủ vi sinh vật bao gồm hệ thống gây nghiện hoặc hệ thống tiêu diệt sau khi tổng hợp (PSK), chẳng hạn như giết chết / ức chế máy chủ ) hệ thống của plasmid R1 trong Escherichia coli . [28] Biến thể này tạo ra cả chất độc tồn tại lâu và thuốc giải độc ngắn. Một số loại hệ thống nghiện plasmid (độc tố / antitoxin, hệ thống ORT dựa trên chuyển hóa) đã được mô tả trong tài liệu [29] và được sử dụng trong các ứng dụng công nghệ sinh học (lên men) hoặc y sinh (liệu pháp vắc-xin). Các tế bào con gái giữ lại một bản sao của plasmid tồn tại, trong khi một tế bào con không thừa hưởng plasmid sẽ chết hoặc bị giảm tốc độ tăng trưởng do chất độc còn sót lại từ tế bào cha. Cuối cùng, năng suất tổng thể có thể được nâng cao.

Ngược lại, hầu như tất cả các plasmid được sử dụng công nghệ sinh học (như pUC18, pBR322 và vec tơ dẫn xuất) không chứa các hệ thống nghiện độc tố-kháng độc tố và do đó cần phải được giữ dưới áp lực kháng sinh để tránh mất plasmid.

Các plasmid nấm men [ chỉnh sửa ]

Nấm men tự nhiên chứa nhiều plasmid khác nhau. Đáng chú ý trong số đó là 2 plasmid – các plasmid tròn nhỏ thường được sử dụng cho kỹ thuật di truyền của nấm men – và các plasmid pGKL tuyến tính từ Kluyveromyces lactis chịu trách nhiệm cho kiểu hình kẻ giết người. [30] 19659003] Các loại plasmid khác thường liên quan đến các vectơ nhân bản men bao gồm:

  • Plasmid tổng hợp nấm men (YIp) các vec tơ nấm men dựa vào sự tích hợp vào nhiễm sắc thể của vật chủ để tồn tại và sao chép, và thường được sử dụng khi nghiên cứu chức năng của gen solo hoặc khi gen độc hại. Cũng được kết nối với gen URA3, mã hóa một enzyme liên quan đến sinh tổng hợp nucleotide pyrimidine (T, C);
  • Plasmid sao chép men (YRp) vận chuyển một chuỗi DNA nhiễm sắc thể bao gồm một chuỗi nhiễm sắc thể nguồn gốc nhân rộng. Các plasmid này kém ổn định hơn, vì chúng có thể bị mất trong quá trình nảy chồi.

Như đã nói ở trên, plasmid thường được sử dụng để tinh chế một chuỗi cụ thể, vì chúng có thể dễ dàng được tinh chế khỏi phần còn lại của bộ gen. Để sử dụng làm vectơ và để nhân bản phân tử, plasmid thường cần phải được phân lập.

Có một số phương pháp để phân lập DNA plasmid khỏi vi khuẩn, các nguyên mẫu trong số đó là miniprep maxiprep / Bulkprep . có thể được sử dụng để nhanh chóng tìm ra liệu plasmid có đúng trong bất kỳ bản sao nào của vi khuẩn hay không. Sản lượng là một lượng nhỏ DNA plasmid không tinh khiết, đủ để phân tích bằng cách tiêu hóa hạn chế và cho một số kỹ thuật nhân bản.

Sau này, khối lượng huyền phù vi khuẩn lớn hơn nhiều được phát triển từ đó có thể thực hiện chuẩn bị maxi. Về bản chất, đây là một miniprep được nhân rộng theo sau là thanh lọc bổ sung. Điều này dẫn đến số lượng tương đối lớn (vài trăm microgam) DNA plasmid rất tinh khiết.

Trong thời gian gần đây, nhiều bộ dụng cụ thương mại đã được tạo ra để thực hiện chiết xuất plasmid ở nhiều quy mô, độ tinh khiết và mức độ tự động hóa khác nhau. Các dịch vụ thương mại có thể chuẩn bị DNA plasmid với giá niêm yết dưới 300 đô la / mg với số lượng milligram và 15 đô la / mg về số lượng gram (đầu năm 2007 [update]).

Sự phù hợp [ chỉnh sửa ]

DNA plasmid có thể xuất hiện ở một trong năm sự phù hợp, (với kích thước nhất định) chạy ở tốc độ khác nhau trong gel trong quá trình điện di. Sự phù hợp được liệt kê dưới đây theo thứ tự di động điện di (tốc độ cho một điện áp ứng dụng nhất định) từ chậm nhất đến nhanh nhất:

  • DNA có hình tròn mở DNA có một sợi bị cắt.
  • Thông tư thư giãn DNA hoàn toàn nguyên vẹn với cả hai sợi không bị cắt, nhưng đã bị cắt bỏ (siêu loại bỏ). Điều này có thể được mô hình hóa bằng cách để một sợi dây mở rộng xoắn giãn ra và thư giãn và sau đó cắm nó vào chính nó.
  • Tuyến tính DNA có kết thúc miễn phí, vì cả hai sợi đã bị cắt hoặc do DNA bị tuyến tính in vivo . Điều này có thể được mô hình hóa bằng một dây nối điện không được cắm vào chính nó.
  • Supercoiled (hoặc DNA khép kín hóa trị ) DNA hoàn toàn nguyên vẹn với cả hai sợi không bị cắt một xoắn không thể thiếu, dẫn đến một hình thức nhỏ gọn. Điều này có thể được mô hình hóa bằng cách xoắn một sợi dây mở rộng và sau đó cắm nó vào chính nó.
  • DNA bị biến tính siêu lọc DNA giống như DNA siêu tải nhưng có các vùng không ghép đôi; điều này có thể xảy ra do độ kiềm quá mức trong quá trình điều chế plasmid.

Tốc độ di chuyển của các đoạn tuyến tính nhỏ tỷ lệ thuận với điện áp đặt ở điện áp thấp. Ở điện áp cao hơn, các mảnh lớn hơn di chuyển với tốc độ tăng liên tục nhưng khác nhau. Do đó, độ phân giải của gel giảm khi điện áp tăng.

Ở một điện áp thấp, chỉ định, tốc độ di chuyển của các đoạn DNA tuyến tính nhỏ là một hàm của độ dài của chúng. Các đoạn tuyến tính lớn (trên 20 kb hoặc hơn) di chuyển với tốc độ cố định nhất định bất kể chiều dài. Điều này là do các phân tử 'hồi sinh', với phần lớn phân tử theo đầu cuối thông qua ma trận gel. Các tiêu hóa hạn chế thường được sử dụng để phân tích các plasmid tinh khiết. Những enzyme này đặc biệt phá vỡ DNA ở một số trình tự ngắn nhất định. Các mảnh tuyến tính thu được tạo thành 'dải' sau khi điện di gel. Có thể làm sạch một số đoạn nhất định bằng cách cắt các dải ra khỏi gel và hòa tan gel để giải phóng các đoạn DNA.

Do cấu tạo chặt chẽ, DNA siêu tải di chuyển nhanh hơn qua gel so với DNA tuyến tính hoặc vòng tròn mở.

Phần mềm cho tin sinh học và thiết kế [ chỉnh sửa ]

Việc sử dụng plasmid như một kỹ thuật trong sinh học phân tử được hỗ trợ bởi phần mềm tin sinh học. Các chương trình này ghi lại trình tự DNA của các vectơ plasmid, giúp dự đoán các vị trí cắt của các enzyme cắt giới hạn và lập kế hoạch thao tác. Ví dụ về các gói phần mềm xử lý các bản đồ plasmid là ApE, Clone Manager, GeneCon cảnKit, Geneious, Genome Compiler, LabGenius, Lasergene, MacVector, pDraw32, serial Cloner, VectorFriends, Vector NTI và WebDSV. Những phần mềm này giúp tiến hành toàn bộ các thí nghiệm trong silico trước khi thực hiện các thí nghiệm ướt. [31]

Các bộ sưu tập plasmid [ chỉnh sửa ]

Nhiều plasmid đã được tạo ra trong nhiều năm và các nhà nghiên cứu đã đưa ra plasmid cho cơ sở dữ liệu plasmid chẳng hạn như các tổ chức phi lợi nhuận Addgene và BCCM / LMBP. Người ta có thể tìm và yêu cầu các plasmid từ các cơ sở dữ liệu đó để tiếp tục nghiên cứu. Nhà nghiên cứu cũng thường tải lên các chuỗi plasmid trong cơ sở dữ liệu NCBI. Sử dụng cơ sở dữ liệu NCBI, các chuỗi plasmid cụ thể có thể được tra cứu.

Xem thêm [ chỉnh sửa ]

Tài liệu tham khảo [ chỉnh sửa ]

  1. ^ Sinkovics, J; Harvestath J; Horak A. (1998). "Nguồn gốc và sự phát triển của virus (một đánh giá)". Acta Microbiologica et Immunologica Hungarica . 45 (3ùn4): 349 Tắt90. PMID 9873943.
  2. ^ Smillie, Chris; Garcillán-Barcia, M. Pilar; Francia, M. Victoria; Rocha, Eduardo P. C.; Cruz, Fernando de la (ngày 1 tháng 9 năm 2010). "Tính di động của Plasmid". Đánh giá vi sinh và phân tử sinh học . 74 (3): 434 phép52. doi: 10.1128 / MMBR.00020-10. ISSN 1092-2172. PMC 2937521 . PMID 20805406.
  3. ^ Thomas, Christopher M; Mùa hè, David (2008). Plasmid vi khuẩn . Bách khoa toàn thư về khoa học sự sống . doi: 10.1002 / YAM470015902.a0000468.pub2. Sê-ri 980-0470016176.
  4. ^ Wolfgang Schumann (2008). "Chương 1 – Escherichia coli Nhân bản và biểu hiện vectơ". Trong Georg Lipps. Plasmid: Nghiên cứu hiện tại và xu hướng tương lai . Caister Báo chí học thuật. trang 1 Tiếng2. ISBN 97-1-904455-35-6. CS1 duy trì: Sử dụng tham số biên tập viên (liên kết)
  5. ^ Lederberg J (1952). "Di truyền tế bào và cộng sinh di truyền". Vật lý trị liệu. Rev . 32 (4): 403 Chiếc430. CiteSeerX 10.1.1.458.985 . doi: 10.1152 / Physrev.1952.32.4.403. PMID 13003535.
  6. ^ a b c e Finbarr Hayes (2003). "Chương 1 – Chức năng và tổ chức của Plasmid". Trong Nicola Casali, Andrew Presto. E. Coli Plasmid vectơ: Phương pháp và ứng dụng . Các phương pháp trong sinh học phân tử. 235 . Báo chí Humana. tr.115. ISBN 97-1-58829-151-6. CS1 duy trì: Sử dụng tham số trình chỉnh sửa (liên kết)
  7. ^ Stanley Falkow. "Bộ gen của vi sinh vật: Đứng trên vai người khổng lồ". Hiệp hội Vi sinh học .
  8. ^ a b c A. Nâu (2010). "Chương 2 – Các vectơ cho nhân bản gen: Plasmid và vi khuẩn". Phân tích gen và phân tích DNA: Giới thiệu (tái bản lần thứ 6). Wiley-Blackwell. Sê-ri 980-1405181730.
  9. ^ David Summers (1996). "Chương 1 – Chức năng và tổ chức của Plasmid". Sinh học của Plasmid . Wiley-Blackwell; Ấn bản đầu tiên. trang 21 Tiếng22. SĐT 980-0632034369.
  10. ^ David P. Clark; Nanette Jean Pazdernik (2012). Sinh học phân tử (tái bản lần 2). Tế bào học thuật. tr. 795. ISBN 976-0123785947.
  11. ^ Margaret C. M. Smith và R. Elizabeth Sockett, eds. (1999). Phương pháp di truyền cho sinh vật nhân sơ đa dạng . Các phương pháp trong Vi sinh vật học, tập. 29. Báo chí học thuật. tr 75 757777. Sê-ri 980-0-12-652340-9. CS1 duy trì: Sử dụng tham số biên tập viên (liên kết)
  12. ^ Morgan, Kendall. "Plasmids 101: Nguồn gốc của sự sao chép". addgene.org .
  13. ^ a b Russell, David W.; Sambrook, Joseph (2001). Nhân bản vô tính phân tử: hướng dẫn sử dụng trong phòng thí nghiệm . Cảng suối nước lạnh, N.Y: Phòng thí nghiệm cảng suối nước lạnh.
  14. ^ Oliveira, Pedro H.; Prather, Kristala Jones; Prazeres, Duarte M. F.; Monteiro, Gabriel A. (2010-08-01). "Phân tích lặp lại DNA trong các plasmid vi khuẩn cho thấy tiềm năng cho các sự kiện mất ổn định tái phát". Ứng dụng vi sinh và công nghệ sinh học . 87 (6): 2157 Vang2167. doi: 10.1007 / s00253-010-2671-7. ISSN 1432-0614.
  15. ^ Gonçalves, Geisa A. L.; Oliveira, Pedro H.; Gomes, Ana G.; Prather, Kristala L. J.; Lewis, Leslie A.; Prazeres, Duarte M. F.; Monteiro, Gabriel A. (2014-08-01). "Bằng chứng là các sự kiện chèn của chuyển vị IS2 bị thiên lệch về sự dịch chuyển thành phần đột ngột trong DNA đích và được điều chỉnh bởi một tập hợp các tham số nuôi cấy khác nhau". Ứng dụng vi sinh và công nghệ sinh học . 98 (15): 6609 Ảo6619. doi: 10.1007 / s00253-014-5695-6. ISSN 1432-0614.
  16. ^ Mairhofer, Juergen; Oliveira, Pedro H. (2013-09-01). "Các plasmid không có chất đánh dấu cho các ứng dụng công nghệ sinh học – ý nghĩa và quan điểm". Xu hướng trong công nghệ sinh học . 31 (9): 539 Ảo547. doi: 10.1016 / j.tibtech.2013.06.001. ISSN 0167-7799.
  17. ^ Monteiro, Gabriel A.; Prazeres, Duarte M. F.; Prather, Kristala Jones; Oliveira, Pedro H. (2009-09-01). "Sự mất ổn định về cấu trúc của dược phẩm sinh học plasmid: những thách thức và ý nghĩa". Xu hướng trong công nghệ sinh học . 27 (9): 503 Ảo511. doi: 10.1016 / j.tibtech.2009.06.004. ISSN 0167-7799. PMID 19656584.
  18. ^ Uldis N. Streips, Ronald E. Yasbin, biên tập. (2002). Di truyền vi sinh vật hiện đại (tái bản lần 2). Wiley-Blackwell. tr. 248. ISBN 976-0471386650. CS1 duy trì: Sử dụng tham số biên tập viên (liên kết)
  19. ^ Andrew Preston (2003). "Chương 2 – Chọn một Vector nhân bản". Ở Nicola Casali, Andrew Preston. E. Coli Plasmid vectơ: Phương pháp và ứng dụng . Các phương pháp trong Sinh học phân tử, Tập. 235. Báo chí Humana. trang 19 Tiếng26. ISBN 97-1-58829-151-6. CS1 duy trì: Sử dụng tham số biên tập viên (liên kết)
  20. ^ Kandavelou K, Chandrasegaran S (2008). "Plasmid cho liệu pháp gen". Plasmid: Nghiên cứu hiện tại và xu hướng tương lai . Caister Báo chí học thuật. Sê-ri 980-1-904455-35-6.
  21. ^ Morange M (2009). "Lịch sử cho chúng ta biết XIX. Khái niệm về tình tiết" (PDF) . Tạp chí khoa học sinh học . 34 (6): 845 Cách8. doi: 10.1007 / s12038-009-0098-z. PMID 20093737. (Yêu cầu đăng ký ( giúp đỡ )) . ]Comptes Rendus de l'Académie des Sciences de Paris247 (1): 154–156, PMID 13561654
  22. ^ Hayes, W (1969). "What are episomes and plasmids?". In Gordon E. W. Wolstenholme; Maeve O'Connor. Bacterial Episomes and Plasmids (CIBA Foundation Symposium). pp. 4–8. ISBN 978-0700014057.
  23. ^ Gordon E. W. Wolstenholme; Maeve O'Connor, eds. (1969). Bacterial Episomes and Plasmids (CIBA Foundation Symposium). pp. 244–245. ISBN 978-0700014057.
  24. ^ T. A. Brown (2011). Introduction to Genetics: A Molecular Approach. Garland Science. tr. 238. ISBN 978-0815365099.
  25. ^ Kathleen Van Craenenbroeck, Peter Vanhoenacker and Guy Haegeman (2000). "Episomal vectors for gene expression in mammalian cells". Eur. J. Biochem. 267 (18): 5665–5678. doi:10.1046/j.1432-1327.2000.01645.x. PMID 10971576.CS1 maint: Uses authors parameter (link)
  26. ^ Colosimo A1, Goncz KK, Holmes AR, Kunzelmann K, Novelli G, Malone RW, Bennett MJ, Gruenert DC. (2000). "Transfer and expression of foreign genes in mammalian cells" (PDF). BioTechniques. 29 (2): 314–8, 320–2, 324 passim. doi:10.2144/00292rv01. PMID 10948433. Archived from the original (PDF) on 24 July 2011.CS1 maint: Multiple names: authors list (link)
  27. ^ Gerdes K, Rasmussen PB, Molin S (1986). "Unique type of plasmid maintenance function: postsegregational killing of plasmid-free cells". Proc. Natl. Học viện Khoa học U.S.A. 83 (10): 3116–20. Bibcode:1986PNAS…83.3116G. doi:10.1073/pnas.83.10.3116. PMC 323463. PMID 3517851.
  28. ^ Kroll J, Klinter S, Schneider C, Voß I, Steinbüchel A (2010). "Plasmid addiction systems: perspectives and applications in biotechnology". Microb. Biotechnol. 3 (6): 634–657. doi:10.1111/j.1751-7915.2010.00170.x. PMC 3815339. PMID 21255361.
  29. ^ Gunge, N; Murata, K; Sakaguchi, K (July 1982). "Transformation of Saccharomyces cerevisiae with linear DNA killer plasmids from Kluyveromyces lactis". Journal of Bacteriology. 151 (1): 462–4. PMC 220260. PMID 7045080.
  30. ^ "Vector NTI feedback video". The DNA Lab.

Further reading[edit]

  • Klein, Donald W.; Prescott, Lansing M.; Harley, John (1999). Microbiology. Boston: WCB/McGraw-Hill.
  • Smith, Christopher U. M. Elements of Molecular Neurobiology. Wiley. pp. 101, 111.
  • Albert G. Moat; John W. Foster; Michael P. Spector (2002). Microbial Physiology. Wiley-Liss. ISBN 978-0-471-39483-9.

Episomes[edit]

  • Piechaczek C, Fetzer C, Baiker A, Bode J, Lipps HJ (1999). "A vector based on the SV40 origin of replication and chromosomal S/MARs replicates episomally in CHO cells". Nucleic Acids Res. 27 (2): 426–428. doi:10.1093/nar/27.2.426. PMC 148196. PMID 9862961.
  • Bode J; Fetzer CP; Nehlsen K; Scinteie M; Hinrichsen B-H; Baiker A; Piechazcek C; Benham C; Lipps HJ (2001). "The Hitchhiking principle: Optimizing episomal vectors for the use in gene therapy and biotechnology" (PDF). Gene Ther Mol Biol. 6: 33–46. Archived from the original (PDF) on 30 May 2009.
  • Nehlsen K, Broll S, Bode J (2006). "Replicating minicircles: Generation of nonviral episomes for the efficient modification of dividing cells" (PDF). Gene Ther Mol Biol. 10: 233–244. Archived from the original (PDF) on 30 May 2009.
  • Ehrhardt A, Haase R, Schepers A, Deutsch MJ, Lipps HJ, Baiker A (2008). "Episomal vectors for gene therapy". Curr Gene Ther. 8 (3): 147–161. doi:10.2174/156652308784746440. PMID 18537590. Archived from the original on 26 September 2011.
  • Argyros O, Wong SP, Niceta M, Waddington SN, Howe SJ, Coutelle C, Miller AD, Harbottle RP (2008). "Persistent episomal transgene expression in liver following delivery of a scaffold/matrix attachment region containing non-viral vector". Gene Therapy. 15 (24): 1593–1605. doi:10.1038/gt.2008.113. PMID 18633447.
  • Wong SP, Argyros O, Coutelle C, Harbottle RP (2009). "Strategies for the episomal modification of cells". Current Opinion in Molecular Therapeutics. 11 (4): 433–441. PMID 19649988. Archived from the original on 17 September 2011.
  • Haase R, Argyros O, Wong SP, Harbottle RP, Lipps HJ, Ogris M, Magnusson T, Vizoso Pinto MG, Haas J, Baiker A (2010). "pEPito: a significantly improved non-viral episomal expression vector for mammalian cells" (PDF). BMC Biotechnol. 10: 433–441. doi:10.1186/1472-6750-10-20. PMC 2847955. PMID 20230618.