Плазміди бактерій

Відомо, що ядра в еукаріотних клітинах, а нуклеоїди в прокаріот-них є місцем локалізації генетичного матеріалу. Генетичний апарат у бактерій складається з молекули ДНК, замкненої в кільце. Довжина кільця може сягати 1,0—1,4 мм. Воно міститься в нуклеарній ділянці бактеріальної клітини. Гігантська кільцева молекула ДНК, яка скла¬дається із функціонально неоднорідних генетичних детермінант генів, дістала назву бактеріальної хромосоми.

Рис. 1

Бактеріальна клітина, в якій містяться нуклеоїд

(хромосомна ДНК) і плазміда (плазмідна ДНК) .

У багатьох видів бактерій є ще один тип генетичних елементів, що існують у клітині автономно, тобто поза хромосомами. Це плазміди, які є типовими репліконами (О.П.Пехов, 1979). Як і всі реплікони вони мають здатність до саморегуляції незалежно від механізмів, які регулюють розмноження бактеріальної хромосоми. Вважається, що генетична інформація, яка міститься у плазмідах та інших позахромосомних елементах (помірних фагах, транспозомах, IS-елементах), не є обов'язковою для життєдіяльності бактерій. Про¬те ці елементи розширяють можливості існування бактеріального виду.

Плазміда – це позахромосомний генетичний елемент клітини, здатний до самовідтворення. Цей фрагмент ДНК має кільцеву форму і довжину від 2 до 400 тис. пар нуклеотидів. Назву для позахромосомного генетичного матеріалу запропонували у 1952 році американські дослідники Дж. Ледерберг з співавторами.

У одній прокаріотичній клітині може бути близько десяти таких плазмід. Плазміди зустрічаються також у тих компартментах еукаріотичних клітин, які мають власний геном (мітохондріях, пластидах). Це ще один доказ симбіотичного походження мітохондрій. Відповідно до функціональних особливостей, плазміди поділяють на такі основні типи:

• F-плазміди (фертильність або плодючість);

• R-плазміди (резистентність або стійкість до антибіотиків та сульфаніламідних препаратів);

• Col-плазміди (продукують коліцини або бактеріоцини);

• Ti-плазміди (викликають пухлини у вищих рослин).

Плазміди часто реплікуються разом з ДНК хазяїна, але вони не потрібні для виживання його клітини. Деякі вчені розглядають їх як своєрідних внутрішньоклітинних паразитів або симбіонтів, які побудовані більш примітивно, ніж віруси.

Плазміди, переходячи з однієї клітини у іншу, починають інтенсивно розмножуватися. Саме завдяки переміщенню R-плазміди від однієї хвороботворної бактерії до іншої, вони набувають стійкості до дії лікарських препаратів. Це відбувається дуже швидко. Так, наприклад, у 1956 р. у Японії практично не було випадків дизентерії, які б не вилікувалися. Але вже у 1964 р. половина всіх бактеріальних штамів виявилася стійкою до високоефективних раніше антибіотиків.

Висока здатність до самовідтворення, властива плазмідам, знайшла застосування у сучасних біотехнологіях.

Методами генетичної інженерії у клітини-донора “вирізають” необхідний ген. Потім, за допомогою плазміди, його вводять у клітину-реціпієнт. У результаті подібної тонкої операції бактеріальна клітина починає виробляти необхідний продукт у дуже великих кількостях. Таким чином можна не лише різко збільшити виробництво звичайних для даної клітини метаболітів, але і змусити їх виробляти навіть абсолютно невластиві речовини. Так “навчили” E. coli синтезувати білкову частину гемоглобіну кроля.

Молекули ДНК, які складаються з фрагментів геному різних організмів, називаються рекомбінантними ДНК. Плазміди і віруси, які переносять фрагменти ДНК від одного організму до іншого, називаються векторами. Довгий час вчені не розуміли, яким чином відбувається обмін генетичним матеріалом під час кон’югації. Лише розвиток електронної мікроскопії дозволив заглянути у “інтимне” життя мікробів.