Cum se utilizează plasmidele în ingineria genetică

Plasmidele sunt un tip de molecule ADN circular, extrachromozomale, găsite în bacterii și în mai multe tipuri de eucariote. Ele sunt un tip de molecule auto-replicative din interiorul celulei și sunt independente de ADN-ul genomic. Prin urmare, ele pot fi utilizate ca purtători de fragmente ADN străine în diferite tipuri de celule în ingineria genetică. Tehnica de biologie moleculară implicată aici este clonarea. Ingineria genetică creează organisme cu caracteristici noi. Aceste organisme noi sunt cunoscute sub numele de organisme modificate genetic (OMG). Acest articol se concentrează asupra procesului de inginerie genetică, care descrie utilizarea plasmidelor în crearea de noi organisme prin modificarea genomului.

Domenii cheie acoperite

1. Ce sunt Plasmidele?
      - Definiție, Caracteristici
2. Cum se utilizează plasmidele în ingineria genetică
     - Procesul de clonare moleculară

Termeni-cheie: clonare, ADN, inginerie genetică, organisme modificate genetic (GMO), plasmide

Ce sunt Plasmidele?

Plasmidele sunt mici molecule de ADN circular care se găsesc în principal în bacterii. Ele sunt elemente ADN extrachromozomale, capabile să se replice independent de genomul bacterian. Genele codificate în plasmide ajută bacteriile să supraviețuiască în condiții de stres. Câteva până la multe copii ale plasmidelor pot să apară în mod natural în interiorul unei celule bacteriene. Plasmidele pot fi utilizate ca vectori care transportă molecule de ADN străine în ambele celule eucariote și procariote. Caracteristicile care ajută plasmidele pentru a fi utilizate ca vectori sunt descrise mai jos.

Caracteristici ale plasmidelor

1. Plasmidele pot fi izolate cu ușurință din celulele bacteriene.
2. Ele sunt celulele auto-replicative.
3. Acestea sunt compuse din situri de restricție unice pentru una sau mai multe enzime de restricție.
4. Introducerea unui fragment de ADN străin nu poate modifica proprietățile de replicare ale plasmidelor.
5. Plasmidele pot fi transformate secvențial în diferite tipuri de celule și transformanții pot fi selectați pe baza proprietăților de rezistență la antibiotice ale plasmidelor transformate.

Figura 1: Plasmide

Cum se utilizează plasmidele în ingineria genetică

Ingineria genetică este modificarea ADN-ului pentru a produce noi tipuri de organisme prin introducerea sau ștergerea genelor. Introducerea genelor se poate face prin intermediul unor vectori cum ar fi plasmidele. Principalele etape ale ingineriei genetice sunt prezentate mai jos.

1. Amplificarea PCR a secvenței ADN țintă
2. Digestia fragmentelor ADN și a plasmidelor prin aceeași enzimă de restricție
3. Ligarea plasmidelor și a fragmentelor de ADN străin, producând molecule de ADN recombinant.
4. Transformarea moleculelor de ADN recombinant într-un tip de celule dorite.
5. Selectarea celulelor transformate.

Cele mai comune vectori utilizați în clonare sunt izolați din E coli. Fiecare plasmidă conține trei regiuni funcționale: originea replicării, o genă responsabilă de rezistența la antibiotice și un situs de recunoaștere a restricției pentru introducerea unei gene străine. O enzimă de restricție specială este utilizată pentru tăierea atât a plasmidului, cât și a fragmentului ADN străin. În timpul digestiei cu restricție, plasmida circulară devine liniară și în timpul ligării, fragmentul ADN străin poate fi inserat în cele două capete, făcând din nou plasmida circulară. Plasmida recombinantă este transformată într-o celulă receptivă care poate fi bacterii, drojdii, plante sau celule animale. Producerea unui număr mare de molecule de ADN recombinant în interiorul celulei receptive este cunoscută ca clonarea. Celulele transformate pot fi identificate prin rezistența la antibiotice a plasmidului. Totuși, transformantul poate conține plasmida reciprocă sau plasmida recombinantă. Ambele tipuri de plasmide prezintă rezistență la antibiotice. Prin urmare, o altă genă, cum ar fi LacZ este necesară pentru identificarea transformanților cu plasmide recombinante. Transformanții cu plasmide recombinante sunt denumiți OMG-uri.

Procesul detaliat al clonării moleculare este prezentat în figura 2.

Figura 2: Clonarea moleculară

Concluzie

Plasmidele sunt molecule de ADN circular care apar în mod natural în bacterii. Acestea conțin gene în principal pentru rezistența la antibiotice. Plasmidele sunt utilizate în ingineria genetică pentru a transfera materialul genetic străin în diferite tipuri de celule. Fragmentul ADN străin este inserat în plasmidă și molecula de ADN recombinant este transformată în celula receptor. Celulele transformate sunt selectate prin rezistența la antibiotice a plasmidului utilizat.  

Referinţă:

1. Lodish, Harvey. "Clonarea ADN-ului cu vectori plasmidici". Biologie celulară moleculară. Ediția a 4-a., Biblioteca Națională de Medicină din S.U.A., 1 ianuarie 1970, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21498/.

Datorită fotografiei:

1. "Plasmid (english)" De Utilizator: Spaully on English wikipedia - Muncă proprie (CC BY-SA 2.5) prin Wikimedia Commons
2. "Figura 17 01 06" Prin CNX OpenStax - (CC BY 4.0) prin Wikimedia Commons