XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Плазмиды – дополнительные факторы наследственности, расположенные в клетках вне хромосом и представляющие собой кольцевые (замкнутые) или линейные молекулы ДНК. Плазмиды - внехромосомный самовоспроизводящийся генетический элемент (фактор наследственности) бактерий и некоторых др. организмов [4].

Плазмида представляет собой двуцепочечную (редко одноцепочечную), кольцевую или линейную молекулу ДНК. Она лежит свободно в цитоплазме бактерий. Размеры плазмид варьируют от 2 тыс. до нескольких сотен тысяч пар оснований; некоторые из них содержат 1 – 3 гена, другие достигают 10 – 20% размера бактериальной хромосомы [4]. Плазмиды не являются обязательными структурами бактерий.

Плазмиды могут передаваться от одной бактерии к другой двумя путями:

1. Путем прямого контакта одной клетки с другой во время конъюгации – это способ размножения бактерий

2. Путем трансформации, где ДНК проходит через внешнюю среду и вместе с ней может произойти захват плазмиды.

Пламиды в клетке могут выполнять различные функции. Это зависит от того, какие гены они в себе несут.

Плазмиды могут быть такими, как:

• R- плазмиды – это плазмиды, которые несут в себе гены устойчивости к антибиотикам. Бактерии могут быть устойчивы к разным видам антибиотиков, из-за наличия в клетке одной или нескольких плазмид, содержащих гены устойчивости к различным антибиотикам. Это является проблемой в создании препаратов, которые могли бы бороться с болезнетворными бактериями. Эти плазмиды могут передаваться от одной бактерии к другой в процессе трансдукции и не только. Такие плазмиды могут передаваться бактериям разных видов, родов и даже семейств.

• Col-плазмиды – это плазмиды, которые содержат гены, кодирующие белки с антимикробными свойствами. Эти белки называются колицины, они вредны только для близкородственных организмов. Дополнительно в этих плазмидах есть гены, которые отвечают за устойчивость клеток, вырабатывающих этот белок, к колицину. Например, некоторые штаммы Escherichia coli (Кишечная палочка) могут вырабатывать колицины, которые будут уничтожать клетки других штаммов Escherichia coli.

• F-плазмиды – это конъюгативная плазмида. Она участвует в процессе конъюгации. Прокариоты, которые содержат такую плазмиду, называются мужскими F⁺-клетками, а клетки, которые ее не содержат – женскими F- -клетками. Мужские клетки образуют половые пили. С их помощью устанавливается контакт между двумя клетками [3].

Плазмиды характеризуются нестабильностью. Одни плазмиды стабильнее других. На это влияют ее целостность, способность передаваться при делении и скорость роста. Чтобы плазмида сохранилась в популяции, необходима ее передача дочерним клеткам при делении. Скорость роста клеток, которые содержат плазмиду или нет, различаются.

Плазмиды также характеризуются несовместимостью. Иногда в одной клетке не могут существовать друг с другом определенные плазмиды. Такие плазмиды содержат гомологичные последовательности, а также возможно из-за наличия транспозонов и других элементов, которые делают ее нестабильной [1].

Плазмиды используются в генной инженерии. Генная инженерия – это совокупность методов, позволяющих создавать in vitro рекомбинантные молекулы ДНК, с последующей передачей этих новых генетических структур из одного организма в другой. С помощью генной инженерии можно передать отдельные признаки одних организмов другим. ДНК всех организмов с молекулярной точки зрения однотипна, это значит, что возможно соединение фрагментов ДНК из любых организмов [2].

Один из методов – это метод конструирования и переноса рекомбинантных ДНК. Сначала создается вектор генов. Самый удобный вектор – плазмида. Потом происходит разрезание молекул ДНК с помощью ферментов рестриктаз, и затем сшивание нужных фрагментов с помощью лигаз. Результат – рекомбинантная плазмида. Далее полученный вектор вводят в реципиентные клетки с помощью трансформации. Потом происходит отбор бактерий, которые содержат плазмиды с нужным геном. Затем происходит культивирование бактерий.

Также можно соединять разные плазмиды. Плазмиды разрезаются, а затем фрагменты сшиваются, образуются рекомбинантные плазмиды, которые потом вводят в клетку.  Был проведен эксперимент, в котором соединили плазмиды Staphylococcus aureus, устойчивого к пенициллину, и плазмиды штамма Escherichia coli, устойчивого к тетрациклину. Когда гибридные плазмиды были введены в клетки E. coli, полученный штамм оказался устойчивым и к пенициллину, и к тетрациклину. Этот эксперимент, в котором был осуществлен перенос генетической информации между неродственными организмами, позволил предположить, что в клетки бактерии можно вводить молекулы ДНК и высших организмов и что они будут в этих клетках реплицироваться.

Список литературы

1. Гигани О. Б. Плазмиды. — М.: РУСАЙНС, 2017. — 154 с

2. Канапина А. Ш. Изучение природы плазмид B. Subtilis. М.: РАН Институт Общей Генетики имени Н. И. Вавилова, 1995. – С. 1-19.

3. Пехов А. П. Основы плазмидологии. М.: Издательство Российского Университета Дружбы Народов, 1996.

4. Саламатина А.А. Плазмиды бактерий. Их функции и свойства // Молодежь и наука. 2018. - №5. – С. 1-22.