Основы молекулярной биологии - В.И. Резяпкин 2009

Мобильные генетические элементы
Плазмиды

В бактериальных клетках присутствуют внехромосомные факторы наследственности - плазмиды. Они способны переносить генетическую информацию от одной бактерии в другую. Существуют плазмиды, способные обратимо интегрировать в хромосому. Их называют - эписомы. Эписомы, обычно, содержат IS- или Tn-элементы, благодаря которым они могут включаться в состав хромосомы.

Размер ДНК плазмид составляет 0,1 - 5 % размера хромосомы. Плазмиды в большинстве случаев кольцевые, ковалентнозамкнутые, суперсперализованные молекулы ДНК. Однако, существуют и линейные плазмиды, у таких плазмид концы защищены белками или соединены ковалентно. Плазмиды несут гены, необязательные для бактерий: гены устойчивости к антибиотикам; гены устойчивости к тяжелым металлам и другим ядам; гены токсинов; гены, позволяющие бактериям использовать нетрадиционные субстраты; другие гены.

Плазмиды для своей репликации используют клеточный репликативный аппарат. Следуют отметить, что их репликация протекает независимо от репликации хромосомы. Каждая плазмида представляет собой репликон, репликация которого находится под контролем, поэтому каждая плазмида в клетке бактерии представлена определенным числом копий. В связи с этим различают:

а) однокопийные плазмиды - представлены в клетке одной копией на клетку;

б) мультикопийные плазмиды, присутствуют в клетке обычно в 10 - 20 копиях;

в) плазмиды с ослабленным контролем репликации, они могут накапливаться в клетке до 1000 копий.

Плазмиды могут передаваться от одной бактерии к другой при конъюгации. В связи с этим различают трансмиссивные плазмиды. Эти плазмиды содержат tra-гены, кодирующие образование половых пилей на поверхности клеток. Посредством этих структур бактериальная клетка способна связаться с бесплазмидной бактерией и образовать мостик, через который плазмидная ДНК транспортируется в бесплазмидную клетку. Кроме трансмиссивных плазмид существуют мобилизуемые плазмиды. Последние не содержат tra-генов, но способны использовать аппарат конъюгации трансмиссивных плазмид для перемещения из одной клетки в другую.

В процессе передачи плазмидной ДНК из одной клетке в другую специальный белок вносит разрыв в одну из цепей ДНК и ковалентно присоединяется к ее 5’-концу. Затем эта цепь переносится через мостик в реципиентную клетку. Вторая комплементарная цепь остается в донорской клетке. Далее ферментативный аппарат синтеза ДНК, используя в качестве матрицы одноцепочечные ДНК, синтезирует комплементарные цепи. ДНК в реципиентной клетке замыкается в кольцо. Таким образом, в результате конъюгации одна копия плазмиды сохраняется в донорской клетке, а другая оказывается в реципиентной.

В некоторых случаях для переноса плазмид конъюгация необязательна. Некоторые мелкие плазмиды могут передаваться в составе бактериофагов от одной бактерии другой. Кроме того, бактерии могут захватывать плазмидную ДНК из среды обитания. Плазмидная ДНК в среде может появиться в результате гибели бактерий.

Плазмиды могут иметь широкий круг хозяев. Их называют космополитными плазмидами. Существуют плазмиды, способные существовать в клетках грамположительных и грамотрицательных бактерий. Существуют плазмиды, способные существовать как в прокариотических клетках, так и в клетках дрожжей.