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Plasmid


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Abb. 1: Schematische Darstellung eines Bakteriums mit Plasmiden.
(1) Chromosomale DNA . (2) Plasmide .


Abb. 2: Schematische Darstellung eines Plasmids mit
Antibiotika-Resistenz-Genen ( 1 & 2 ) und einem ori( 3 ).


Abb. 3: Vergleich von nicht integrierenden Plasmiden ( oben )
und Episomen ( unten ).
(1) Chromosomale DNA . (2) Plasmide .(3) Zellteilung .
(4) Chromosomale DNA mit integrierten Plasmiden .


Abb. 4: Schematische Darstellung bakterieller Konjugation.
(1) Chromosomale DNA . (2) Plasmide . (3) Pilus. *2

Plasmide sind kleine ringförmige DNA -Moleküle die neben der DNA ( Desoxyribonukleinsäure ) des " Bakterienchromosoms " (Kernäquivalents) innerhalb einer Bakterienzelle vorliegen können (Abb. 1). Sie kommen nur in Bakterien vor selten auch in Eukaryonten (z.B. als 2-Mikrometer-Ring in Saccharomyces cereviesiae ). Ihre Größe beträgt zwischen 1 und kbp *1 (tausend Basenpaare).

Plasmide enthalten normalerweise ein oder zwei Gene die für das Wirtsbakterium einen selektiven wie zum Beispiel eine Antibiotika - Resistenz bedeuten. Jedes Plasmid enthält mindestens eine die als Origin of Replication (Startpunkt der DNA-Replikation) oder ori dient. Hierdurch kann das Plasmid unabhängig der chromosomalen DNA dupliziert werden (Abb. 2).

Episome sind Plasmide die sich in die DNA des Wirtsorganismus integrieren können (Abb. 3). Daher können für eine lange Zeit stabil bleiben werden jeder Zellteilung des Wirts verdoppelt und können zu einem integralen Bestandteil seiner DNA werden.

Arten von Plasmiden

Es gibt zwei grundlegende Gruppen von konjugierende und nicht-konjugierende. Konjugierende Plasmide enthalten ein so genanntes tra-Gen das die Konjugation den sexuellen Austausch von Plasmiden zwischen Bakterien auslösen kann (Abb. 4). Nicht-konjugierende Plasmide haben diese Fähigkeit nicht sie zusammen mit konjugierenden Plasmiden während der Konjugation werden.

Verschiedene Plasmidtypen können nebeneinander in ein derselben Zelle existieren in Escherichia coli z.B. bis zu sieben. Sind zwei zueinander inkompatibel wird eines von ihnen zerstört. von der Fähigkeit nebeneinander in derselben Zelle existieren können sie also in Inkompatiblitätsgruppen eingeteilt werden.

Die Klassifikation von Plasmiden kann durch Funktion erfolgen. Es werden fünf Hauptklassen unterschieden:

  • Fruchtbarkeits-(F)Plasmide die nur tra-Gene enthalten. Ihre einzige ist die Einleitung der Konjugation.
  • Resistenz-(R-)Plasmide die Resistenzgene gegen Antibiotika oder Gifte
  • Col-Plasmide die Gene enthalten die für Colicine die andere Bakterien töten können) kodieren (d.h.: Bauanleitung enthalten).
  • Degradations-Plasmide die den Abbau von ungewöhnlichen Substanzen z.B. von Toluol oder Salizylsäure ermöglichen.
  • Virulenz-Plasmide die ein Bakterium zu einem Krankheitserreger

Eine besondere Art von Plasmidedn stellen sog. TI-Plasmide (Tumor Inducer) dar. Sie sind oft Bestandteil von bestimmten Bakterien (Agrobakterium Tumefaciens oder A. Rhizogenes) und von diesen in Pflanzen übertragen. Dort verursachen die einzige bekannte Krebsart für Pflanzen.

Verwendung

Plasmide sind wichtige Werkzeuge der Gentechnik in genetischen und biochemischen Laboratorien wo benutzt werden um bestimmte Gene zu vervielfältigen zu exprimieren *3 . Viele der für diese Zwecke eingesetzten sind kommerziell erhältlich. Zunächst wird das zu Gen in Plasmide eingefügt die zusätzlich über Gen mit einer Antibiotika-Resistenz verfügen. Dann werden diese Plasmide in eingebracht die auf einem mit dem entsprechenden behandelten Nährmedium wachsen. Es werden also nur Bakterien überleben die das resistent machende Plasmid damit auch das gewünschte Gen enthalten. Bakterien das Plasmid nicht aufgenommen haben sterben durch Antibiotikum ab. So wirkt das Antibiotikum als Filter der nur die Bakterien mit dem Gen überleben lässt. Dies ist eine einfache preiswerte Methode um Gene oder deren Proteine großen Mengen herzustellen - beispielsweise Insulin oder sogar Antibiotika.

*1 : DNA ist doppelsträngig ihre Länge daher in komplementären Bausteinen oder Basenpaaren gemessen.
*2 : Eine kurze filamentöse Struktur bei Bakterien die für den DNA-Austausch benutzt wird.
*3 : Ein Gen zu exprimieren bedeutet Protein herzustellen für welches das Gen kodiert.

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