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Plasmid

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 gewöhnlich nur in Bakterien vor, selten auch in Eukaryoten (z.B. als 2-Mikrometer-Ring in Saccharomyces cereviesiae). Ihre Größe beträgt zwischen 1 und 250 kbp^*1 (tausend Basenpaare).

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

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

Inhalt
1 Arten von Plasmiden
2 Verwendung
3 Plasmide unter dem Elektronenmikroskop
4

Arten von Plasmiden

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

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

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

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

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

Verwendung

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

Plasmide unter dem Elektronenmikroskop

Plasmide kann man durch geeignete Verfahren (BAC-Spreitung) im Elektronenmikroskop sichtbar machen. Die Ringstruktur des Plasmides hat dabei topologische Konsequenzen. Die Plasmide können in drei verschiedenen Gestaltformen vorliegen. Die Supercoil Form ist die natürliche Konformation des Plasmides. Da die DNA-Doppelhelix um sich selber gewunden ist und sich in einem geschlossenen Plasmid nicht entwinden kann, entsteht eine Torsionspannung, wodurch sich der Plasmid im Raum um sich selber krümmt. (der gleiche Effekt ist bei Telefonschnüren zu beobachten, die sich um ihre eigene Achse festwinden). Bei der offenkettigen Form ist einer der beiden DNA-Strange an einer Stelle gebrochen wodurch sich der offene strang frei um den fixierten drehen kann, dadurch entspannt sich die Torsionspannung, der Plasmid liegt offen vor. Bei der linearen DNA sind beide Stränge gebrochen, die Kreisstruktur ist aufgehoben.

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

i-s-b.org/wissen/broschuere/box4.htm www.i-s-b.org/wissen/broschuere/box4.htm -- Plasmide als Werkzeuge der Gentechnik
accessexcellence.org/AB/GG/plasmid.html www.accessexcellence.org/AB/GG/plasmid.html -- Cloning into a Plasmid
accessexcellence.org/AB/GG/inserting.html www.accessexcellence.org/AB/GG/inserting.html -- Inserting a DNA Sample into a Plasmid

Der Ursprungsartikel stammt von der deutschsprachigen Wiki pedia (siehe oben: "Original Artikel & Autoren Liste").
Der Text steht unter der GNU Freie Dokumentation Lizenz.