Fantastiske bakterier

Bakterier er utroligt alsidige organismer, der har den unikke evne til at tage fremmed DNA og replikere ( eller kopier) det. Dette giver dem en evolutionær fordel og hjælper dem med at overleve ændringer i deres miljø. For eksempel kan bakterier erhverve DNA, der gør dem resistente over for antibiotika.

Bakteriegenomet er indeholdt i et enkelt, cirkulært kromosom. Dette genetiske materiale flyder frit i cellen, i modsætning til eukaryote organismer, hvor det genetiske materiale er lukket inde i en kernemembran.

Bakterier kan undertiden indeholde mindre cirkler af DNA, kaldet plasmider, som har et meget mindre antal gener . Plasmider kan byttes mellem bakterier i en proces kaldet konjugering.

Brug af plasmider i laboratoriet

Plasmider kan bruges som vektorer til at føre fremmed DNA ind i en celle. En gang inde i cellen kopieres plasmidet af værtscellens eget DNA-replikationsmaskineri.

I laboratoriet er plasmider specifikt designet, så det DNA, de indeholder, kopieres af bakterier.

Plasmid essentials

Laboratoriedesignede plasmider indeholder et lille antal gener, der hjælper med transformation. Disse inkluderer:

• En replikationsoprindelse. Dette er den specifikke sekvens af nukleotider, hvor DNA-replikation begynder.
• Et multiple kloningssted. Dette sted indeholder genkendelsessteder for specifikke begrænsningsenzymer. Disse restriktionsenzymer kan bruges til at ‘skære’ plasmidet, så fremmed DNA kan ‘indsættes’ ved ligering.
• Et resistensgen. Dette gen koder for et protein, som bakterierne har brug for for at overleve i et bestemt vækstmedium, for eksempel når et specifikt antibiotikum er til stede.

Indsættelse af gener i plasmider

DNA-stykket eller genet fra interesse skæres fra sin oprindelige DNA-kilde under anvendelse af et restriktionsenzym og derefter indsættes i plasmidet ved ligering.

Plasmidet indeholdende det fremmede DNA er nu klar til at blive indsat i bakterier. Denne proces kaldes transformation.

Bakteriel transformation

Før transformation behandles bakterier med et kemikalie kaldet calciumchlorid, som får vand til at trænge ind i cellerne og får dem til at svulme op. Disse hævede bakterier kaldes derefter kompetente bakterier.

Derefter blandes plasmid-DNA (indeholdende fremmed DNA) med de kompetente bakterier, og opløsningen opvarmes. Plasmid-DNA’et kommer ind i bakterierne gennem små porer skabt i cellemembranerne. En gang i værtscellen kopieres plasmid-DNAet mange gange af bakteriens eget DNA-replikeringsmaskineri.

Hvordan ved du, om det fungerede?

Efter transformation dyrkes bakterier på en næringsrig mad kaldet agar. Kun bakterier, der indeholder et plasmid med antibiotikaresistens, vokser i nærvær af antibiotika.

For eksempel, hvis bakterierne dyrkes på agar, der indeholder det antibiotiske ampicillin, vil kun de bakterier, der er blevet transformeret med et plasmid indeholdende resistensgenet for ampicillin, overleve.

Transformerede bakterier kan derefter dyrkes i store mængder. DNA’et af interesse eller proteinet kodet af DNA’et kan derefter isoleres og oprenses.

Hvornår anvendes transformation?

Bakteriel transformation anvendes:

• At lave flere kopier af DNA, kaldet DNA-kloning.
• At fremstille store mængder af specifikke humane proteiner, for eksempel humant insulin, som kan bruges til at behandle mennesker med type I-diabetes.
• At genetisk modificere en bakterie eller anden celle.