Fantastiske bakterier

Bakterier er utrolig allsidige organismer som har den unike evnen til å ta inn fremmed DNA og replikere ( eller kopier) den. Dette gir dem en evolusjonær fordel og hjelper dem med å overleve endringer i miljøet. For eksempel kan bakterier anskaffe DNA som gjør dem motstandsdyktige mot antibiotika.

Bakteriegenomet er inneholdt på et enkelt, sirkulært kromosom. Dette genetiske materialet flyter fritt i cellen, i motsetning til eukaryote organismer der det genetiske materialet er lukket i en kjernemembran.

Bakterier kan noen ganger inneholde mindre sirkler av DNA, kalt plasmider, som har et mye mindre antall gener . Plasmider kan byttes mellom bakterier i en prosess som kalles konjugering.

Bruk av plasmider i laboratoriet

Plasmider kan brukes som vektorer for å føre fremmed DNA inn i en celle. Vel inne i cellen kopieres plasmidet av vertscellens eget DNA-replikasjonsmaskineri.

I laboratoriet er plasmider spesielt designet slik at DNA de inneholder vil bli kopiert av bakterier.

Plasmid essentials

Laboratoriedesignede plasmider inneholder et lite antall gener som hjelper transformasjon. Disse inkluderer:

• Et replikasjonsopphav. Dette er den spesifikke sekvensen av nukleotider der DNA-replikering begynner.
• Et multippel kloningssted. Dette nettstedet inneholder gjenkjenningssteder for spesifikke begrensningsenzymer. Disse restriksjonsenzymer kan brukes til å ‘kutte’ plasmidet slik at fremmed DNA kan ‘limes inn’ ved ligering.
• Et motstandsgen. Dette genet koder for et protein bakteriene trenger for å overleve i et bestemt vekstmedium, for eksempel når et spesifikt antibiotikum er tilstede.

Innsetting av gener i plasmider

DNA-stykket eller genet til interesse blir kuttet fra sin opprinnelige DNA-kilde ved hjelp av et restriksjonsenzym og deretter limt inn i plasmidet ved ligering.

Plasmidet som inneholder det fremmede DNA er nå klart til å settes inn i bakterier. Denne prosessen kalles transformasjon.

Bakteriell transformasjon

Før transformasjon blir bakterier behandlet med et kjemikalie som kalles kalsiumklorid, som får vann til å trenge inn i cellene og få dem til å svulme opp. Disse hovne bakteriene er da kjent som kompetente bakterier.

Deretter blandes plasmid-DNA (som inneholder fremmed DNA) med de kompetente bakteriene, og løsningen oppvarmes. Plasmid-DNA kommer inn i bakteriene gjennom små porer som dannes i cellemembranene. En gang i vertscellen kopieres plasmid-DNA mange ganger av bakterienes eget DNA-replikeringsmaskineri.

Hvordan vet du om det fungerte?

Etter transformasjon dyrkes bakterier på en næringsrik mat som kalles agar. Bare bakterier som inneholder et plasmid med antibiotikaresistens, vil vokse i nærvær av antibiotika.

Hvis bakteriene for eksempel dyrkes på agar som inneholder antibiotika ampicillin, er det bare bakteriene som har blitt transformert med et plasmid som inneholder resistensgenet for ampicillin som vil overleve.

Transformerte bakterier kan da dyrkes i store mengder. DNA av interesse, eller proteinet kodet for av DNA, kan deretter isoleres og renses.

Når brukes transformasjon?

Bakteriell transformasjon brukes:

• Å lage flere kopier av DNA, kalt DNA-kloning.
• Å lage store mengder av spesifikke humane proteiner, for eksempel humant insulin, som kan brukes til å behandle mennesker med type I-diabetes.
• For å genetisk modifisere en bakterie eller annen celle.