Bakterie są powszechnie używane jako komórki gospodarza do tworzenia kopii DNA w laboratorium, ponieważ są łatwe w hodowli w dużych ilościach. Ich mechanizm komórkowy w naturalny sposób przeprowadza replikację DNA i syntezę białek.
Niesamowite bakterie
Bakterie są niezwykle wszechstronnymi organizmami, które mają wyjątkową zdolność przyjmowania obcego DNA i replikacji ( lub skopiuj) go. Daje im to przewagę ewolucyjną i pomaga im przetrwać zmiany w ich środowisku. Na przykład bakterie mogą nabyć DNA, które czyni je opornymi na antybiotyki.
Genom bakterii znajduje się na pojedynczym okrągłym chromosomie. Ten materiał genetyczny swobodnie unosi się w komórce, w przeciwieństwie do organizmów eukariotycznych, w których materiał genetyczny jest zamknięty w błonie jądrowej.
Bakterie mogą czasami zawierać mniejsze kręgi DNA, zwane plazmidami, które mają znacznie mniejszą liczbę genów . Plazmidy można wymieniać między bakteriami w procesie zwanym koniugacją.
Używanie plazmidów w laboratorium
Plazmidy mogą być używane jako wektory do przenoszenia obcego DNA do komórki. Po wejściu do komórki plazmid jest kopiowany przez własny mechanizm replikacji DNA komórki gospodarza.
W laboratorium plazmidy są specjalnie zaprojektowane tak, aby zawarte w nich DNA było kopiowane przez bakterie.
Podstawy plazmidów
Plazmidy zaprojektowane w laboratorium zawierają niewielką liczbę genów, które pomagają w transformacji. Należą do nich:
- Miejsce początku replikacji. To jest specyficzna sekwencja nukleotydów, w której zaczyna się replikacja DNA.
- Wielokrotne miejsce klonowania. Ta strona zawiera miejsca rozpoznawania określonych enzymów restrykcyjnych. Te enzymy restrykcyjne mogą być użyte do „przecięcia” plazmidu, dzięki czemu można „wkleić” obcy DNA przez ligację.
- Gen oporności. Ten gen koduje białko, którego bakterie potrzebują do przetrwania w określonej pożywce, na przykład, gdy obecny jest określony antybiotyk.
Wstawianie genów do plazmidów
Fragment DNA lub gen interes jest wycinany z oryginalnego źródła DNA przy użyciu enzymu restrykcyjnego, a następnie wklejany do plazmidu przez ligację.
Plazmid zawierający obce DNA jest teraz gotowy do wstawienia do bakterii. Ten proces nazywa się transformacją.
Transformacja bakteryjna
Przed transformacją bakterie są traktowane substancją chemiczną zwaną chlorkiem wapnia, która powoduje, że woda wnika do komórek i powoduje ich pęcznienie. Te spuchnięte bakterie są następnie znane jako bakterie kompetentne.
Następnie plazmidowy DNA (zawierający obcy DNA) miesza się z kompetentnymi bakteriami i roztwór ogrzewa. Plazmidowe DNA wnika do bakterii przez małe pory utworzone w błonach komórkowych. Kiedy plazmid DNA znajdzie się w komórce gospodarza, jest wielokrotnie kopiowany przez własny mechanizm replikacji DNA bakterii.
Skąd wiesz, czy zadziałało?
Po transformacji bakterie rosną na pokarm bogaty w składniki odżywcze zwany agarem. W obecności antybiotyku rosną tylko bakterie zawierające plazmid z opornością na antybiotyki.
Na przykład, jeśli bakterie będą hodowane na agarze zawierającym antybiotyk ampicylinę, przeżyją tylko te bakterie, które zostały transformowane plazmidem zawierającym gen oporności na ampicylinę.
Transformowane bakterie mogą następnie rosnąć w dużych ilościach. DNA będące przedmiotem zainteresowania lub białko kodowane przez DNA można następnie wyizolować i oczyścić.
Kiedy stosuje się transformację?
Stosuje się transformację bakteryjną:
- Wykonywanie wielu kopii DNA, czyli klonowanie DNA.
- Tworzenie dużych ilości określonych ludzkich białek, na przykład ludzkiej insuliny, która może być stosowana w leczeniu osób z cukrzycą typu I.
- Aby zmodyfikować genetycznie bakterię lub inną komórkę.
