Fantastiska bakterier

Bakterier är otroligt mångsidiga organismer som har den unika förmågan att ta in främmande DNA och replikera ( eller kopiera) det. Detta ger dem en evolutionär fördel och hjälper dem att överleva förändringar i sin miljö. Till exempel kan bakterier skaffa DNA som gör dem resistenta mot antibiotika.

Bakteriegenomet finns i en enda cirkulär kromosom. Detta genetiska material flyter fritt i cellen, till skillnad från eukaryota organismer där det genetiska materialet är inneslutet i ett kärnmembran.

Bakterier kan ibland innehålla mindre DNA-cirklar, kallade plasmider, som har ett mycket mindre antal gener . Plasmider kan bytas mellan bakterier i en process som kallas konjugering.

Användning av plasmider i laboratoriet

Plasmider kan användas som vektorer för att bära främmande DNA in i en cell. Väl inne i cellen kopieras plasmiden av värdcellens eget DNA-replikeringsmaskineri.

I laboratoriet är plasmider specifikt utformade så att det DNA de innehåller kopieras av bakterier.

Plasmid essentials

Laboratoriedesignade plasmider innehåller ett litet antal gener som hjälper till med transformation. Dessa inkluderar:

• Ett replikationsursprung. Detta är den specifika sekvensen av nukleotider där DNA-replikering börjar.
• Ett multipelt kloningsställe. Denna webbplats innehåller igenkänningsställen för specifika restriktionsenzymer. Dessa restriktionsenzymer kan användas för att ”skära” plasmiden så att främmande DNA kan ”klistras in” genom ligering.
• En resistensgen. Denna gen kodar för ett protein som bakterierna behöver för att överleva i ett visst tillväxtmedium, till exempel när ett specifikt antibiotikum är närvarande.

Insättning av gener i plasmider

DNA-biten eller genen från intresset skärs från dess ursprungliga DNA-källa med användning av ett restriktionsenzym och klistras sedan in i plasmiden genom ligering.

Plasmiden som innehåller främmande DNA är nu redo att sättas in i bakterier. Denna process kallas transformation.

Bakteriell transformation

Före transformation behandlas bakterier med en kemikalie som kallas kalciumklorid, vilket får vatten att tränga in i cellerna och får dem att svälla. Dessa svullna bakterier kallas sedan kompetenta bakterier.

Därefter blandas plasmid-DNA (som innehåller främmande DNA) med de kompetenta bakterierna och lösningen värms upp. Plasmid-DNA kommer in i bakterierna genom små porer som skapas i cellmembranen. En gång i värdcellen kopieras plasmid-DNA många gånger av bakteriens egna DNA-replikeringsmaskiner.

Hur vet du om det fungerade?

Efter transformation odlas bakterier på en näringsrik mat som kallas agar. Endast bakterier som innehåller en plasmid med antibiotikaresistens kommer att växa i närvaro av antibiotika.

Till exempel, om bakterierna odlas på agar som innehåller antibiotikumet ampicillin, kommer bara de bakterier som har transformerats med en plasmid som innehåller resistensgenen för ampicillin överlevt.

Transformerade bakterier kan sedan odlas i stora mängder. DNA av intresse, eller proteinet kodat för av DNA, kan sedan isoleras och renas.

När används transformation?

Bakteriell transformation används:

• Att göra flera kopior av DNA, kallat DNA-kloning.
• Att göra stora mängder specifika humana proteiner, till exempel humant insulin, som kan användas för att behandla personer med typ I-diabetes.
• Att genetiskt modifiera en bakterie eller annan cell.