Η διαφορά μεταξύ του γονιδιωματικού DNA και του πλασμιδικού DNA

Υπάρχουν πολλές ενδιαφέρουσες διαφορές μεταξύ βακτηρίων και άλλων ειδών κυττάρων. Μεταξύ αυτών είναι η παρουσία πλασμιδίων σε βακτήρια. Αυτοί οι μικροί βρόχοι DNA που μοιάζουν με καουτσούκ είναι χωριστοί από τα βακτηριακά χρωμοσώματα. Στο βαθμό που είναι γνωστό, τα πλασμίδια βρίσκονται μόνο σε βακτήρια και όχι σε άλλες μορφές ζωής. Και, διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη σύγχρονη βιοτεχνολογία.

Αν και υπάρχουν εξαιρέσεις, τα περισσότερα βακτήρια έχουν ένα μόνο κυκλικό χρωμόσωμα. Το μεγαλύτερο μέρος του γενετικού υλικού ενός βακτηρίου περιέχεται σε αυτό το χρωμόσωμα, το οποίο αναπαράγεται ή αντιγράφεται μόνο όταν το κύτταρο διαιρείται. Ωστόσο, το βακτήριο μπορεί επίσης να έχει ένα ή περισσότερα πλασμίδια. Ορισμένα πλασμίδια αναπαράγονται μόνο όταν το κύτταρο διαιρείται, και άλλα αντιγράφονται σε άλλες ώρες. Μπορεί να υπάρχουν περισσότερα από ένα αντίγραφα του ίδιου πλασμιδίου σε ένα κύτταρο, ειδικά εάν το πλασμίδιο αντιγράφεται ανεξάρτητα από την κυτταρική διαίρεση. Επειδή η αναπαραγωγή του DNA απαιτεί ενέργεια, ένας μεγαλύτερος αριθμός πλασμιδίων θα καταναλώνει περισσότερη ενέργεια όταν το κύτταρο διαιρείται. Εάν αυτά τα πλασμίδια παρέχουν ένα όφελος όπως η αντοχή στα αντιβιοτικά, ωστόσο, ενδέχεται να αντισταθμίσουν περισσότερο αυτό το βάρος από την άποψη των πλεονεκτημάτων που παρέχουν.

Οι πιο σημαντικές διαφορές μεταξύ του DNA στα χρωμοσώματα και των πλασμιδίων βρίσκονται στο πού αναπαράγεται το γενετικό υλικό και πόσο κινητό είναι. Τα γονίδια σε ένα πλασμίδιο μπορούν να μεταφερθούν μεταξύ των βακτηρίων πολύ πιο εύκολα από το χρωμοσωμικό DNA.

Μια άλλη ενδιαφέρουσα διαφορά μεταξύ του πλασμιδίου και του χρωμοσωμικού DNA στα βακτήρια είναι μια διαδικασία που ονομάζεται σύζευξη. Αυτή η διαδικασία μεταφέρει πλασμίδια μεταξύ βακτηρίων, μερικές φορές μεταξύ διαφορετικών ειδών βακτηρίων που σχετίζονται μόνο μακρινά. Το μεταφερόμενο πλασμίδιο μπορεί να παραμείνει διακριτό και ξεχωριστό από το βακτηριακό χρωμόσωμα ή να γίνει μέρος αυτού. Η μεταφορά πλασμιδίων ήταν σημαντική στην αύξηση της αντοχής στα αντιβιοτικά. Τα γονίδια που προσδίδουν αντοχή στα αντιβιοτικά βρίσκονται συχνά στα πλασμίδια και φαίνεται ότι έχουν μεταφερθεί από ένα είδος βακτηριδίου ή έναν πληθυσμό σε άλλο.

Γενικά, τα βακτηριακά χρωμοσώματα έχουν συνήθως μεγαλύτερη πυκνότητα κωδικοποίησης. Αυτό σημαίνει ότι ένα μεγαλύτερο ποσοστό του χρωμοσώματος είναι ενεργό και παρέχει οδηγίες για την παραγωγή πρωτεϊνών. Ορισμένα πλασμίδια μπορεί να φέρουν μόνο λίγα γονίδια, πράγμα που σημαίνει ότι είναι πολύ μικρότερα από το χρωμόσωμα και έχουν μόνο πολύ περιορισμένο αριθμό λειτουργιών.

Τα χρωμοσώματα γενικά φέρουν γονίδια πυρήνα, τα οποία εμπλέκονται στον μεταβολισμό που είναι απαραίτητος για την επιβίωση και την ανάπτυξη του βακτηρίου. Τα πλασμίδια, από την άλλη πλευρά, τείνουν να φέρουν χρήσιμα λειτουργικά «έξτρα». Αυτά τα λειτουργικά οφέλη περιλαμβάνουν αντιβιοτικά αντοχή, αποτοξίνωση βλαβερών ουσιών ή στην περίπτωση βακτηρίων που προκαλούν ασθένειες, την ικανότητα εισβολής α πλήθος.

Τα πλασμίδια έχουν γίνει εξαιρετικά σημαντικά εργαλεία στη σύγχρονη βιοτεχνολογία. Οι μοριακοί βιολόγοι χρησιμοποιούν συχνά πλασμίδια για την εισαγωγή γονιδίων σε βακτήρια. Πρώτον, χρησιμοποιούν ένζυμα για να μετατρέψουν το πλασμίδιο σχήματος βρόχου σε γραμμική μορφή. Στη συνέχεια, μαζεύουν τα επιθυμητά γονίδια στο πλασμίδιο και χρησιμοποιούν άλλα ένζυμα για να αποκαταστήσουν το σχήμα του δακτυλίου του πλασμιδίου. Τέλος, επωάζουν τα βακτήρια υπό συνθήκες που θα αναγκάζουν τα βακτήρια να ενσωματώσουν μερικά από τα πλασμίδια. Αυτές οι τεχνικές γενετικής μηχανικής είναι πολύ χρήσιμες για την παραγωγή σημαντικών πρωτεϊνών όπως η ινσουλίνη και η ανθρώπινη αυξητική ορμόνη, οι οποίες χρησιμοποιούνται στη σύγχρονη ιατρική.