Er zijn veel intrigerende verschillen tussen bacteriën en andere soorten cellen. Een daarvan is de aanwezigheid van plasmiden in bacteriën. Deze kleine, rubberen bandachtige lussen van DNA zijn gescheiden van bacteriële chromosomen. Voor zover bekend worden plasmiden alleen in bacteriën gevonden en niet in andere levensvormen. En ze spelen een belangrijke rol in de moderne biotechnologie.
Bacteriële chromosomen
Hoewel er uitzonderingen zijn, hebben de meeste bacteriën een enkel circulair chromosoom. Het grootste deel van het genetische materiaal van een bacterie bevindt zich in dit chromosoom, dat alleen wordt gerepliceerd of gekopieerd wanneer de cel zich deelt. De bacterie kan echter ook een of meer plasmiden hebben. Sommige plasmiden repliceren alleen wanneer de cel zich deelt, en andere worden op andere momenten gekopieerd. Er kan meer dan één kopie van hetzelfde plasmide in een cel zijn, vooral als het plasmide onafhankelijk van celdeling repliceert. Omdat DNA-replicatie energie vereist, zal een groter aantal plasmiden meer energie verbruiken wanneer de cel zich deelt. Als deze plasmiden een voordeel bieden, zoals antibioticaresistentie, kunnen ze deze last echter meer dan goedmaken in termen van de voordelen die ze bieden.
De belangrijkste verschillen tussen DNA in chromosomen en plasmiden liggen in waar het genetisch materiaal wordt gerepliceerd en hoe mobiel het is. Genen op een plasmide kunnen veel gemakkelijker tussen bacteriën worden overgedragen dan chromosomaal DNA.
Conjugatie
Een ander interessant verschil tussen plasmide en chromosomaal DNA in bacteriën is een proces dat conjugatie wordt genoemd. Dit proces brengt plasmiden over tussen bacteriën, soms tussen verschillende soorten bacteriën die slechts in de verte verwant zijn. Het overgebrachte plasmide kan verschillend en gescheiden blijven van het bacteriële chromosoom of er deel van gaan uitmaken. Plasmideoverdracht is belangrijk geweest bij de opkomst van antibioticaresistentie. Genen die antibioticaresistentie verlenen, worden vaak gevonden op plasmiden en lijken te zijn overgedragen van de ene bacteriesoort of populatie naar de andere.
Andere verschillen
Over het algemeen hebben bacteriële chromosomen doorgaans een hogere codeerdichtheid. Dit betekent dat een groter deel van het chromosoom actief is en instructies geeft voor de eiwitproductie. Sommige plasmiden dragen misschien maar een paar genen, wat betekent dat ze veel kleiner zijn dan het chromosoom en slechts een zeer beperkt aantal functies hebben.
Chromosomen dragen over het algemeen kerngenen, die betrokken zijn bij het metabolisme dat essentieel is voor de overleving en groei van de bacterie. Plasmiden daarentegen bevatten meestal nuttige functionele "extra's". Deze functionele voordelen omvatten antibiotica weerstand, ontgifting van schadelijke stoffen of in het geval van bacteriën die ziekte veroorzaken, het vermogen om een gastheer.
Betekenis
Plasmiden zijn enorm belangrijke hulpmiddelen geworden in de moderne biotechnologie. Moleculair biologen gebruiken vaak plasmiden om genen in bacteriën te introduceren. Ten eerste gebruiken ze enzymen om het lusvormige plasmide om te zetten in een lineaire vorm. Vervolgens splitsen ze de gewenste genen in het plasmide en gebruiken andere enzymen om de ringachtige vorm van het plasmide te herstellen. Ten slotte incuberen ze de bacteriën onder omstandigheden die de bacteriën zullen dwingen om enkele van de plasmiden op te nemen. Deze genetische manipulatietechnieken zijn zeer nuttig om belangrijke eiwitten te produceren, zoals insuline en menselijk groeihormoon, die in de moderne geneeskunde worden gebruikt.