Istnieje wiele intrygujących różnic między bakteriami a innymi rodzajami komórek. Wśród nich jest obecność plazmidów w bakteriach. Te małe, przypominające gumkę pętle DNA są oddzielone od chromosomów bakteryjnych. O ile wiadomo, plazmidy znajdują się tylko w bakteriach, a nie w innych formach życia. Odgrywają też ważną rolę we współczesnej biotechnologii.
Chromosomy bakteryjne
Chociaż są wyjątki, większość bakterii ma pojedynczy okrągły chromosom. Większość materiału genetycznego bakterii jest zawarta w tym chromosomie, który jest replikowany lub kopiowany tylko podczas podziału komórki. Jednak bakteria może również mieć jeden lub więcej plazmidów. Niektóre plazmidy replikują się tylko wtedy, gdy komórka się dzieli, a inne są kopiowane w innym czasie. W komórce może znajdować się więcej niż jedna kopia tego samego plazmidu, zwłaszcza jeśli plazmid replikuje niezależnie od podziału komórki. Ponieważ replikacja DNA wymaga energii, większa liczba plazmidów zużyje więcej energii podczas podziału komórki. Jeśli jednak te plazmidy przynoszą korzyści, takie jak oporność na antybiotyki, mogą z nawiązką zrekompensować to obciążenie pod względem korzyści, jakie zapewniają.
Najważniejsze różnice między DNA w chromosomach i plazmidach dotyczą miejsca replikacji materiału genetycznego i jego mobilności. Geny na plazmidzie można znacznie łatwiej przenosić między bakteriami niż chromosomalne DNA.
Koniugacja
Inną interesującą różnicą między plazmidowym a chromosomalnym DNA w bakteriach jest proces zwany koniugacją. Proces ten przenosi plazmidy między bakteriami, czasami między różnymi gatunkami bakterii, które są tylko daleko spokrewnione. Przeniesiony plazmid może pozostać odrębny i oddzielony od chromosomu bakteryjnego lub stać się jego częścią. Transfer plazmidu był ważny dla wzrostu oporności na antybiotyki. Geny, które nadają oporność na antybiotyki, często znajdują się na plazmidach i wydają się być przeniesione z jednego gatunku bakterii lub populacji do innego.
Inne różnice
Ogólnie chromosomy bakteryjne mają zazwyczaj wyższą gęstość kodowania. Oznacza to, że większa część chromosomu jest aktywna i dostarcza instrukcji do produkcji białka. Niektóre plazmidy mogą zawierać tylko kilka genów, co oznacza, że są znacznie mniejsze niż chromosom i mają bardzo ograniczoną liczbę funkcji.
Chromosomy na ogół niosą geny rdzeniowe, które biorą udział w metabolizmie, który jest niezbędny dla przetrwania i wzrostu bakterii. Z drugiej strony plazmidy niosą ze sobą przydatne funkcjonalne „dodatki”. Te funkcjonalne korzyści obejmują antybiotyk odporność, detoksykacja substancji szkodliwych lub w przypadku bakterii chorobotwórczych zdolność do inwazji gospodarz.
Znaczenie
Plazmidy stały się niezwykle ważnym narzędziem we współczesnej biotechnologii. Biolodzy molekularni często używają plazmidów do wprowadzania genów do bakterii. Po pierwsze, używają enzymów do przekształcenia plazmidu w kształcie pętli do postaci liniowej. Następnie wplatają żądane geny do plazmidu i używają innych enzymów, aby przywrócić plazmidowi kształt pierścienia. Na koniec inkubują bakterie w warunkach, które zmuszą bakterie do włączenia niektórych plazmidów. Te techniki inżynierii genetycznej są bardzo przydatne do wytwarzania ważnych białek, takich jak insulina i ludzki hormon wzrostu, które są wykorzystywane we współczesnej medycynie.