Структура и репликация бактериальных плазмид

Помимо собственно хромосомы, генетический аппарат бактерий может включать в себя так называемые внехромосомные факторы наследственности, которые представлены плазмидами, вставочными последовательностями (IS - элементы) и транспозонами. Все они образованы молекулами ДНК, различающимися между собой по молекулярной массе, кодирующей ёмкости, способности к автономной репликации. Предметом рассмотрения на сегодняшней лекции будут бактериальные плазмиды.

Плазмидыпредставляют собой кольцевые молекулы ДНК, которые в бактериальных клетках в большинстве случаев физически обособлены от хромосомы и способны долго поддерживаться и воспроизводиться в таком виде. Такая форма существования плазмид называются автономным состоянием.По своим размерам двухцепочечные молекулы плазмидных ДНК близки к генетическому материалу соответствующих вирусов и их длина колеблется в пределах от 0,5 до 100 мкм (молекулярная масса 1 - 200 МДа).

Подобно вирусам, некоторые плазмиды могут интегрироваться в бактериальную хромосому с помощью механизма сайт-специфической рекомбинации и длительное время существовать как составная часть её структуры. Такая форма существования плазмид называется интегрированным состоянием.При выходе из состава хромосомы под влиянием тех или иных индуцирующих агентов, как и у вирусов, возможно правильное либо неправильное «вырезание» плазмиды. Во втором случае в хромосоме остаются фрагменты плазмидного генома, а сама плазмида

приобретает участки ДНК (отдельные гены) бактериальной хромосомы. Вместе с тем, в отличие от вирусов, плазмиды не способны разрушать клетки, в которых они находятся, т.к. у них нет литического варианта развития.

Для своей репликации плазмиды используют репликативный аппарат клетки-хозяина, однако репликация плазмид происходит независимо от хромосомы. Каждая плазмида является самостоятельным репликоном и сама контролирует собственную репликацию.

Плазмиды, имеющие значительные молекулярные размеры (более 10 мкм длины), обнаруживаются в бактериальных клетках в небольшом числе экземпляров (1 - 2 копии на хромосому), поэтому их называют малокопийными плазмидами.Автономная репликация и последующая сегрегация таких плазмид регулируются согласованно с репликацией бактериального генома и поэтому в каждой клетке содержится только одна или две копии плазмиды. О таком типе репликации говорят как о репликации со строгим контролем.

Самостоятельная репликация более мелких плазмид (0,5 - 10 мкм) подвержена менее строгому контролю и их число может достигать нескольких десятков копий на хромосому, т.е. они являются многокопийными.Такой тип репликации называется репликация с ослабленным контролем.Небольшие многокопийные плазмиды представляют собой удобный объект для генетической инженерии и их часто используют в качестве векторов при клонировании генетического материала различных организмов.

Как и ДНК бактериальной хромосомы, плазмиды находятся в клетке в компактной суперспирализованной форме, линейные размеры которой значительно меньше первичных размеров составляющей её плазмидной ДНК. Подобно хромосомной ДНК, при ферментативной обработке препарата плазмидной ДНК, выделенной из бактерий, могут быть получены открытые кольцевые формы этих молекул, которые очень удобны для их изучения и определения линейных размеров.