Wie werden Plasmide in der Gentechnik eingesetzt?

Plasmide sind eine Art von extrachromosomalen, zirkulären DNA-Molekülen, die in Bakterien und verschiedenen Arten von Eukaryonten gefunden werden. Sie sind eine Art selbstreplizierender Moleküle innerhalb einer Zelle und sind unabhängig von der genomischen DNA. Daher können sie als Träger fremder DNA-Fragmente in verschiedene Arten von Zellen in der Gentechnik eingesetzt werden. Bei der molekularbiologischen Technik handelt es sich um das Klonen. Gentechnik schafft Organismen mit neuen Eigenschaften. Diese neuen Organismen sind als genetisch modifizierte Organismen (GVO) bekannt. Dieser Artikel konzentriert sich auf den Prozess der Gentechnik und beschreibt die Verwendung von Plasmiden bei der Erzeugung neuer Organismen durch Veränderung der Genome.

Wichtige Bereiche

1. Was sind Plasmide?
      - Definition, Funktionen
2. Wie werden Plasmide in der Gentechnik eingesetzt?
     - Prozess des molekularen Klonens

Schlüsselbegriffe: Klonen, DNA, Gentechnik, genetisch veränderte Organismen (GVO), Plasmide

Was sind Plasmide?

Plasmide sind kleine zirkuläre DNA-Moleküle, die hauptsächlich in Bakterien vorkommen. Sie sind extrachromosomale DNA-Elemente, die sich unabhängig vom bakteriellen Genom replizieren können. Die in Plasmiden kodierten Gene helfen Bakterien, unter Stressbedingungen zu überleben. Innerhalb einer Bakterienzelle können natürlich mehrere bis viele Kopien von Plasmiden vorkommen. Plasmide können als Vektoren verwendet werden, die fremde DNA-Moleküle sowohl in eukaryotische als auch in prokaryotische Zellen transportieren. Die Merkmale, die Plasmiden helfen, um als Vektoren verwendet zu werden, sind unten beschrieben.

Eigenschaften von Plasmiden

1. Plasmide können leicht aus Bakterienzellen isoliert werden.
2. Sie sind innerhalb von Zellen selbstreplikativ.
3. Sie bestehen aus einzigartigen Restriktionsstellen für ein oder mehrere Restriktionsenzyme.
4. Die Insertion eines Fremd-DNA-Fragments darf die Replikationseigenschaften von Plasmiden nicht verändern.
5. Plasmide können sequentiell in verschiedene Zelltypen transformiert werden, und die Transformanten können basierend auf den Antibiotika-Resistenz-Eigenschaften der transformierten Plasmide ausgewählt werden.

Abbildung 1: Plasmide

Wie werden Plasmide in der Gentechnik eingesetzt?

Gentechnologie ist die Modifikation von DNA, um durch Einfügen oder Löschen von Genen neue Arten von Organismen zu erzeugen. Die Einführung von Genen kann mittels Vektoren wie Plasmiden erfolgen. Die Hauptschritte der Gentechnik sind unten aufgeführt.

1. PCR-Amplifikation der Ziel-DNA-Sequenz
2. Verdau von DNA-Fragmenten und Plasmiden durch dasselbe Restriktionsenzym
3. Ligation von Plasmiden und fremden DNA-Fragmenten, wodurch rekombinante DNA-Moleküle hergestellt werden.
4. Umwandlung der rekombinanten DNA-Moleküle in einen gewünschten Zelltyp.
5. Auswahl transformierter Zellen.

Die beim Klonen am häufigsten verwendeten Vektoren werden aus isoliert E coli. Jedes Plasmid enthält drei funktionelle Regionen: Replikationsursprung, ein für die Antibiotikaresistenz verantwortliches Gen und Restriktionserkennungsstelle für die Insertion eines Fremdgens. Ein bestimmtes Restriktionsenzym wird verwendet, um sowohl das Plasmid als auch das fremde DNA-Fragment zu schneiden. Während des Restriktionsverdaus wird das zirkuläre Plasmid linear und während der Ligation kann das fremde DNA-Fragment in die beiden Enden eingefügt werden, wodurch das Plasmid wieder zirkulär wird. Das rekombinante Plasmid wird in eine rezeptive Zelle umgewandelt, die Bakterien, Hefe, Pflanze oder Tierzelle sein kann. Die Herstellung einer großen Anzahl von rekombinanten DNA-Molekülen in der rezeptiven Zelle wird als Klonen bezeichnet. Die transformierten Zellen können durch die Antibiotikaresistenz des Plasmids identifiziert werden. Die Transformante kann jedoch das wechselseitige Plasmid oder das rekombinante Plasmid enthalten. Beide Arten von Plasmiden zeigen eine Resistenz gegen Antibiotika. Daher ein anderes Gen wie z LacZ ist erforderlich, um die Transformanten mit rekombinanten Plasmiden zu identifizieren. Die Transformanten mit den rekombinanten Plasmiden werden als GVO bezeichnet.

Der detaillierte Prozess des molekularen Klonierens ist in gezeigt Figur 2.

Abbildung 2: Molekulare Klonierung

Fazit

Plasmide sind zirkuläre DNA-Moleküle, die natürlicherweise in Bakterien vorkommen. Sie enthalten Gene hauptsächlich für Antibiotika-Resistenz. Plasmide werden in der Gentechnik verwendet, um fremdes genetisches Material in verschiedene Zelltypen zu übertragen. Das fremde DNA-Fragment wird in das Plasmid inseriert und das rekombinante DNA-Molekül wird in die Empfängerzelle transformiert. Die transformierten Zellen werden durch die Antibiotikaresistenz des verwendeten Plasmids selektiert.  

Referenz:

1. Lodish, Harvey. "DNA-Klonierung mit Plasmidvektoren." Molekulare Zellbiologie. 4. Ausgabe., US National Library of Medicine, 1. Januar 1970, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21498/.

Bildhöflichkeit:

1. “Plasmid (englisch)” Nach Benutzer: Spaully auf Wikipedia - Eigene Arbeit (CC BY-SA 2.5) über Commons Wikimedia
2. "Abbildung 17 01 06" Von CNX OpenStax - (CC BY 4.0) über Commons Wikimedia