Plasmider: Hvad er de? Definition, funktion og betydning

Opdag hvad plasmider er, deres funktion i horisontal genoverførsel, betydning for antibiotikaresistens og bioteknologi — klart, kort og fagligt.

Plasmider er små, selvstændigt replikérende DNA-molekyler, som er adskilt fra det kromosomale DNA og kan kopiere sig uafhængigt af værtskromosomet. Begrebet blev først introduceret af den amerikanske molekylærbiolog Joshua Lederberg i 1952. Plasmider er typisk dobbeltstrengede og oftest cirkulære, men lineære plasmider forekommer også.

Struktur, størrelse og forekomst

Plasmider forekommer naturligt i mange mikroorganismer, især i bakterier, men ses også i nogle eukaryote organismer (f.eks. 2-mikrometer-ringen i Saccharomyces cerevisiae). Størrelsen spænder fra omkring 1 til over 1.000 kilobasepar (kbp). Antallet af identiske plasmider i en enkelt celle (kopital) kan variere meget — fra ét eller få (lavt kopiantal) til hundreder eller tusindvis (højt kopiantal).

Replikation og vedligeholdelse

Plasmider indeholder eget startpunkt for replikation (origin, ori), som bestemmer hvordan og hvor ofte de kopieres i værten. Der findes forskellige replikeringsstrategier afhængigt af plasmidtypen og værtsarten. For at blive bevaret i en population har plasmider også udviklet forskellige vedligeholdelsesmekanismer:

• Inkompatibilitetsgrupper, som bestemmer om to plasmider kan sameksistere i samme celle.
• Toxin–antitoxin-systemer ("plasmid addiction"), der sikrer at datterceller, som mister plasmidet, dør eller vokser dårligt.
• Partitioneringssystemer, der fordeler plasmider jævnt ved celledeling.

Overførsel mellem celler

Plasmider er vigtige elementer i horisontal genoverførsel og kan spredes inden for og mellem arter. De vigtigste overførselsmekanismer er:

• Konjugation: Direkte celle-til-celle-overførsel via pili eller andre kontaktstrukturer. Mange plasmider bærer gener, der koder for de nødvendige konjugationsproteiner (konjugation).
• Transformation: Optag af frit DNA fra miljøet, hvis værten har kompetence (se transformation).
• Transduktion: Overførsel med baktiofager (virus), hvor plasmiddna kan blive pakket og overført mellem celler.

Genetisk indhold og funktioner

Plasmider kan bære et bredt spektrum af gener, der påvirker værtens egenskaber. Almindelige funktioner omfatter:

• Antibiotikaresistensgener — en væsentlig årsag til spredning af resistens i kliniske miljøer.
• Gener for metabolisme af særlige stoffer, fx nedbrydning af komplekse organiske forbindelser eller evne til at fiksere kvælstof.
• Virulensfaktorer, toksiner eller andre konkurrencemæssige egenskaber, som kan give værten en fordel i bestemte miljøer.
• Mobiliserende elementer som transposoner og integroner, der fremmer genfiksering og omrokering.

Biologisk og økologisk betydning

Plasmider er hverken traditionelle parasitter eller typiske symbionter; de er mobile genetiske elementer, som kan give en selektiv fordel under bestemte miljøforhold. I konkurrenceprægede nicher kan plasmidkodede funktioner som antibiotikaresistens, toksinproduktion eller særlige metaboliske veje være afgørende for overlevelse. Samtidig kan plasmiders evne til at sprede egenskaber hurtigt gøre dem centrale aktører i mikrobiers tilpasning og evolution.

Plasmider i alle domæner

Plasmider findes i alle tre store områder af livets træ: Archaea, Bacteria og Eukarya. Ligesom virus betragtes plasmider ikke som en selvstændig form for "liv" efter den gængse definition; i modsætning til virus er plasmider dog blottet for strukturer, der indkapsler DNA til overførsel — de er "nøgent" DNA og bærer typisk ikke de gener, der er nødvendige for at lave partikler.

Anvendelser i forskning og bioteknologi

I laboratoriet er plasmider uundværlige som vektorer til molekylær kloning, genekspression og genmanipulation. Typiske anvendelser omfatter:

• Klone og udtrykke gener i bakterier eller gærceller.
• Produktion af proteiner, enzymer og vacciner.
• Skabelse af reporter-konstrukter til at måle genregulering.
• Gennemførelse af genetisk engineering i industrielle eller medicinske sammenhænge.

I praksis vælges plasmider efter egenskaber som kopiantal, valgt ekstrabrettelig, størrelse og kompatibilitet med værten. Selektionsmarkører (ofte antibiotikaresistens) bruges til at sikre, at kun celler med plasmidet vokser under udvælgelse.

Påvisning, isolering og kontrol

Plasmider kan påvises og karakteriseres med metoder som agarosegelelektroforese, restriktionsanalyse, PCR og sekventering. Isolering (plasmidprep) udføres ofte med alkalisk lysning og kolonnebaserede oprensningskits. I miljø- og kliniske sammenhænge er overvågning af plasmidbårne resistensgener vigtig for at begrænse spredningen af antibiotikaresistens.

Betydning for sundhed og miljø

Spredning af plasmider, især dem der bærer antibiotikaresistensgener, er et stort globalt sundhedsproblem. Konjugative plasmider kan overføre resistens på tværs af bakteriestammer og arter, hvilket gør infektioner sværere at behandle. På den anden side kan plasmider også være nyttige i miljøbioteknologi — fx til nedbrydning af forurenende stoffer eller bioremediering.

Konklusion

Plasmider er fleksible, mobile DNA-elementer med stor betydning for mikrobiers genetik, evolution og bioteknologiske anvendelser. Deres evne til at bære funktionelle gener og sprede dem hurtigt gør dem både til en udfordring i forbindelse med antibiotikaresistens og et kraftfuldt værktøj i forskning og industri.

Spørgsmål og svar

Spørgsmål: Hvad er et plasmid?

Spørgsmål: Hvem har indført udtrykket "plasmid"?

Spørgsmål: Hvor store er plasmider?

Spørgsmål: Hvor forekommer plasmider naturligt?

Spørgsmål: Hvad har horisontal genoverførsel med plasmider at gøre?

Spørgsmål: Bliver plasmider betragtet som levende?

Spørgsmål: Hvilke fordele kan der være ved at bære visse gener på et plasmid?

Søg efter bogstav