Hoe worden plasmiden gebruikt in genetische manipulatie

Plasmiden zijn een soort extrachromosomale, circulaire DNA-moleculen die worden aangetroffen in bacteriën en verschillende soorten eukaryoten. Ze zijn een soort zelfreplicatieve moleculen in een cel en zijn onafhankelijk van het genomische DNA. Daarom kunnen ze worden gebruikt als dragers van vreemde DNA-fragmenten in verschillende soorten cellen in genetische manipulatie. De hier gebruikte moleculaire biologie techniek is klonen. Genetische manipulatie creëert organismen met nieuwe kenmerken. Deze nieuwe organismen staan ​​bekend als genetisch gemodificeerde organismen (GMO). Dit artikel concentreert zich op het proces van genetische manipulatie, beschrijft het gebruik van plasmiden bij het creëren van nieuwe organismen door het genoom te veranderen.

Key Areas Covered

1. Wat zijn plasmiden
      - Definitie, functies
2. Hoe worden plasmiden gebruikt in genetische manipulatie
     - Proces van moleculair klonen

Sleutelbegrippen: klonen, DNA, genetische manipulatie, genetisch gemodificeerde organismen (GMO), plasmiden

Wat zijn plasmiden

Plasmiden zijn kleine cirkelvormige DNA-moleculen die voornamelijk in bacteriën worden aangetroffen. Het zijn extrachromosomale DNA-elementen die onafhankelijk van het bacteriegenoom kunnen repliceren. De genen gecodeerd in plasmiden helpen bacteriën om te overleven onder stressomstandigheden. Van meerdere tot vele kopieën van plasmiden kan van nature voorkomen in een bacteriële cel. Plasmiden kunnen worden gebruikt als vectoren die vreemde DNA-moleculen dragen in zowel eukaryotische als prokaryotische cellen. De kenmerken die plasmiden helpen om als vectoren te worden gebruikt, worden hieronder beschreven.

Kenmerken van Plasmids

1. Plasmiden kunnen gemakkelijk worden geïsoleerd uit bacteriële cellen.
2. Ze zijn zelfreplicatief in cellen.
3. Ze zijn samengesteld uit unieke restrictiesites voor één of meer restrictie-enzymen.
4. De insertie van een vreemd DNA-fragment kan de replicatie-eigenschappen van plasmiden niet veranderen.
5. Plasmiden kunnen sequentieel worden getransformeerd in verschillende soorten cellen en de transformanten kunnen worden geselecteerd op basis van de antibioticumresistenteigenschappen van de getransformeerde plasmiden..

Figuur 1: Plasmiden

Hoe worden plasmiden gebruikt in genetische manipulatie

Genetische manipulatie is de modificatie van DNA om nieuwe soorten organismen te produceren door genen in te voegen of te verwijderen. De introductie van genen kan worden gedaan door middel van vectoren zoals plasmiden. De belangrijkste stappen van genetische manipulatie worden hieronder gegeven.

1. PCR-amplificatie van de doelwit-DNA-sequentie
2. Digestie van DNA-fragmenten en plasmiden door hetzelfde restrictie-enzym
3. Ligatie van plasmiden en de vreemde DNA-fragmenten, waarbij recombinante DNA-moleculen worden geproduceerd.
4. Transformatie van de recombinante DNA-moleculen in een gewenst type cellen.
5. Selectie van getransformeerde cellen.

De meest voorkomende vectoren die bij het klonen worden gebruikt, zijn geïsoleerd van E coli. Elk plasmide bevat drie functionele gebieden: oorsprong van replicatie, een gen dat verantwoordelijk is voor de antibioticumresistentie en restrictieherkenningsplaats voor de insertie van een vreemd gen. Een bepaald restrictie-enzym wordt gebruikt om zowel plasmide als het vreemde DNA-fragment te knippen. Tijdens restrictiedigestie wordt het circulaire plasmide lineair en tijdens ligatie kan het vreemde DNA-fragment in de twee uiteinden worden geïnsereerd, waardoor het plasmide opnieuw cirkelvormig wordt gemaakt. Het recombinante plasmide wordt getransformeerd in een receptieve cel die een cel van bacteriën, gisten, planten of dieren kan zijn. De productie van een groot aantal recombinante DNA-moleculen in de receptieve cel staat bekend als klonen. De getransformeerde cellen kunnen worden geïdentificeerd door de antibioticumresistentie van het plasmide. De transformant kan echter het gemeenschappelijke plasmide of het recombinante plasmide bevatten. Beide typen plasmiden vertonen resistentie tegen antibiotica. Vandaar dat een ander gen zoals LacZ is vereist om de transformanten met recombinante plasmiden te identificeren. De transformanten met de recombinante plasmiden worden de GGO's genoemd.

Het gedetailleerde proces van moleculair klonen is weergegeven in Figuur 2.

Figuur 2: Moleculair klonen

Conclusie

Plasmiden zijn cirkelvormige DNA-moleculen die van nature voorkomen in bacteriën. Ze bevatten genen voornamelijk voor antibioticaresistentie. Plasmiden worden gebruikt in genetische manipulatie om vreemd genetisch materiaal over te brengen naar verschillende soorten cellen. Het vreemde DNA-fragment wordt ingevoegd in het plasmide en het recombinante DNA-molecuul wordt getransformeerd in de ontvangende cel. De getransformeerde cellen worden geselecteerd door de antibioticumresistentie van het gebruikte plasmide.  

Referentie:

1. Lodish, Harvey. "DNA-klonering met plasmide-vectoren." Moleculaire celbiologie. 4e editie., Amerikaanse National Library of Medicine, 1 januari 1970, www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21498/.

Afbeelding met dank aan:

1. "Plasmid (Engels)" door Gebruiker: Spaully op Engelse wikipedia - Eigen werk (CC BY-SA 2.5) via Commons Wikimedia
2. "Figuur 17 01 06" door CNX OpenStax - (CC BY 4.0) via Commons Wikimedia