پلاسمید: DNA حلقوی کوچک در باکتری‌ها به عنوان ناقل ژن

پلاسمید: پیام‌رسان‌های کوچک در دنیای باکتری‌ها

پلاسمید چیست و چه شکلی دارد؟

فرض کنید یک باکتری، یک شهر کوچک است. کروموزوم³ اصلی این شهر، مانند یک کتابخانهٔ مرکزی بزرگ است که تمام دستورالعمل‌های مهم برای زندگی شهر در آن نگهداری می‌شود. پلاسمیدها مانند یک دفترچه یادداشت کوچک و جیبی هستند که باکتری آن را همراه خود دارد. این دفترچه‌های کوچک، حاوی اطلاعات اضافی و مفیدی هستند که در شرایط خاص به کار باکتری می‌آیند.

پلاسمیدها مولکول‌های DNA کوچک، حلقوی و دو رشته‌ای هستند که به طور مستقل از کروموزوم اصلی در درون سلول باکتری تکثیر می‌شوند. آن‌ها معمولاً فقط حاوی تعداد معدودی ژن هستند.

پلاسمیدها در طبیعت چه کارهایی انجام می‌دهند؟

پلاسمیدها به باکتری‌ها ابرتوانیهای ویژه‌ای می‌دهند که به آن‌ها در بقا و رقابت کمک می‌کنند. این ابرتوانی‌ها از طریق ژن‌های موجود روی پلاسمید ارائه می‌شوند.

پلاسمیدها چگونه کپی و به اشتراک گذاشته می‌شوند؟

پلاسمیدها دو روش اصلی برای تکثیر و انتقال خود دارند:

۱. تکثیر مستقل: پلاسمیدها حاوی توالی خاصی به نام خاستگاه همانندسازی⁷ هستند. این توالی مانند یک دکمه شروع برای دستگاه کپی‌کننده DNA داخل باکتری عمل می‌کند. وقتی باکتری تقسیم می‌شود، این دستگاه از روی پلاسمید هم کپی می‌گیرد تا به سلولهای دختر نیز برسد.

۲. انتقال از باکتری به باکتری: این فرآیند که کانژوگاسیون⁸ نام دارد، شبیه به دست دادن یا بوسیدن بین دو باکتری است! باکتری دارای پلاسمید F (دهنده)، یک لولهٔ پروتئینی موقتی به نام پیلوس⁹ به سمت باکتری فاقد آن (گیرنده) ایجاد می‌کند. سپس یک کپی از پلاسمید از طریق این لوله منتقل می‌شود. به این ترتیب، یک ویژگی مفید (مثلاً مقاومت به آنتی‌بیوتیک) به سرعت در جمعیت باکتری‌ها پخش می‌شود.

پلاسمیدها؛ قهرمانان دنیای مهندسی ژنتیک

دانشمندان از پلاسمیدها به عنوان وسیله نقلیه یا تاکسی ژن استفاده می‌کنند. آن‌ها می‌توانند یک پلاسمید طبیعی را بردارند، آن را در آزمایشگاه تغییر دهند و یک ژن جدید و مفید (مثلاً ژن تولید انسولین انسانی) را داخل آن قرار دهند. به این پلاسمید تغییر یافته، پلاسمید نوترکیب¹¹ می‌گویند.

این فرآیند مهندسی ژنتیک مراحل ساده‌ای دارد:

۱. برش: پلاسمید و DNA حاوی ژن مورد نظر با استفاده از آنزیم‌های مخصوصی به نام آنزیم برشی¹² برش داده می‌شوند.
۲. اتصال: ژن مورد نظر داخل پلاسمید برش خورده قرار می‌گیرد و با آنزیم دیگری به نام لیگاز¹³ به هم چسبانده می‌شوند.
۳. انتقال: پلاسمید نوترکیب به داخل یک باکتری (مانند اشریشیا کلی¹⁴) منتقل می‌شود.
۴. تکثیر و تولید: باکتری شروع به تقسیم شدن و تولید میلیون‌ها نسخه از خود می‌کند و در هر تقسیم، پلاسمید نوترکیب نیز کپی می‌شود. در نهایت، باکتری‌ها با پیروی از دستور ژن جدید، شروع به تولید انسولین انسانی می‌کنند.

انسولین تولید شده توسط این روش، دقیقاً مشابه انسولین تولید شده در بدن انسان است و برای درمان بیماران دیابتی استفاده می‌شود.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

¹ DNA: دئوکسی ریبونوکلئیک اسید (Deoxyribonucleic Acid) - مولکول حاوی اطلاعات ژنتیکی.
² ناقل ژن (Gene Vector) - وسیله‌ای برای انتقال ژن به داخل یک سلول.
³ کروموزوم (Chromosome) - ساختاری در سلول که DNA در آن بسته‌بندی شده است.
⁴ پلاسمید F (Fertility Plasmid) - پلاسمیدی که توانایی انتقال از طریق کانژوگاسیون را می‌دهد.
⁵ پلاسمید R (Resistance Plasmid) - پلاسمیدی که حاوی ژن‌های مقاومت به آنتی‌بیوتیک است.
⁶ پلاسمید کلبسی (Col Plasmid) - پلاسمیدی که دستور ساخت باکتریوسین (ماده ضد باکتری) را می‌دهد.
⁷ خاستگاه همانندسازی (Origin of Replication - ori) - توالی شروع کننده تکثیر DNA.
⁸ کانژوگاسیون (Conjugation) - انتقال مستقیم DNA از طریق تماس سلول به سلول.
⁹ پیلوس (Pilus) - ساختار لوله‌ای موقتی برای اتصال و انتقال DNA در کانژوگاسیون.
¹⁰ پلیمراز (Polymerase) - آنزیمی که سنتز DNA یا RNA را کاتالیز می‌کند.
¹¹ DNA نوترکیب (Recombinant DNA) - مولکول DNA که از ترکیب توالی‌های DNA از منابع مختلف ایجاد شده است.
¹² آنزیم برشی (Restriction Enzyme) - آنزیمی که DNA را در توالی‌های خاصی می‌برد.
¹³ لیگاز (Ligase) - آنزیمی که قطعات DNA را به هم متصل می‌کند.
¹⁴ اشریشیا کلی (Escherichia coli) - یک گونه باکتریایی که به طور گسترده در تحقیقات استفاده می‌شود.
¹⁵ آرکی‌ها (Archaea) - گروهی از موجودات ریز تک سلولی که شبیه باکتری‌ها هستند اما از نظر بیوشیمیایی متفاوتند.
¹⁶ یوکاریوت (Eukaryote) - موجوداتی که سلول‌های آن‌ها دارای هستهٔ واقعی است (مانند گیاهان، جانوران، قارچ‌ها).
¹⁷ ابرباکتری (Superbug) - باکتری‌های مقاوم در برابر چندین داروی ضد میکروبی.