فهرست مطالب
پلاسمید چیست؟
پلاسمید یک مولکول DNA کوچک، حلقوی و دو‌رشته‌ای بوده که از DNA کروموزومی سلول متمایز است که به‌طور طبیعی در سلول‌های باکتریایی و در برخی از یوکاریوت‌ها نیز وجود دارند. اغلب آنها، حداقل یک ژن را حمل می‌کنند که ژن یا ژن‌های حمل‌شده مزایای ژنتیکی مانند مقاومت آنتی‌بیوتیکی را برای باکتریها فراهم می‌کنند. باکتری‌های دارای این توالی‌ها زندگی طولانی‌تری نسبت به سایر باکتریها دارند.این مولکول‌های حلقوی طیف وسیعی از اندازه را از تقریباً یک‌هزار جفت باز DNA تا صدهاهزار جفت باز را دارا هستند. هنگامی‌که یک باکتری تقسیم می‌شود، تمام پلاسمیدهای موجود در سلول کپی می‌شوند، به‌طوری که هر سلول دختر دارای یک کپی از آن می‌شود. همچنین باکتریها می‌توانند این مولکول‌ها را از طریق فرایندی به نام «کونژوگاسیون» (“conjugation”) به یکدیگر منتقل کنند. بسیاری از این ژن‌های برای ارگانیسم‌های میزبان آنها مفید هستند.
فرایند Conjugation
فرایندی است که طی آن یک باکتری از طریق تماس مستقیم، ماده ژنتیکی را به باکتری دیگر منتقل می‌کند. در طول این فرایند، یک باکتری به‌عنوان دهنده‌ی ماده ژنتیکی (donor bacterium) و دیگری به‌عنوان گیرنده (recipient bacterium) عمل می‌کند. باکتری دهنده، حامل یک توالی DNA خاصی به نام «فاکتور F» است. با بیان‌شدن ژن آن، به اهداکننده اجازه می‌دهد تا ساختار لوله‌ای نازکی به نام «پیلوس» (pilus) تولید کند تا از آن برای تماس با باکتری گیرنده استفاده کند. سپس پیلوس، دو باکتری را به هم نزدیک کرده و باکتری اهداکننده، مواد ژنتیکی را به باکتری گیرنده منتقل می‌کند.
عملکرد پلاسمیدها
این مولکول‌های حلقوی عملکردهای متعددی دارند. برای مثال، افزایش بقای ارگانیسم‌ها ممکن است در ژن‌های دربردارنده‌ی ژن‌های مسئول در کشتن سایر ارگانیسم‌ها یا داشتن مکانیسم‌های دفاعی برای میزبان از طریق تولید سموم باشد. علاوه بر این، برخی از آنها ممکن است فرایند تکثیر باکتری را فعال کنند. به‌دلیل اندازه کوچکشان این مولکول‌ها را محدود به ژن‌هایی می‌توان یافت که تمایل به انجام عملکرد مشخصی دارند. یک سلول منفرد ممکن است چندین پلاسمید همزیست باهم داشته باشد که هر کدام عملکردهای مختلفی دارند.
برخی از آنها اقداماتی را انجام می‌دهند تا از باقی‌ماندن در باکتریها اطمینان حاصل کنند. به‌عنوان مثال، برخی از آنها حامل ژنی هستند که سمی با ماندگاری طولانی ایجاد می‌کند. در مقابل دارای ژن دومی نیز هستند که پادزهر کوتاه مدتی را برای خنثی‌سازی زهر ایجاده شده می‌سازد. آنها به‌طور موثر سلول باکتری میزبان خود را گروگان نگه می‌دارند و اگر از سلول خارج شوند، نمی‌توانند پادزهر را فراهم کنند و در نتیجه سلول می‌میرد.
انواع پلاسمیدها
ازآن‌جایی‌که بسیار کوچک هستند، معمولاً فقط حاوی چند ژن با عملکرد خاص هستند. یعنی حاوی مقدار زیادی DNA غیرکدکننده‌اند.
-
انواع کلی پلاسمیدها
1. پلاسمیدهای هم‌یوغی و غیر‌هم‌یوغی (Conjugative and Non-Conjugative plasmids)
باکتریها از طریق پیوند جنسی یا فرایند Conjugation با تماس مستقیم از طریق ایجاد پل، ژن‌های خود را منتقل می‌کنند. Conjugative plasmids حاوی ژن‌هایی به نام ژن‌های انتقال‌دهنده (Transfer genes) هستند که شروع Conjugation را تسهیل می‌کنند.plasmids Non-Conjugativeنمی‌توانند فرآیند Conjugation را شروع کنند و فقط از طریق Conjugation با کمک . Conjugative plasmidsمنتقل می‌شوند.
2. پلاسمیدهای ناسازگار
طبقه‌بندی دیگر براساس گروه ناسازگاری پلاسمید است. برخی از آنها سازگار (Compatible Plasmid) و برخی ناسازگار (Incompatible Plasmid) هستند. در صورتی‌که شیوه‌ی تولیدمثل یکسانی در سلول داشته باشند، آنها را ناسازگار به‌شمار می‌آورند. نوع ناسازگار از این مولکول‌ها نمی‌توانند در یک سلول باهم وجود داشته باشند.
در یک باکتری، پلاسمیدهای مختلف تنها در صورتی می‌توانند همزمان در سلول باکتری وجود داشته باشند که با یکدیگر سازگار باشند و در صورت ناسازگاری از سلول باکتری خارج می‌شود.
-
انواع اختصاصی از پلاسمیدها
1. پلاسمیدهای باروری (Fertility or F plasmids)
این نوع از مولکول‌های حلقوی، دربردارنده‌ی ژن‌های انتقال‌دهنده‌ای هستند که در هنگام Conjugation می‌توانند از یک باکتری به باکتری دیگر منتقل شوند. یعنی آنها دارای فاکتور باروری لازم برای Conjugation اند و می‌توانند پیلوس را ایجاد کند. این نوع، دارای توانایی Conjugation نیز هستند. Fپلاسمیدها اپیزوم‌هایی‌اند که می‌توانند به DNA کروموزومی وارد شوند. باکتری‌هایی که دارای این نوع مولکول اند F+ و باکتری‌هایی که فاقد آن اند، F– نامیده می‌شوند. اگر باکتری F+ با باکتری Conjugation F–کند، 2 باکتری F+ حاصل خواهد شد. به‌طور کلی در هر باکتری فقط یک پلاسمید F– وجود دارد.
2. پلاسمیدهای مقاومتی (Resistance Plasmids)
نوع مقاومتی از این رشته‌های حلقوی ، حاوی ژن‌هایی هستند که به سلول باکتری کمک می‌کنند تا در برابر عوامل محیطی مانند سموم یا آنتی بیوتیک‌ها از خود دفاع کنند. در واقع آنها دارای ژن مقاومت آنتی‌بیوتیکی یا فاکتور مقاومت اند. برخی از آنها می‌توانند خود را از طریق Conjugation انتقال دهند. هنگامی که این اتفاق می‌افتد، یک سویه از باکتریها می‌توانند به آنتی‌بیوتیک‌ها مقاوم شوند. هنگامی که فاکتور R منتقل می‌شود، مقاومت آنتی‌بیوتیکی در باکتری ایجاد می‌کند. بنابراین، گسترش فاکتور R تهدیدی برای درمان‌های آنتی‌بیوتیکی است.
3. پلاسمید بیماری‌زا (Virulence Plasmids)
این نوع، به باکتری برای آلوده‌کردن انسان، حیوانات و حتی گیاهان، توسط مکانیزم‌های متفاوتی با استفاده از فاکتورهای بیماری‌زا کمک می‌کنند. برخی از این فاکتورهای بیماری‌زا سمی‌اند که به سلول جانوری آسیب می‌رسانند و یا حتی باعث مرگ آن می‌شوند. برخی دیگر از آنها به باکتری کمک می‌کنند تا به سلول جانوری بچسبد و یا برخی از این فاکتورهای بیماری‌زا از باکتری در برابر سیستم ایمنی انسان حفاظت می‌کنند.
هنگامی‌که یک پلاسمید بیماری‌زا وارد یک باکتری می‌شود، باکتری را به یک عامل پاتوژن بیماری‌زا تبدیل می‌کند. این باکتری‌های بیماری‌زا می‌توانند به‌راحتی در بین افراد پخش و تکثیر شوند. باکتری اشریشیا کلای (E. coli) و سالمونلا انتریکا دارای تعداد متعددی از این نوع مولکول است E. coli . به‌طور طبیعی در روده انسان و در حیوانات دیگر یافت می‌شود، اما گونه‌های خاصی از E. coli می‌تواند باعث اسهال و استفراغ شدید شوند.
4. پلاسمیدهای تخریب‌کننده (Degradative Plasmids)
این دسته از مولکول‌های حلقوی، ژن‌هایی را دارا هستند که به باکتری میزبان توانایی تجزیه ترکیبات آلی مقاوم که معمولا در طبیعت یافت نمی‌شوند، مانند کافور، «زایلن»، «تولوئن» و «اسید سالیسیلیک» را می‌دهند. همچنین آنها توانایی Conjugation را دارند و حاوی ژن‌هایی برای آنزیم‌های خاصی هستند که ترکیبات خاصی را تجزیه می‌کنند.
5. پلاسمیدهای Col
این دسته، ژن «باکتریوسین‌ها» (bacteriocins) را کد می‌کنند و باعث ساخت آنها می‌شوند. باکتریوسین‌ها پروتئین‌هایی‌اند که باکتری‌های دیگر را از بین می‌برند و از باکتری میزبان محافظت می‌کنند. باکتریوسین‌ها در انواع مختلفی از باکتریها از جمله E.coli وجود دارند.
کاربردهای درمانی پلاسمیدها
DNA پلاسمید یا “pDNA”، مبنایی برای واکسن‌های DNA و ژن‌درمانی در برابر بسیاری از بیماری‌های عفونی، اکتسابی و ژنتیکی از جمله HIV-AIDS””، ابولا، مالاریا و انواع مختلف سرطان، پاتوژن‌های روده‌ای و آنفولانزا است.
در مقایسه با واکسن‌های معمولی، واکسن‌های DNA دارای مزایای زیادی مانند پایداری بالا، عفونی‌نبودن، تمرکز پاسخ ایمنی فقط به آنتی‌ژن‌های مورد نظر برای ایمن‌سازی و همچنین دارای ماندگاری طولانی‌مدت نسبت به واکسن‌های معمولی هستند.
به علاوه از این مولکول‌های حلقوی دو رشته‌ای در مهندسی ژنتیک برای تقویت یا تولید نسخه‌های زیادی از ژن‌های خاص استفاده می‌شود. همچنین به عنوان انواعی از ناقل‌ها در شبیه‌سازی بخش‌های کوتاه DNA مفیداند. دانشمندان نرم‌افزاری برای ثبت توالی‌های pDNAبرای استفاده در بسیاری از تکنیک‌های مختلف ایجاد کرده‌اند. برای مثال، تولید انبوه مصنوعی و مقرون‌به‌صرفه آنتی‌بیوتیک‌ها را می‌توان با ترکیب یک وکتـور بیانی برای آن آنتی‌بیوتیک در سلول‌های میکروبی به‌دست‌آورد. علاوه بر این، از این مولکول‌ها برای انجام ژن‌درمانی نیز استفاده می‌شود، که تکنیکی برای اصلاح ژن‌های معیوب مسئول توسعه بیماری است. همچنین می‌توان از آنها برای تکثیر پروتئین‌ها، مانند پروتئینی که انسولین را کد می‌کند، در مقادیر زیاد استفاده کرد.
جمع‌بندی
پلاسمیدها، توالی‌های کوچکی از DNA هستند که به‌دلیل دارابودن انواع مختلف، باعث ایجاد گستره‌ای از کاربردها شده‌اند. برخی از این‌ها مانند ساخت واکسن‌ها و آنتی بیوتیک‌ها نجات‌دهنده و حیات‌‌بخش زندگی روی زمین بوده است. تحقیقات روی این توالی ها کوچک DNA همچنان به‌طور وسیعی ادامه دارد و احتمالا در آینده شاهد کاربردهای جدید و موثر دیگر از آنها خواهیم بود.
نویسنده: مروا مهدیزاده
منابع
تهیـه‌شـده در آکـــادمـی ژنـــتیـــک ایــران
همچنین بخوانید: روش‌های_استخراج_ DNA
یک نظر