Plasmid

Aufbau der Plasmide

Plasmide sind vollständig aus doppelsträngiger DNA aufgebaut. Im Gegensatz zu der frei im Cytoplasma liegenden doppelsträngigen DNA der Prokaryoten (Bakterienchromosom) oder den Chromosomen der Eukaryoten, besitzen Plasmide immer eine ringähnliche Form. Jedes Plasmid besitzt bis zu einigen Dutzend Gene und einen Replikationsursprung, an dem eine DNA-Polymerase für die Vervielfältigung des Plasmids ansetzen kann.

Funktion von Plasmiden

Plasmide haben in Prokaryoten und Eukaryoten ähnliche Funktionen. Da Plasmide in Eukaryoten selten vorkommen, liegt der Fokus in dieser Erklärung auf den Funktionen von Plasmiden in Prokaryoten. In Prokaryoten dienen Plasmide vorwiegend dem horizontalen Gentransfer, wobei auf einem Plasmid viele unterschiedliche Gene liegen können.

Generell lassen sich die Gene auf Plasmiden jedoch drei unterschiedlichen Bereichen zuteilen, die nützliche Funktionen für die Einzeller aufweisen.

Vorteile von Plasmiden

Die Speicherung von Erbinformation in Form von Plasmiden bietet Bakterien und Archaeen den Vorteil des Austauschs von Erbinformation. Das ist insofern ein großer Vorteil, da sich Prokaryoten durch reine Klonierung, also der Erstellung von identischen Duplikaten der Mutterzelle fortpflanzen.

Die genetische Vielfalt von Prokaryotenpopulationen könnte also ohne den horizontalen Gentransfer nicht in so großen Umfang gewährleistet werden. Mutationen sorgen natürlich für genetische Variabilität, allerdings werden über den horizontalen Gentransfer direkt nützliche Teile der Erbinformation ausgetauscht, die nicht dem Zufall der Mutationen unterliegen.

Plasmid – in der Gentechnik

In der modernen Gentechnik werden Plasmide hauptsächlich zur Modifizierung von Erbinformation verwendet. Unter der Verwendung von Restriktionsenzymen können Fremd-Gene selektiv in ein Plasmid eingesetzt werden, das im Anschluss in eine Zelle injiziert wird. In der Gentechnik spricht man hier von einem Plasmid-Vektor.

Werden DNA-Sequenzen durch Restriktionsenzyme geschnitten und fremde Gene eingefügt, handelt es sich bei dem Produkt um rekombinante DNA.

Plasmide als Vektoren

Plasmide weisen einige Merkmale auf, die sie für die Verwendung als Vektoren besonders interessant machen:

• Einfache Handhabung durch geringe Anzahl an Basenpaaren je Plasmid (2000-6000 bp).
• Enthalten Erkennungssequenzen für Restriktionsenzyme, die nur einmal im Plasmid vorkommen.
• Enthalten Gene mit Antibiotikaresistenzen, die als Markierungsgene verwendet werden können.
• Enthalten einen Replikationsursprung, sodass sie autonom repliziert werden können.

In der Wirtszelle wird das Plasmid autonom repliziert und die entsprechenden Genprodukte (Proteine) der eingesetzten Fremd-Gene über die Proteinbiosynthese der Zelle hergestellt. Neben der autonomen Replikation des eingesetzten Plasmids, kann es durch Crossing-Over ebenfalls zu der Integration von Teilen der Plasmid-DNA in das Bakterienchromosom des Wirts kommen.

Plasmide als Vektoren für Pflanzenzellen

Um fremde Erbinformation in Pflanzenzellen einzuschleusen, werden besondere Plasmide verwendet. Das Bakterium Agrobacterium tumefaciens lebt im Boden und infiziert dort die Wurzeln von Pflanzen. In der Natur löst es dabei tumorförmiges Zellwachstum aus.

Das bösartige Zellwachstum ist dabei auf einen bestimmten Teil des Tumor-induzierendes Bakterienplasmids (Ti-Plasmid) zurückzuführen, der bei Befall in die Chromosomen der Pflanzenzelle eingebaut wird. Die eingeschleusten Gene werden von der Pflanzenzelle exprimiert, was zu dem unkontrollierten Zellwachstum und der Synthese von bestimmten Zuckern führt, die das Bakterium als Nahrung nutzt.

In der Gentechnik werden die Gene für die Bildung von Tumoren und die Zuckerproduktion durch Restriktionsenzyme entfernt und durch fremde Erbinformation ersetzt. Die neuen Fremd-DNA-Plasmide werden nun in Zellen von Agrobacterium tumefaciens eingeschleust, aus denen vorher das Ti-Plasmid entfernt wurde. Diese Bakterien werden verwendet, um Pflanzenzellen zu infizieren, wo sie die Fremd-DNA in das Erbgut einbauen.