Plasmid
Was ein Plasmid ist, wie es aufgebaut ist und vieles mehr erfährst du hier im Beitrag und im Video dazu!
Inhaltsübersicht
Plasmid einfach erklärt
Plasmide sind kleine, ringförmige DNA-Moleküle. Sie kommen hauptsächlich in Bakterien vor und werden unter natürlichen Bedingungen zwischen verschiedenen Zellen ausgetauscht. Plasmide gibt es zusätzlich zur Erbinformation des Hauptchromosoms.
Sie können sich autonom, also selbstständig, vermehren und deshalb mehrfach in einer Zelle vorkommen. Die Funktion der Plasmiden ist es, ihren Trägern einen Vorteil zu verschaffen. Das kann zum Beispiel eine Antibiotika-Resistenz sein. Für die Zelle sind sie jedoch nicht unbedingt notwendig.
In der Gentechnik werden Plasmide daher vor allem genutzt, um genetisch veränderte Pflanzen herzustellen und bestimmte Gene zu vervielfältigen.
Schon gewusst? Plasmide kommen in Prokaryoten, also Bakterien und Archeen vor. Selten gibt es sie jedoch auch in Eukaryoten, z.B. in der Backhefe.
Plasmid DNA
Plasmiden sind verhältnismäßig kleine Moleküle. Sie sind meist nur zwischen 2 kBp und 200 kBp groß. kBp steht hierbei für den Begriff Kilo-Basenpaare und ist eine Einheit, in der die Größe von doppelsträngigen DNA Abschnitten angegeben wird. Ein Bp bezeichnet zwei gegenüberliegende Nukleobasen, die über Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden sind. Ein kBp sind 1.000 dieser Basenpaare.
Die verhältnismäßig größeren DNA Moleküle innerhalb eines Bakteriums nennst du auch Bakterienchromosom bzw. chromosomale DNA. Da die Plasmiden nicht zu diesem Bakterienchromosom zählen, bezeichnest du sie auch als extrachromosomale DNA.
Innerhalb eines Plasmids, also in der Plasmid DNA, können verschiedenste Gene enthalten sein. Sie können unterschiedliche Funktionen haben, wie zum Beispiel die Entwicklung einer Resistenz gegen bestimmte Stoffe. Aus diesem Grund werden sie in der Gentechnik oft als „Werkzeuge“ genutzt, um bestimmte Eigenschaften in fremde Lebewesen einzubauen.
Innerhalb eines jeden Plasmids befindet sich ein Replikationsursprung. Dieser ist eine bestimmte Sequenz von Nukleinsäuren, die als Startpunkt für die Replikation der DNA dient. Bei Bakterien wird dieser Replikationsursprung auch als „ORI“ (origin of replication) bezeichnet. Wenn dieser ORI kompatibel zum Bakterium ist, kann sich das Plasmid unabhängig vom Bakterienchromosom vermehren.
Episom
Neben den „normalen“ Plasmiden gibt es die sogenannten Episomen. Das sind Plasmide, die sich in das Bakterienchromosom integrieren können und sich bei jeder Zellteilung des Wirts mit replizieren. Sie können aber auch eigenständig existieren.
Virale Episomen wie die der Herpesviren kommen oft in Eukaryoten vor. Dabei integrieren sich diese jedoch nicht in das Genom , sondern in den Zellkern . Die Episomen von Pockenviren beispielsweise lagern sich jedoch vor allem ins Cytoplasma ein.
Plasmid Konjugation
Bakterien sind in der Lage, Plasmiden untereinander zu übertragen und auszutauschen. Dieser Vorgang wird auch als Konjugation bezeichnet. Hierbei spielt das sogenannte tra-Gen eine wichtige Rolle, es löst den Austausch aus.
Die gesamte Konjugation läuft dabei parasexuell ab. Das bedeutet, dass der Austausch ohne Sexualität, d.h. ohne Verschmelzung von Geschlechtszellen und ohne Meiose stattfindet. Stattdessen können die Bakterien ihre Plasmide über eine Plasmabrücke austauschen, auf ihr werden sie auch „verdoppelt“.
Sogenannte nicht-konjugierende Plasmide können nicht selbstständig übertragen werden. Sie können aber zusammen mit konjugierenden Plasmiden in andere Bakterienzellen übertragen werden.
Plasmid Einteilung
Du kannst die Plasmiden nach ihren Funktionen einteilen. Du unterscheidest dabei zwischen fünf Arten:
- Resistenzplasmid/R-Plasmid: Dieses Plasmid enthält Gene, die eine Resistenz gegen Gifte oder Antibiotika aufweisen.
- Abbauplasmid/Degradationsplasmid: Hier enthält das Plasmid Informationen für Enzyme, die Substanzen wie Kohlenwasserstoff abbauen können.
- Virulenzplasmid: Ein Virulenzplasmid verwandelt ein Bakterium in einen Krankheitserreger.
- Fruchtbarkeitsplasmid/F-Plasmid: Dieses Plasmid enthält die tra-Gene und verleiht dem Bakterium somit die Fähigkeit zur Konjugation. Während der Konjugation wird meistens auch das F-Plasmid übertragen.
- Col-Plasmid: Diese Plasmide enthalten Gene, die für Colicine kodieren. Das sind Gifte, welche für andere Bakterien schädlich sind.
Neben diesen 5 Hauptgruppen gibt es auch noch weitere Plasmidarten.
Ein Beispiel sind die sogenannten Tumor-induzierenden Plasmide (Ti-Plasmide). Sie liegen insbesondere in den Agrobakterien. Die Ti-Plasmide ermöglichen es, DNA in den Protoplasten von Pflanzenzellen zu übertragen und diese somit genetisch zu verändern. Dadurch können zum Beispiel Wucherungen oder Krankheiten in diesen Pflanzen entstehen.
Plasmid Anwendung
Das Wissen über Plasmide wird sich besonders in der Gentechnik zunutze gemacht. Hier werden sie als „Werkzeuge“ genutzt, um als sogenannter Vektor genetisches Material in andere Organismen einzuschleusen.
Besonders bei genetisch veränderten, also transgenen Pflanzen wird dieser Prozess eingesetzt. Hierbei wird der Protoplast , also das Innere der Pflanzenzelle, mit einem bestimmten Bakterium infiziert. Ein Teil der Plasmidinformation des Bakteriums wird nun in die Pflanzenzelle eingeschleust, wodurch die Pflanze neue Fähigkeiten wie zum Beispiel eine Antibiotika-Resistenz entwickeln kann.
Ein weiterer Anwendungsfall der Plasmide in der Gentechnik besteht in der Vervielfältigung von Genen. Dabei wird das Gen, das vervielfältigt werden soll, in Plasmide eingefügt, die eine Antibiotika-Resistenz aufweisen. Die entstandenen Plasmide werden dann in Bakterien eingefügt.
Anschließend vermehren sich die Bakterien auf einem besonderen Nährboden, der mit Antibiotika behandelt wurde. Hier überleben nur die Plasmide, die gegen Antibiotika resistent sind, also jene, die das gewünschte Gen enthalten. Sie können dann extrahiert werden. Das kommt heutzutage beispielsweise bei der Insulinherstellung zum Einsatz.
Plasmid — häufigste Fragen
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Was ist ein Plasmid?
Ein Plasmid ist ein kleines Stückchen kreisförmige DNA. Die DNA unterscheidet sich dabei vom Erbgut der Zelle, der Chromosomen-DNA. Plasmide befinden sich meist in Bakterienzellen außerhalb ihres Zellkerns.
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Was ist die Funktion von Plasmiden?
Plasmiden dienen als Klonierungsvektoren und vervielfältigen dabei bestimmte Gene. Das funktioniert, indem das jeweilige Fremdgen in das Plasmid eingesetzt wird. Das Gen vermehrt sich dann bei der Teilung mit. Zudem werden Plasmide als „Transportgefäße“ eingesetzt, die Fremdgene in Zellen von anderen Organismen, z.B. Pflanzen, einführen.
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Wofür wird die Plasmidtechnik verwendet?
Die Plasmidtechnik dient dazu, fremde DNA in Bakterien einzuführen. Die Fremd-DNA wird dabei in den DNA-Ring eines Plasmids eingebaut. Das ist eine kleine ringförmige Struktur innerhalb von Bakterien.
Bakterienzellen
Plasmiden kommen vor allem in den Zellen von Bakterien vor. Um alles über sie zu erfahren, schau doch in unserem Video vorbei!
