Плазмиды

Плазмида - внехромосомный самовоспроизводящийся генетичечский элемент (фактор наследственности) бактерий и некоторых других организмов. Это линейные или кольцевые ковалентно замкнутые молекулы ДНК, содержащие от 1500 до 400000 пар нуклеотидов[1]. Для них характерно стабильное существование и наследование в бактериях в ряду клеточных поколений. Используются в качестве векторов для клонирования[2].

Выделяют автономные (не связанные с хромосомой бактерии) и интегрированные (встроенные в хромосому) плазмиды. Автономные плазмиды существуют в цитоплазме бактерий и способны самостоятельно репродуцироваться; в клетке может присутствовать несколько их копий. Интегрированные плазмиды репродуцируются одновременно с бактериальной хромосомой. Интеграция плазмид происходит при наличии гомологичных последовательностей ДНК, при которых возможна рекомбинация хромосомной и плазмидной ДНК (что сближает их с профагами). Плазмиды также подразделяют на трансмиссивные (например, F- или R-плазмиды), способные передаваться посредством конъюгации, и нетрансмиссивные.

Плазмиды выполняют регуляторные или кодирующие функции. Регуляторные плазмиды участвуют в компенсировании тех или иных дефектов метаболизма бактериальной клетки посредством встраивания в повреждённый геном и восстановления его функций. Кодирующие плазмиды привносят в бактериальную клетку новую генетическую информацию, кодирующую новые, необычные свойства (например, устойчивость к антибиотикам).

В соответствии с определёнными признаками, кодируемыми плазмидными генами, выделяют следующие группы плазмид:

1. F-плазмиды. При изучении процесса скрещивания бактерий оказалось, что способность клетки быть донором генетического материала связана с присутствием особого F-фактора [от англ. fertility, плодовитость]. F-плазмиды контролируют синтез F-пилей, способствующих спариванию бактерий-доноров (F+) с бактериями-реципиентами (F"). В связи с этим можно указать, что сам термин «плазмида» был предложен для обозначения «полового» фактора бактерий (Джошуа Лёдерберг, 1952). F-плазмиды могут быть автономными и интегрированными. Встроенная в хромосому F-плазмида обеспечивает высокую частоту рекомбинации бактерий данного типа, поэтому их также обозначают как Hfr-плазмиды [от англ. high frequency of recombinations, высокая частота рекомбинаций].
2. R-плазмиды [от англ. resistance, устойчивость] кодируют устойчивость к лекарственным препаратам (например, к антибиотикам и сульфаниламидам), а также к тяжёлым металлам. R-плазмиды включают все гены, ответственные за перенос факторов устойчивости из клетки в клетку.
3. Неконъюгативные плазмиды обычно характерны для грамположительных кокков, но встречаются также у некоторых грамотрицательных микроорганизмов (например, у Haemophilus influenzae, Neisseria gonorrhoeae). Они обычно имеют небольшие размеры (молекулярная масса примерно 1 — 10*106 D). Обнаруживают большое количество мелких плазмид (более 30 на клетку), так как только наличие такого количества обеспечивает их распределение в потомстве при клеточном делении. Неконъюгативные плазмиды могут быть также перенесены из клетки в клетку при наличии в бактерии одновременно конъюгативных и неконъюгативных плазмид. При конъюгации донор может передать и неконъюгативные плазмиды за счёт связывания генетического материала последних с конъюгативной плазмидой.
4. Плазмиды бактериоциногении кодируют синтез бактериоцинов — белковых продуктов, вызывающих гибель бактерий того же или близких видов. Многие плазмиды, кодирующие образование бактериоцинов, также содержат набор генов, ответственных за конъюгацию и перенос плазмид. Подобные плазмиды относительно крупные (молекулярная масса 25-150*106 D), их довольно часто выявляют у грамотрицательных палочек. Большие плазмиды обычно присутствуют в количестве 1~2 копий на клетку. Их репликация тесно связана с репликацией бактериальной хромосомы.
5. Плазмиды патогенности контролируют вирулентные свойства многих видов, особенно энтеробактерий. В частности F-, R-плазмиды и плазмиды бактериоциногении включают tox+-транспозоны (мигрирующий генетический элемент), кодирующие токсинообразование. Нередко tox+-транспозоны кодируют синтез интактных протоксинов (например, дифтерийного или ботулинического), активируемых клеточными протеазами, образование которых контролируют гены бактериальных хромосом.
6. Криптические (скрытые) плазмиды не содержат генов, которые можно было бы обнаружить по их фенотипическому проявлению.
7. Плазмиды биодеградации. Обнаружен также ряд плазмид, кодирующих ферменты деградации природных (мочевина, углеводы) и неприродных (толуол, камфора, нафталин) соединений, необходимых для использования в качестве источников углерода или энергии, что обеспечивает им селективные преимущества перед другими бактериями данного вида. Патогенным бактериям подобные плазмиды придают преимущества перед представителями аутомикрофлоры.

Плазмиды NCBI

Я занимаюсь изучением бактерии Bacteroides thetaiotamicron, принадлежащей к роду Bacteroides, в котором известны 11 плазмид, и лишь одна из них (p5482) относится к виду thetaiotamicron. Исходя из данных таблицы "pr13_2.xlsx", можно сделать вывод, что минимальная длина плазмиды составляет 0,537 Kb (как, к примеру, у Xanthomonas campestris pv. campestris str. CN14), плазмиду максимальной длины в 2580,08 Kb имеет бетапротеобактерия Cupriavidus metallidurans CH34. Среднее медианное значение составляет 87 Kb, на удивление, медианное значение гораздо меньше среднего - только 30,658 Kb.

Чтобы извлечь род я разделила колонку "Organism name" (применила ф-ию "разбить по столбцам", пробел использовала как разделитель). Получились столбцы с родом и видом (другие я удалила, т.к. там были указаны не требуемые по заданию таксоны). Для создания таблицы "Genera" я скопировала столбец "Genus" из листа "plasmids", затем с помощью сортировки в алфавитном порядке и удаления повторов я создала столбец с родами, имеющими плазмиды. После этого мной была использована функция "СЧЁТЕСЛИ" (диапазон - список родов на листе "plasmids", критерий - соответствующая ячейка столбца с родами на листе "genera", протянула ф-ию на второй столбец).

Источники:

[1] XuMuK.ru-ПЛАЗМИДА-Химическая энциклопедия
[2] Плазмиды-Медицинская библиотека
[3] Внехромосомные факторы наследстенности. Плазмиды бактерий