Главная            О проекте            Карта сайта            Обновления            Ссылки

Плазмиды

Когда в самом начале 50-х годов XX века американский генетик Джошуа Ледерберг открыл плазмиды, никто не придал этому большого значения. Собственно, Ледерберг лишь обнаружил, что в кишечной палочке помимо основной молекулы ДНК существуют ещё маленькие молекулы ДНК, которые исследователь и назвал плазмидами. Отличие от основной у них было в том, что они могли беспрепятственно переходить из одной бактерии в другую. У высших организмов кроме основной, ядерной ДНК также имеются маленькие ДНК в цитоплазме (внутри митохондрий), так что открытие Ледерберга посчитали не бог весть каким событием.

Схематичное изображение плазмид в клетке бактерии

Однако о маленьких ДНК вскоре заговорили, но не молекулярные биологи, а медики. Разговоры пошли после того, как в 1959 году японцы установили причину неэффективности антибиотика, который вначале хорошо себя зарекомендовал при лечении дизентерии. Оказалось, что у бактерий появилась плазмида, в состав которой входили гены, устойчивые к разным антибиотикам.

Выяснилось, что "вредные" гены, нейтрализующие лекарственные препараты, практически всегда располагаются в плазмидах. Способность маленьких ДНК беспрепятственно переходить из одной бактерии в другую, приводит к тому, что "вредные" гены быстро распространяются среди бактерий, как только начинается широкое применение какого-либо антибиотика. Та же стафилококковая инфекция, которая причиняет много неприятностей хирургическим клиникам, обязана своей стойкостью именно вышеназванным факторам.

Столь негативные свойства маленьких ДНК привлекли к ним внимание и молекулярных биологов, и медиков. С этими малышами стали производить различные эксперименты, изучать их свойство, и вскоре пришли к заключению, что представляют они собой организмы особого типа.

До этого считалось, что простейшим объектом живой природы является вирус. Состоит он из нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и помещён в белковый чехол. Вне клетки вирус является всего лишь набором молекул и по своим свойствам соответствует объектам неживой природы. Доказательством этому может служить тот факт, что ещё в 30-е годы XX века из вирусов выращивали кристаллы.

Зато, попав в клетку, вирус преображается. Он оживает и начинает активно вмешиваться в работу клетки. Ресурсы маленькой живой ткани начинают работать на удовлетворение нужд вируса. В конце концов, клетка гибнет, а вирус стократно умножается. Всё это выглядит очень просто и совершенно.

Теперь давайте посмотрим на маленькие ДНК, открытые Ледербергом. Вне клетки они представляют собой обыкновенные молекулы. Но, попав внутрь, начинают вести "осмысленное" существование. Они, как и вирус, используют часть ресурсов клетки для своего размножения, но при этом ограничивают свои аппетиты, чтобы не погубить кормильца. В этом смысле плазмиды гораздо умнее вирусов. Ведь, уничтожая клетку, вирус "отрубает руку", дающую ему пищу. А маленькие ДНК размножаются вместе со своей хозяйкой-клеткой.

Вирус можно уподобить алчному и недальновидному агрессору. А вот нашу малышку можно сравнить с домашним животным, к примеру, с собакой. У людей бывает одна собака, две, несколько или вообще ни одной. Так и у бактерий может быть одна маленькая ДНК, две, три, несколько или не быть вовсе.

Если условия благоприятные, то независимо от количества плазмид все клетки чувствуют себя примерно одинаково. Только иметь маленькие ДНК, конечно, накладнее. Ведь они требуют питание точно так же, как и собаки. Но вот условия изменились: клетка оказывается во враждебном окружении. Пусть это будет пенициллин. И что получается? А получается то, что малышка бросается защищать кормильца, как сделала бы любая верная собака.

Маленькая ДНК начинает вырабатывать фермент – пенициллиназу. Он разрушает пенициллин и помогает клетке выжить. Отсюда видно, что сосуществование плазмиды и бактериальной клетки представляет собой взаимовыгодный союз. Биологи называют такое единство интересов "симбиозом".

Хозяин может передать одну из собак другому человеку. Точно также и бактерии обмениваются маленькими ДНК. Вот как раз это свойство, доставляющее столько нервов и хлопот врачам, оказалось очень кстати для генной инженерии.

Если маленькие ДНК извлечь из бактерий и заменить их другими, а после этого подмешать получившиеся гибриды к бактериальным клеткам, то они начнут успешно размножаться в этих бактериях. Таким образом, благодаря простоте своего устройства, эти малышки оказались теми самыми организмами, которые легко переносят вмешательство извне и позволяют встраивать в них чужеродные гены. Другие организмы, в том числе и вирусы, подобную операцию переносят во много раз болезненнее.

А теперь самое главное: используя рестриктазы, создают гибридные плазмиды, которые содержат в себе фрагменты ДНК из самых разных организмов. После этого гибриды размножаются вместе с бактериями-хозяйками. Таким образом, многократно умножается включённый чужеродный участок ДНК. Называется подобная процедура клонированием.

Клонировать таким способом можно любой участок ДНК. Данный приём дал специалистам молекулярной биологии уникальную возможность манипулировать любыми генами, причём не только бактерий, но и высших организмов. То есть постепенно реализуется основная цель генной инженерии – получение в клетках одного вида, генов другого вида, то есть иных белков. А это означает кардинальный переворот в живом мире планеты.