Plasmid là gì? Ứng dụng Plasmid

Plasmid là gì?

Plasmid là một phân tử DNA tròn nhỏ có mặt ở vi khuẩn và vi khuẩn cổ. Nó là một phần tử DNA phụ ngoại trừ DNA bộ gen hoặc nhiễm sắc thể. Plasmid có nguồn gốc sao chép. Do đó, nó có khả năng tự sao chép và chỉ sở hữu một số lượng nhỏ gen. Kích thước của nó có thể thay đổi từ dưới 1,0 kb đến hơn 200 kb, nhưng số lượng plasmid trong tế bào là một hằng số giữa các thế hệ. “Số bản sao” là số lượng trung bình của các bản sao plasmid trong một tế bào vi khuẩn. Do đó, số lượng bản sao có thể dao động từ 1 đến 50, nhưng điều này khác nhau giữa các loài vi khuẩn.

Vì plasmid không chứa DNA bộ gen nên chúng không cần thiết cho chức năng của vi khuẩn nơi chúng cư trú. Tuy nhiên, các gen của plasmid cung cấp các tác động có lợi và khả năng tồn tại thêm cho vi khuẩn. Hơn nữa, một số gen mã hóa tính kháng thuốc kháng sinh. Ví dụ; một số Staphylococci sở hữu các gen plasmid mã cho enzym penicilinase để phân hủy penicilin. Do đó chúng có khả năng kháng lại kháng sinh penicillin. Trong Rhizobium leguminosarum, gen plasmid chịu trách nhiệm cho sự cố định nitơ và hình thành nốt sần.

Hơn nữa, có thể chèn plasmid vào các vi khuẩn khác, và do đó, nó hoạt động như một phần của vi khuẩn chủ. Khả năng này có ý nghĩa trong kỹ thuật di truyền khi đưa các gen quan trọng vào sinh vật chủ.

Cấu hình Plasmid

ADN plasmid khi chạy điện di có thể xuất điện dưới 5 dạng cấu hình

• Supercoiled – Siêu xoắn hay Dạng vòng đóng bằng liên kết hóa trị. Trường hợp này ADN còn nguyên vẹn với cả hai mạch đều không bị cắt đứt.
• Relaxed Circular – Vòng tháo xoắn. Trong trường hợp này ADN vẫn còn nguyên với hai mạch đều không bị cắt, nhưng plasmid đã được enzyme tháo xoắn.
• Supercoiled Denatured – Siêu xoắn biến tính. Trường hợp này không phải là một dạng tự nhiên trong cơ thể. Nó thường tạo nên cấu hình plasmid rất chặt, cả hai mạch đều hông bị cắt nhưng bắt cặp bổ sung không chính xác và hiện diện với số lượng nhỏ khi bị ly giải quá độ với kiềm.
• Nicked Open-circular – Vòng mở. Trường hợp này có một mạch bị cắt.
• Linear – Mạch thẳng. Đối với trường hợp này hai mạch bị cắt ở cùng một vị trí.

Cấu hình trên gel biểu thị độ linh động điện di tương đối

• Vòng mở (chậm nhất)
• Mạch thẳng
• Siêu xoắn
• Siêu xoắn biến tính
• Vòng tháo xoắn (nhanh nhất)

Các loại plasmid

Dựa vào khả năng truyền sang vi khuẩn khác

• Plasmid conjugation (Plasmid tiếp hợp): Dạng Plasmid  thực hiện một quá trình phức tạp gọi là tiếp hợp có chứa các tra-genes chuyển một plasmid sang vi khuẩn khác.
• Plasmid không tiếp hợp: Dạng plasmid  là những plasmid không có khả năng tự thực hiện tiếp hợp. Khi có sự trợ giúp của plasmid tiếp hợp chúng mới có thể được chuyển sang một vi khuẩn khác.
• Plasmid trung gian: Dạng nhóm Plasmid này chỉ mang các gene cần thiết cho việc di chuyển. Gọi là nhóm di chuyển được (mobilisable). Khi có mặt một plasmid tiếp hợp, những plasmid này có thể chuyển với tần suất cao.
• Plasmid không tương hợp:  Dạng Plasmid được sắp xếp dựa vào khả năng cùng tồn tại của chúng trong một tế bào. Dựa vào cơ chế điều hòa những chức năng thiết yếu của plasmid để sắp xếp theo tính không tương hợp.

Nhận xét: Plasmid có thể cùng tồn tại trong một tế bào với nhiều loại khác nhau. Theo nghiên cứu đã có 7 plasmid khác nhau được tìm thấy trong E. coli. Plasmid không tương hợp hoặc không có họ hàng thường không thể cùng tồn tại. Trong một số trường hợp sẽ bị loại khỏi tế bào.

Dựa vào chức năng

• Plasmid Fertility-(F) plasmid – Plasmid giới tính: Mang các tra gene, có khả năng tiếp hợp.
• Plasmid Resistance-(R) plasmid (Plasmid mang tính kháng): Mang các gene có khả năng kháng lại các thuốc kháng sinh hay các chất độc.
• Col-plasmid: Chứa gene mã hóa cho sự tổng hợp colchicine, một protein có thể giết chết các vi khuẩn khác.
• Plasmid phân hủy: Giúp phân hủy các chất lạ như toluene hay salicylic acid.
• Plasmid mang độc tính:  Làm cho sinh vật trở thành sinh vật gây bệnh.

Ứng dụng Plasmid

Plasmid giúp nhân bản hoặc thể hiện các gen quan tâm

Plasmid đóng một vai trò quan trọng trong việc nhân bản hoặc biểu hiện gen. Để đáp ứng các ứng dụng trên, nhiều plasmid đã được thương mại hóa.

Plasmid thường được đưa vào các gen quan tâm, đây cũng là ứng dụng đầu tiên của nó. Plasmid này chứa một hoặc nhiều gen và gen kháng kháng sinh. Thông qua một quá trình được gọi là biến nạp, plasmid được đưa vào vi khuẩn.

Sau đó vi khuẩn được nuôi cấy trên môi trường có chứa kháng sinh. Nhờ gen kháng kháng sinh nằm trên plasmid, vi khuẩn nhận plasmid sẽ có biểu hiện kháng lại kháng sinh đó. Nhờ đó, trong môi trường nuôi cấy có chứa kháng sinh tương ứng, vi khuẩn vẫn có thể sống được.

Vi khuẩn kháng sinh trong môi trường, vi khuẩn không nhận được plasmid có thể bị tiêu diệt. Vì những vi khuẩn này không nhận được plasmid do chúng không mang gen kháng loại kháng sinh này. Vi khuẩn chứa plasmid sẽ được tách ra, sau quá trình tăng sinh sẽ được thu nhận và ly giải để phân lập plasmid.

Plasmid giúp tạo ra protein với số lượng lớn

Các vi khuẩn được chứa có khả năng sản xuất một lượng lớn protein. Bằng cách nuôi cấy vi khuẩn nằm trên plasmid mang gen mong muốn. Chúng sẽ được kích hoạt để tạo ra một lượng lớn protein. Ứng dụng này đơn giản, tiết kiệm và hiệu quả cao. Đây cũng được coi là phương pháp tạo ra một lượng lớn plasmid. Hoặc một nguồn cung cấp protein cũng như insulin và thuốc kháng sinh.

Để dùng làm thể truyền (vector) thì plasmid cần phải đáp ứng những gì?

• Vùng nhân dòng đa vị chứa các điểm cắt cho các endonucleaza giới hạn, dùng để chèn các ADN nhân dòng.
• Plasmid phải chứa gen để chọn (như gen kháng ampicillin… )
• Điểm khởi động sao chép hoạt động trong E.coli

Nhiễm sắc thể là một sợi giống như cấu trúc bao gồm DNA và protein. Nhiễm sắc thể có trong tất cả các cơ thể sống kể cả vi khuẩn và sinh vật nhân thực. Chỉ có một nhiễm sắc thể hiện diện ở vi khuẩn trong khi có tới 46 nhiễm sắc thể ở người. Trong tất cả các sinh vật sống, DNA bộ gen có trong nhiễm sắc thể.

Do đó, chúng cực kỳ quan trọng đối với sự tồn tại và hoạt động của sinh vật. Ở vi khuẩn, nhiễm sắc thể trôi nổi tự do trong tế bào chất trong khi ở sinh vật nhân thực, chúng cư trú bên trong nhân. Ngược lại với nhiễm sắc thể nhân sơ, nhiễm sắc thể nhân thực chứa hàng nghìn gen. Hơn nữa, nhiễm sắc thể của sinh vật nhân thực có chứa protein histone trong khi nhiễm sắc thể của sinh vật nhân sơ không chứa protein histone.

Nói chung, các nhiễm sắc thể không thể nhìn thấy dưới kính hiển vi. Nhưng khi tế bào phân chia, các nhiễm sắc thể có thể nhìn thấy như những sợi chỉ cuộn chặt chẽ trong quá trình tiên tri.

Plasmid và nhiễm sắc thể

Nhiễm sắc thể là gì?

Nhiễm sắc thể là một sợi giống như cấu trúc bao gồm DNA và protein. Nhiễm sắc thể có trong tất cả các cơ thể sống kể cả vi khuẩn và sinh vật nhân thực. Chỉ có một nhiễm sắc thể hiện diện ở vi khuẩn trong khi có tới 46 nhiễm sắc thể ở người. Trong tất cả các sinh vật sống, DNA bộ gen có trong nhiễm sắc thể.

Do đó, chúng cực kỳ quan trọng đối với sự tồn tại và hoạt động của sinh vật. Ở vi khuẩn, nhiễm sắc thể trôi nổi tự do trong tế bào chất trong khi ở sinh vật nhân thực, chúng cư trú bên trong nhân. Ngược lại với nhiễm sắc thể nhân sơ, nhiễm sắc thể nhân thực chứa hàng nghìn gen. Hơn nữa, nhiễm sắc thể của sinh vật nhân thực có chứa protein histone trong khi nhiễm sắc thể của sinh vật nhân sơ không chứa protein histone.

Nói chung, các nhiễm sắc thể không thể nhìn thấy dưới kính hiển vi. Nhưng khi tế bào phân chia, các nhiễm sắc thể có thể nhìn thấy như những sợi chỉ cuộn chặt chẽ trong quá trình tiên tri.

Điểm giống nhau giữa Plasmid và nhiễm sắc thể

• Plasmid và nhiễm sắc thể là hai thành phần của tế bào vi khuẩn.
• Cả hai đều chứa các phân tử DNA.
• Hơn nữa, cả hai đều chứa gen.
• Bên cạnh đó, nhiễm sắc thể và plasmid của vi khuẩn là những phân tử xoắn kép hình tròn.

Sự khác biệt giữa Plasmid và nhiễm sắc thể

Sự khác biệt cơ bản giữa plasmid và nhiễm sắc thể là plasmid không chứa DNA bộ gen trong khi nhiễm sắc thể chứa DNA bộ gen. Nhiễm sắc thể được bao phủ bởi một protein trong khi plasmid không được bao phủ bởi protein. Vì vậy, nó là một sự khác biệt giữa plasmid và nhiễm sắc thể. Hơn nữa, một sự khác biệt khác giữa plasmid và nhiễm sắc thể là nhiễm sắc thể là tuyến tính vì nó bao gồm DNA mạch thẳng trong khi plasmid là hình tròn. Ngoài ra, nhiễm sắc thể cần thiết cho chức năng tế bào, là chất mang thông tin di truyền, trong khi plasmid không cần thiết cho chức năng của vi khuẩn nơi chúng cư trú, nhưng những gen này mang lại sự sống sót cho vi khuẩn chủ. Do đó, đây là sự khác biệt quan trọng giữa plasmid và nhiễm sắc thể.

Hơn nữa, nhiễm sắc thể có vài nghìn gen, trong khi plasmid có một số lượng nhỏ gen. Ngoài ra, kích thước plasmid có thể thay đổi từ dưới 1,0 kb đến hơn 200 kb, trong khi kích thước nhiễm sắc thể lớn hơn rất nhiều so với plasmid. Ví dụ, kích thước của nhiễm sắc thể được biểu thị bằng Mega-scale. Ngoài ra, nhiễm sắc thể có tâm động và hai crômatit chị em, trong khi plasmid không có tâm động hoặc tâm động. Do đó, đây cũng là sự khác biệt đáng kể giữa plasmid và nhiễm sắc thể. Một sự khác biệt bổ sung giữa plasmid và nhiễm sắc thể là ứng dụng của chúng. Plasmid được sử dụng làm chất mang gen cho một tế bào ngoại lai; do đó, được áp dụng trong kỹ thuật di truyền, trong khi nhiễm sắc thể không được sử dụng làm chất mang gen.

********************

Bạn đang xem: Plasmid là gì? Ứng dụng Plasmid