质粒101:环境质粒

由杰西卡·韦尔奇

在Addgene,我们经常将质粒称为实验室或实验工具。他们肯定是在研究中非常方便,但这些工具来自哪里以及为什么它们本质上存在?阅读有关环境质粒的更多信息,以及他们如何帮助我们发展分子生物学工具的实验室。

天然质粒

微生物的战争在自然界中发现的质粒通常会赋予宿主有益的特性,使它们能够在竞争环境中生存。直接来自环境的质粒有时被称为“自然”质粒,以区别于我们通常在实验室中使用的改良版本。水平(或“横向”)基因转移是指遗传物质通过生殖以外的机制在生物体之间传递(垂直基因转移)。像天然质粒这样的小的、可移动的遗传元件可以进行水平基因转移,使这些质粒编码的有益性状在整个环境中迅速传播。事实上,质粒在生物体之间的转移是自然界中水平基因转移最常见的方法之一。这些“额外的”DNA片段对于在培养皿外拥挤和竞争激烈的自然环境中生存非常有用。

当我们想到质粒时,我们通常会想到细菌,但古细菌和真核生物也可以容纳这些环状的、染色体外的、双链的DNA乘客。例如,各种高拷贝数酵母菌载体已经从自然界中得到2微米酵母质粒

质粒在实验室外转移

在实验室中,我们使用化学转化,电穿孔和转染将质粒放入细胞中。本质上,质粒转移的两个主要途径是缀合和天然转化。当痔疮在两个细菌之间延伸时发生缀合,允许质粒DNA拷贝从一个细胞到另一个细胞。

DNA也可以通过噬菌体(感染细菌的病毒)在细菌之间传递。噬菌体基因组可以作为染色体外质粒存在于细菌细胞中,也可以通过DNA重组系统整合到宿主染色体中。这些系统中的一些已经被修改用于基因组工程,包括Cre-lox系统从P1噬菌体大肠杆菌

有趣的事实:有证据表明闪电也能促进土壤细菌的基因转移。

天然质粒的好处

实际上构成了由质粒编码的“有益特性”?除了转移和整合所需的基因外,天然质粒还可以传达各种功能,使其宿主生物能够在竞争性环境中茁壮成长。编码这些功能的基因构成了许多分子生物学工具的基础!

抗性基因和微生物战

天然质粒编码蛋白质可用于微生物战争胜利对邻居的一种方式是通过生产毒素和抗生素来消除竞争。真菌如青霉素产生杀菌化合物,如青霉素,细菌反过来拥有质粒传播毒素,如大肠杆菌素和枯草杆菌素,以杀死该地区的其他细菌。当然,微生物军备竞赛的下一个合乎逻辑的步骤是发展电阻这些化学武器。

携带用于产生大肠杆菌毒素(如大肠杆菌素)的基因的质粒也常常携带必要的抗性基因,从而使生产者具有免疫力,这很方便。对其他物种产生的抗生素化合物的耐药性(比如那些讨厌的青霉素)可以通过质粒传播,就像一张“免坐牢卡”。这些质粒过去被称为R(抗性)质粒。而抗生素抗性介导的选择对于克隆工作是必不可少的,携带这些基因之间的质粒的转移也可能对公共卫生产生严重影响,如我们最近所述关于抗生素耐药性的博客文章

降解酶

然而,在竞争环境中存在不太积极的方法,例如占用一个未占用的利基。一些生物通过利用其他生物不能使用的顽抗或不寻常的基质来管理这一点。其他人对诸如重金属或杀虫剂等有毒物质产生抗性,使他们能够在其他人不能的地方存活。为了节省能量,这些专门的降解能力通常仅在目标化合物存在下紧密调节以活性。这些系统是零件的金矿合成生物学,特别是当与允许调整代谢途径的天然诱导型表达系统时。

毒力质粒

类似地,有条件地表达的质粒基因可以使细菌能够侵入生物体和生物体中的环境的能力。例如,存在允许的质粒沙门氏菌大肠杆菌感染人的肠道,以及其他允许杆菌感染的植物。这些被称为毒力质粒,因为它们有助于使原本无害的细菌致病。虽然这些质粒在自然环境中可能对宿主生物的健康构成威胁,但它们也为研究人员提供了将DNA和其他分子传递给宿主生物的新方法。例如,来自Ti毒力质粒的农杆菌衍生的载体现在在生物技术中经常用于转化植物细胞。

我们只是在这篇文章中打破了环境质粒世界的表面。它是天然质粒的巨大多样性及其功能,使研究人员能够发展和存款Addgene库中有许多质粒工具。了解更多关于其他常见质粒特征的信息,例如复制的起源启动子,看看我们的质粒101次职位并留意vwin.com mobile随着科学家们继续挖掘环境质粒为新的和令人兴奋的分子技术!

点击下载addgene的质粒101电子书


参考

1.Demaneche, S.等人“闪电介导的土壤基因转移的实验室尺度证据”。申请环境微生物(2001)67:3440-3444。PubMed.PMID:11472916。公共医学中心PMCID:PMC93040

Addgene博客上的其他资源vwin.com mobile

在Addgene.org上的资源

主题:质粒101,微生物学,质粒

发表评论

分享科学刚刚变得更容易...订阅我们的博客

订阅