Plásmidos

Las polimerasas de ADN no pueden sintetizar una cadena de ADN sin un cebador de ARN corto: un cebador. Para la síntesis de la cadena principal, solo se necesita una semilla, con la que comienza la duplicación y continúa hasta el final de la molécula. La hebra retrasada se sintetiza de forma discontinua: para la síntesis de fragmentos cortos de Okazaki, se necesita una nueva semilla cada vez. Al duplicar plásmidos lineales, la replicación de la hebra principal llega a su fin, pero la duplicación de la hebra rezagada no se completa: el cebador de ARN no puede sintetizarse estrictamente en el extremo 3' de la hebra. El mismo problema se enfrenta a los cromosomas bacterianos lineales. Diferentes bacterias han encontrado diferentes formas de resolver este problema. En Borrelia , los extremos de ambas cadenas están unidos entre sí de forma covalente para formar pequeñas horquillas . Tal estructura de pseudoanillo experimenta una replicación bidireccional típica. La estructura de anillo resultante se corta en dos plásmidos lineales mediante enzimas especiales y se forman horquillas en sus extremos. En Streptomyces , una proteína TP especial está asociada con los extremos 5' del ADN (del inglés  terminal protein  - proteína terminal). Durante la replicación de la hebra retrasada, TP forma estructuras secundarias especiales en la región de regiones no duplicadas debido a las repeticiones invertidas contenidas en ellas [18] .

Funciones de los plásmidos

Muchos plásmidos no provocan cambios apreciables en el fenotipo de sus huéspedes, en cuyo caso se denominan crípticos. Otros, por el contrario, son responsables de la manifestación en la célula huésped de propiedades que le ayudan a sobrevivir en determinadas condiciones ambientales, y sin estos plásmidos, las bacterias morirían o su crecimiento se ralentizaría [19] .

Los plásmidos pueden realizar varias funciones en una célula bacteriana. Los plásmidos más estudiados contienen genes de resistencia a los antibióticos . Se denominan R-plásmidos , o R-factores (del inglés  resistencia  - resistencia) [20] . Los genes de resistencia en sí son muy diversos, desde β-lactamasas codificadas por plásmidos que destruyen la penicilina , hasta proteínas de membrana que evitan que la tetraciclina se acumule en las células. Debido a la rápida propagación de plásmidos de resistencia en las poblaciones bacterianas, el problema de la resistencia a los antibióticos se está volviendo cada vez más agudo. Las bacterias pueden adquirir resistencia a varios antibióticos al mismo tiempo debido a que varios plásmidos protegen contra diferentes antibióticos, o debido a que un plásmido contiene genes de resistencia a diferentes antibióticos. Los transposones , que facilitan la transferencia de genes de un plásmido a otro o de un cromosoma bacteriano a un plásmido , desempeñan un papel importante en la formación de plásmidos que portan genes de resistencia a los antibióticos [21] . El factor R se transmite durante la transducción y la división celular normal. Algunos plásmidos R pueden transferirse por conjugación bacteriana , es decir, son conjugativos. Es posible la transferencia de plásmidos R entre bacterias de diferentes especies, géneros e incluso familias . Así, RP 1 , el plásmido responsable de la resistencia a ampicilina , tetraciclina y kanamicina en bacterias del género Pseudomonas de la familia Pseudomonadaceae , puede transferirse a E. coli perteneciente a la familia Enterobacteriaceae [22] .

Muchos plásmidos contienen genes que codifican proteínas con propiedades antimicrobianas que, por lo general, solo son dañinas para organismos estrechamente relacionados. Por ejemplo, algunas cepas de E. coli producen proteínas que matan las células de otras cepas de E. coli . Estas proteínas se denominan colicinas y las cepas capaces de formarlas se denominan colicinogénicas. Los genes de colicina se encuentran en plásmidos (Col-plasmids), y los mismos plásmidos contienen genes que protegen de las colicinas a las células que los producen [23] . Algunas bacterias codifican proteínas que son tóxicas para los organismos no bacterianos. Las cepas enteropatógenas de E. coli tienen los llamados plásmidos Ent que codifican enterotoxinas [24] . Varias bacterias Gram-positivas ( Staphylococcus aureus , Streptococcus pyogenes , etc.) y Gram-negativas ( Pseudomonas aeruginosa , P. morgani , E. coli , etc.) tienen plásmidos Hly, que también se denominan plásmidos de actividad hemolítica. Llevan genes para proteínas de hemolisina tóxicas capaces de lisar las membranas de los eritrocitos animales y humanos [25] .

En algunas bacterias patógenas , los genes que codifican toxinas que actúan sobre el organismo huésped se encuentran en plásmidos. Debido a dichos plásmidos, algunas cepas de E. coli pueden causar una enfermedad similar al cólera . E. coli secreta toxinas LT similares a la toxina del cólera , pero en Vibrio cholerae el gen que codifica la toxina se encuentra en el profago y no en el plásmido [26] . A menudo, los plásmidos codifican proteínas que son necesarias para la virulencia de las bacterias patógenas o la potencian. Tal plásmido existe, por ejemplo, en especies del género Yersinia , incluyendo Yersinia pestis , el  agente causante de la peste . El plásmido contiene genes que codifican proteínas que permiten a la bacteria inyectar sustancias en las células inmunitarias que las interrumpen o incluso las matan [27] . Varias bacterias patógenas, como algunas cepas patógenas de E. coli , tienen plásmidos de colonización antigénica que contienen genes responsables de la síntesis de antígenos [28] .

Las bacterias que causan enfermedades en las plantas tienen plásmidos específicos , como Agrobacterium tumefaciens , que causa formaciones parecidas a tumores llamadas agallas . Las cepas patógenas de esta bacteria llevan un plásmido T, o plásmido Ti (del inglés  tumor inducing  - "causando un tumor"), y parte de este plásmido se transfiere a las células vegetales . En las bacterias fijadoras de nitrógeno que causan nódulos en las raíces de las leguminosas (p. ej., Rhizobium ) , los genes necesarios para la nodulación y la fijación de nitrógeno se encuentran en plásmidos [27] .

A menudo, los plásmidos proporcionan a su propietario nuevas vías metabólicas . Por ejemplo, la capacidad de fermentar lactosa se puede transferir junto con los plásmidos. En este sentido, el diagnóstico de laboratorio de las bacterias, basado en sus propiedades bioquímicas específicas, es muy difícil. Por ejemplo, los representantes bioquímicamente patógenos del género Salmonella de cepas no patógenas de E. coli se pueden distinguir precisamente por su capacidad para fermentar lactosa. Los plásmidos pueden contener genes responsables de la fermentación de otros azúcares , como la sacarosa , la hidrólisis de la urea o la formación de sulfuro de hidrógeno [10] .

Los genes contenidos en los plásmidos pueden permitir que sus dueños destruyan compuestos potencialmente tóxicos. Por ejemplo, Pseudomonas putida tiene un plásmido pWWO que contiene genes para varias enzimas que convierten los hidrocarburos cíclicos tolueno y xileno en benzoato . También contiene el operón responsable de la destrucción del benzoato a metabolitos que pueden ser utilizados en procesos biosintéticos o para obtener energía . Por lo tanto, Pseudomonas putida puede crecer en condiciones en las que el tolueno es la única fuente de carbono . La capacidad de las bacterias para degradar compuestos nocivos para el medio ambiente es la base de la biorremediación [29] .

La siguiente tabla enumera ejemplos de plásmidos naturales individuales y las funciones que realizan [19] :

Transmisión

Los plásmidos pueden ser adquiridos por una célula bacteriana por contacto directo con otra célula (conjugación) o capturados del entorno (transformación) [30] .

El método principal para adquirir plásmidos de bacterias es la conjugación. Este proceso fue descrito en 1946 por E. Tatum y J. Lederberg en E. coli , posteriormente se descubrió la conjugación en otras bacterias, incluyendo Proteus , Klebsiella , Shigella , Salmonella y Pseudomonas [31] . El contacto entre dos células está mediado por pili sexuales específicos de plásmidos . Los plásmidos que comienzan la conjugación para su propia propagación se denominan conjugativos. Moviéndose de una célula a otra, a veces llevan consigo plásmidos no conjugados o una copia de ADN genómico. El esquema general del proceso de conjugación es el siguiente. El contacto se establece entre bacterias utilizando pili de proteína hueca. Las cadenas de ADN del plásmido en la célula donante se separan, una de ellas se transfiere a la célula receptora, después de lo cual las cadenas complementarias se completan en ambas cadenas simples y los plásmidos vuelven a ser bicatenarios [32] .

El plásmido conjugativo mejor conocido es el plásmido F o factor F. El plásmido F es un episoma de unos 100 kb de longitud. Tiene su propio origen de replicación ( oriV ) y punto de ruptura ( oriT ) [33] . El plásmido F, como todos los plásmidos conjugativos, codifica proteínas que impiden la unión de pili de otras bacterias a la pared celular de ésta. Además de otra información genética, el plásmido F lleva los loci tra y trb organizados en un operón. Los genes contenidos en ellos son responsables de varios aspectos del proceso de conjugación: síntesis de pilinas y ensamblaje de pilinas sexuales, iniciación y regulación del proceso de transferencia de material genético, ruptura en el locus oriT y desenrollamiento de la cadena de ADN [ 34] [35] . El locus tra también está presente en otros plásmidos conjugativos similares a F; contiene el origen de la transferencia conjugativa y 20 genes que codifican las proteínas necesarias para la conjugación [36] . Curiosamente, los plásmidos tipo F como R100, R6-5, R1 y ColV2 inhiben la transferencia del plásmido F [37] . También se conoce la denominada cigosis letal, que consiste en que el número de transconjugantes viables disminuye cuando se mezclan las células donadoras numéricamente predominantes en comparación con el número de células receptoras debido a la formación de numerosos puentes de transferencia de ADN a un receptor. celda [38] .

Se entiende por transformación la recepción por parte de una célula de ADN plasmídico del medio exterior (la totalidad de todos los plásmidos situados en un determinado lugar se denomina plásmido ). La transformación se ha descrito tanto en bacterias grampositivas como gramnegativas, en particular, en representantes de los géneros Streptococcus , Hemophilus , Neisseria , Bacillus , actinomicetos , cianobacterias y otros. Para que el ADN penetre en una célula bacteriana, la célula debe estar en un estado de competencia , es decir, sus cubiertas deben volverse permeables a las moléculas grandes de ADN. En el laboratorio, las células competentes se obtienen bajo estrés: bajo la acción del cloruro de calcio o con la ayuda de la electroporación . Para algunas bacterias, se muestra la transformación in vivo, por ejemplo, para Streptococcus pneumoniae en el cuerpo de un animal infectado. Algunas bacterias toman ADN de cualquier origen, mientras que otras, como Hemophillus , solo pueden tomar su propio ADN. Después de entrar en la célula bacteriana, una de las cadenas de ADN del plásmido se escinde y el fragmento de cadena sencilla se combina físicamente con el ADN del receptor [39] .

Estabilidad

Los plásmidos se caracterizan por la inestabilidad. Las propiedades que definen desaparecen de las poblaciones con mucha más frecuencia que si detrás de esto hubiera un proceso normal de acumulación de mutaciones . Algunos plásmidos son más estables que otros y los plásmidos naturales son mucho más estables que los construidos artificialmente. La estabilidad de un plásmido se ve afectada por su integridad, su capacidad para transferirse durante la división y la tasa de crecimiento diferencial. Los plásmidos a menudo pierden algunos de sus genes porque contienen zonas activas de recombinación . Cuando se produce una recombinación entre regiones repetidas, a menudo se producen inversiones y eliminaciones [40] .

Para mantener un plásmido en una población bacteriana, debe transmitirse a las células hijas durante la división. Los plásmidos de alto número de copias generalmente se distribuyen al azar entre las células hijas. Sin embargo, los plásmidos idénticos suelen formar estructuras multiméricas durante la replicación y la recombinación. Dado que un dímero de dos plásmidos contiene dos ori de replicación, su replicación es más eficiente que la replicación de monómeros y los multímeros se replican aún más rápido. Al final, puede aparecer la llamada "catástrofe de los dímeros": casi todos los plásmidos forman parte de dímeros y multímeros, lo que impide su transferencia durante la división celular. Sin embargo, algunos plásmidos pueden volver a su estado monomérico normal. Por lo tanto, el plásmido ColE1 contiene el sitio cer , sobre el que actúan las proteínas XerC y XerD. Se produce una recombinación específica del sitio , convirtiendo el dímero en dos monómeros. Los plásmidos de bajo número de copias no pueden depender de la distribución aleatoria entre células vecinas; por lo tanto, muchos de ellos contienen un sistema toxina-antitoxina que asegura la destrucción de las células que han perdido el plásmido durante la división [41] .

A veces, la tasa de crecimiento de las células que contienen el plásmido difiere de las que no lo contienen. La diferencia de altura puede estar relacionada con características metabólicas resultantes de la necesidad de duplicar el plásmido y expresar sus genes. Para la mayoría de los plásmidos naturales, estos costos son pequeños y probablemente no tengan un efecto significativo en la tasa de crecimiento. Al mismo tiempo, los plásmidos artificiales a menudo están presentes en las células en una gran cantidad de copias y sus genes se expresan activamente; por lo tanto, para las células que contienen plásmidos artificiales, el problema de su inestabilidad es especialmente grave [42] .

Incompatibilidad

Los plásmidos se caracterizan por el fenómeno de la incompatibilidad: a menudo, dos plásmidos específicos no pueden coexistir simultáneamente en una célula. Por regla general, los plásmidos incompatibles contienen secuencias homólogas. Sin embargo, la incompatibilidad también puede ser causada por la presencia de transposones y otros elementos genéticos en el plásmido que lo hacen inestable. Todos los plásmidos conocidos actualmente se dividieron en 30 grupos de incompatibilidad: los plásmidos dentro de un grupo son incompatibles entre sí, pero compatibles con los plásmidos de otros grupos. Sin embargo, está muy extendida la denominada incompatibilidad atípica, en la que algunos plásmidos son incompatibles no sólo con plásmidos de su propio grupo de incompatibilidad, sino también con algunos plásmidos de otros grupos [43] .

Existen varios modelos de incompatibilidad de plásmidos. Se ha propuesto la hipótesis de que los plásmidos compiten por los sitios de unión en la membrana celular . Dado que los plásmidos del mismo grupo de incompatibilidad se adhieren a la membrana en los mismos lugares, se desplazarán entre sí. Según otra hipótesis, los plásmidos codifican alguna proteína represora que inhibe la replicación de plásmidos del mismo grupo de incompatibilidad. Esta hipótesis ha recibido alguna confirmación experimental [43] .

Hay evidencia de que las repeticiones ubicadas cerca de los orígenes de la replicación están involucradas en la formación de incompatibilidad. Además, un plásmido puede suprimir a otro con la ayuda de ARN no codificante [43] .

Participación de los genes de la célula huésped

Aunque la replicación del plásmido está controlada por sus propias proteínas y ARN, la célula huésped también contribuye a la regulación del número de copias del plásmido [14] . Ninguno de los plásmidos conocidos contiene el conjunto completo de genes necesarios para su replicación. Por ejemplo, la replicación del plásmido F requiere la ADN polimerasa III de la célula huésped y los productos génicos dnaB , dnaC y dnaA , que se localizan en el ADN genómico. El plásmido RK2 se duplica cuando el producto proteico del gen dnaA y la membrana celular se unen a su ADN [44] .

De acuerdo con la capacidad de replicarse en las células de otras bacterias, los plásmidos se dividen en plásmidos de rango estrecho de huéspedes (capaces de replicarse solo en células de una determinada especie) o de amplio rango de huéspedes (replicación fuera de la especie) [45] . Por ejemplo, el plásmido NP1-1 se replica normalmente en células de Pseudomonas aeruginosa , pero el proceso es difícil en otras bacterias. Algunos plásmidos pueden existir en las células de muchos tipos de bacterias; tales plásmidos incluyen, por ejemplo, pC194, pMV158, pM3 y pMT2. Las razones por las que el plásmido no puede duplicarse en las células de algunas especies bacterianas son las características estructurales del promotor , la interacción ineficaz de la proteína iniciadora RepA con la proteína DnaA codificada por el ADN genómico y las chaperonas bacterianas . Además, las características de ori influyen en la limitación del rango de hosts. El número de plásmidos también puede depender del tipo de bacteria huésped. Así, el plásmido pER2 existe en más copias en E. coli que en las células de Corynebacterium . La cantidad de plásmido también está determinada por la fase de crecimiento en la que se encuentra el cultivo bacteriano. El número de plásmidos en la fase logarítmica de crecimiento es mayor que en la fase estacionaria, probablemente debido a la acumulación del inhibidor de replicación en las células. El número de copias de algunos plásmidos puede verse influido por la composición del medio nutritivo en el que crecen las bacterias [44] .

Cuando una célula huésped se divide, los plásmidos multicopia se distribuyen aleatoriamente entre las células hijas y la probabilidad de que una de las células hijas no reciba una sola copia del plásmido es muy pequeña. Sin embargo, para los plásmidos de bajo número de copias, la cuestión de la regulación de su distribución durante la división celular es muy aguda. Como se mencionó anteriormente, el sistema de separación de plásmidos (par) que contienen incluye un conjunto de genes que aseguran una distribución precisa de las copias de plásmidos entre las células hijas. Este sistema es independiente, no está conectado a la replicación y no afecta el número de copias. Sin embargo, la distribución de copias del plásmido pSN19035 entre las células hijas está controlada por la región SegB, uno de cuyos genes también afecta el número de copias del plásmido. Para los plásmidos F y R1, se demostró que las proteínas que regulan la distribución de los plásmidos durante la división pueden suprimir su propia transcripción mediante un mecanismo de retroalimentación negativa . Es posible que una concentración excesiva de estas proteínas bloquee la correcta distribución de los plásmidos. Estas proteínas pueden formar estructuras similares a filamentos que "empujan" copias de plásmidos hacia diferentes células hijas sin la participación de las proteínas receptoras de la membrana de la célula huésped [46] .

Mecanismo de mantenimiento de plásmidos

El sistema toxina-antitoxina está implicado en el mantenimiento de los plásmidos en la célula. En el caso más simple, está representado por dos genes en la región ccd, uno de los cuales mata la célula y se llama toxina, y el otro la suprime y se llama antitoxina, y la toxina es mucho más estable que la antitoxina. Si, durante la división, una de las células hijas no hereda plásmidos con el sistema toxina-antitoxina, entonces la antitoxina que ha ingresado será completamente destruida antes que la toxina, que en ausencia de antitoxina provoca la muerte celular [47] .

Una variante importante del sistema toxina-antioxina son los sistemas de restricción-modificación , que son la fuente de las enzimas de restricción utilizadas en la ingeniería genética [48] [49] . El papel de la toxina en los sistemas lo realiza la enzima de restricción , que reconoce determinadas secuencias de ADN. Si la secuencia no contiene residuos de metilo que bloquean la acción de la enzima de restricción, introduce una ruptura de doble cadena, lo que conduce a la degradación del ADN objetivo. La metilasa , que reconoce la misma secuencia que la enzima de restricción, actúa como antitoxina, bloqueando la actividad de la enzima de restricción. Además del papel de mantener el plásmido, los sistemas de restricción-modificación realizan una función protectora contra el ADN extraño, en particular, los bacteriófagos [50] .

Clasificación

Para la segunda década del siglo XXI, existen varios sistemas de clasificación de plásmidos que tienen en cuenta sus diferencias en topología, características de replicación, capacidad o incapacidad para inducir la transferencia de material genético, presencia o ausencia de factores de resistencia a antibióticos y otras propiedades. La propiedad más importante de un plásmido es su capacidad (o incapacidad) para transferirse de una célula bacteriana a otra durante la conjugación. Los plásmidos transferibles se denominan conjugativos. Los plásmidos, que por sí mismos no pueden transferirse entre células, a veces lo hacen, recogidos por plásmidos conjugativos. Entre los plásmidos conjugativos, hay plásmidos que contienen solo genes de replicación de transferencia y plásmidos cointegrativos conjugativos que, además de genes de transferencia y replicación, contienen genes responsables de algunos rasgos fenotípicos. Los plásmidos cointegrativos incluyen plásmidos R, plásmidos Col que otorgan a las cepas de E. coli la capacidad de formar y secretar colicinas, plásmidos Hly que contienen genes de hemolisina y plásmidos Ent responsables de la síntesis de enterotoxinas [51] .

Además, está muy extendida una clasificación basada en la propiedad de compatibilidad/incompatibilidad de los plásmidos. Los plásmidos conocidos se dividieron en varios grupos para que las bacterias de un grupo sean incompatibles entre sí, pero compatibles con cualquier plásmido de otro grupo de incompatibilidad [52] .

Como se indicó anteriormente, de acuerdo con el número de copias por célula, los plásmidos se dividen en plásmidos de copia baja y de copia alta. Los plásmidos también se clasifican según si su rango de huéspedes es estrecho o amplio [52] .

Plásmidos de hongos

Entre los eucariotas, se han encontrado plásmidos en hongos . Los plásmidos fúngicos están representados por moléculas de ADN lineales o circulares que pueden localizarse en el núcleo celular , el citoplasma, pero la mayoría de ellos se encuentran en las mitocondrias y no provocan cambios fenotípicos. Los plásmidos fúngicos incluyen:

• plásmidos lineales sin homología con el ADN mitocondrial (ADNmt);
• plásmidos circulares sin homología con mtDNA;
• plásmidos circulares que muestran homología con el mtDNA [53] .

Los plásmidos de los dos últimos grupos aparecen durante el proceso de envejecimiento . Se han identificado plásmidos en hongos como la levadura Saccharomyces cerevisiae , Neurospora , Aspergillus niger y Kluyveromyces lactis . Los plásmidos fúngicos pueden transferirse a través de anastomosis miceliales (horizontalmente) ya través de conidios (verticalmente) [53] .

Evolución

En 1968, E. Meynell y sus coautores propusieron la hipótesis de que la primera etapa en la evolución de los plásmidos fue la aparición de un replicón primitivo que podría existir de forma autónoma fuera del cromosoma. El replicón podría haber surgido a partir del ADN nucleoide o desarrollado a partir de una estructura extracromosómica como el centrosoma , ya que en ese momento se consideró posible que pudiera existir mitosis en las bacterias en las primeras etapas de su evolución (esta hipótesis actualmente se reconoce como incorrecta). En 1976, S. Cohen sugirió que el origen de la replicación podría haber surgido de novo a partir de los desoxinucleótidos , y posteriormente se le sumaron genes asociados a la autorreplicación y genes que codifican todo lo necesario para la transferencia genética. Se ha planteado la hipótesis de que los plásmidos se originaron a partir de secuencias repetitivas de ADN genómico bacteriano que terminaron en el citoplasma debido al entrecruzamiento recíproco . Sin embargo, todas las hipótesis anteriores no han recibido apoyo experimental [54] .

Posteriormente, surgió una opinión sobre el origen común de plásmidos y bacteriófagos templados debido a la similitud en su organización. Los plásmidos se consideraron fagos que carecían de genes que codificaban proteínas de la cápside , pero que tenían genes responsables de su duplicación y distribución en las células hijas tras la división. Así, los bacteriófagos N15 , øKO2 y PY54, similares al fago lambda , que se convirtió en la fuente de los primeros vectores , no se integran en el genoma bacteriano, sino que existen como plásmidos lineales durante el ciclo lisogénico [55] .

La teoría de la evolución de los plásmidos R que proporcionan resistencia a los antibióticos recibió una confirmación experimental convincente. Se originaron a partir de elementos extracromosómicos portadores de genes de resistencia o los adquirieron como resultado de mutaciones. Cuando estos elementos se combinaron con factores de transferencia, surgieron plásmidos R conjugativos. Los transposones que cambiaron la expresión de ciertos genes de plásmidos desempeñaron un papel importante en la evolución de los plásmidos [54] .

Aplicación

El uso de plásmidos en actividades de investigación es enorme. Los plásmidos artificiales se utilizan activamente en la ingeniería genética como vectores en los que se insertan regiones de codificación objetivo [56] . Al multiplicar dichos plásmidos en células bacterianas, es posible producir grandes cantidades de la proteína deseada. Por ejemplo, así es como se obtiene actualmente la insulina [57] . Los plásmidos artificiales destinados a utilizarse como vectores están disponibles comercialmente y siempre contienen un origen de replicación, genes que confieren resistencia a algún antibiótico (para la selección en medios antibióticos de células bacterianas que han recibido el plásmido) y varios sitios reconocidos por diferentes endonucleasas de restricción. . La inserción del fragmento se lleva a cabo mediante la restricción del plásmido y el fragmento y posterior ligadura . Se pueden insertar fragmentos de hasta 15 kilobases de largo en vectores regulares. Otros vectores se utilizan para clonar fragmentos más grandes, como cósmidos (plásmidos que contienen el bacteriófago λ cos locus ), fásmidos , también conocidos como fagémidos (plásmidos que contienen el origen de replicación del fago f1 [58] ), cromosomas artificiales bacterianos y de levadura . [59] .

Las secuencias de plásmidos creadas por varios investigadores se pueden encontrar en bases de datos públicas como Addgene , BCCM/LMBP y la base de datos NCBI . Se han creado muchos programas y herramientas de bioinformática para crear plásmidos artificiales con las propiedades deseadas. Utilizándolos se pueden encontrar sitios de restricción y obtener secuencias de plásmidos con insertos, es decir, para realizar "clonaciones virtuales". Ejemplos de tales herramientas incluyen ApE, Clone Manager , GeneConstructionKit, Geneious, Genome Compiler , LabGenius, Lasergene, MacVector , pDraw32, Serial Cloner, SnapGene, VectorFriends, Vector NTI y WebDSV [60 ] .

Los plásmidos se consideran una herramienta prometedora para la terapia génica , ya que pueden expresar proteínas deficientes en las células del paciente. En los plásmidos, es posible entregar herramientas de codificación de genes para la edición del genoma, como nucleasas que contienen dominios de dedos de zinc , y componentes del sistema CRISPR /Cas: la proteína Cas9 y el ARN guía [61] [62] , en las células. .

Los plásmidos que permiten que las bacterias degraden sustratos difíciles de degradar pueden usarse en biorremediación . Los plásmidos se utilizan ampliamente en la creación de vacunas y nuevos fármacos , así como para aumentar la productividad de los organismos que sintetizan sustancias biológicamente activas [63] .

Historia del estudio

En 1952, se descubrió el factor F (ahora conocido como plásmido F) en E. coli , que se transfiere de célula a célula por conjugación. Luego, en 1952, Joshua Lederberg propuso el término "plásmido" para designar al factor F, para el cual ya era posible mostrar su naturaleza extracromosómica [64] . Al principio, el término se utilizó para referirse a cualquier material genético bacteriano que existe extracromosómicamente durante al menos una parte de su ciclo de replicación, pero dado que esta descripción incluye virus bacterianos, el concepto de plásmido se ha refinado: estos son elementos genéticos que se replican de forma autónoma. del cromosoma [ 65] .

Posteriormente, se encontraron plásmidos en otros tipos de bacterias. Su extrema diversidad en características físicas y moleculares se hizo evidente. Algunos científicos han propuesto considerar a los plásmidos como organismos intracelulares simbióticos o parásitos . A fines de la década de 1950 se estableció el hecho de la transferencia de resistencia a los antibióticos de una bacteria a otra sin la participación de un nucleoide. Así es como se descubrieron los plásmidos R. En 1963 se demostró la posibilidad de recombinación entre elementos extracromosómicos y ADN nucleoide. En la década de 1980, se describieron los plásmidos lineales. Gradualmente, los plásmidos comenzaron a encontrar aplicación en métodos de biología molecular [66] .

Notas

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