质粒:定义与概述

质粒是什么?

质粒是小的、圆形的、染色体外的双链DNA分子，自然存在于细菌物种中。然而，在一些古菌和真核生物中也发现了它们的存在。

质粒在物理上不同于染色体DNA。所有的细菌质粒都可以自我复制，并包含一个复制起点(控制质粒的宿主范围和复制数量)和有助于细菌生存的基因，如抗生素耐药基因。

另一方面，在正常条件下，细菌染色体包含微生物发育和生命所需的基因。

图:细菌的图解，显示细菌的染色体DNA和质粒。

质粒存在于不同的微生物有不同的长度，从大约1000个碱基对到成百上千个碱基对。在细胞分裂过程中，细菌细胞内的质粒被复制，并通过细菌偶联的过程将一个质粒转移到每个子细胞。这种细菌基因组的交换也可以发生在两种不同的细菌菌株之间。

此外，质粒也被认为是可移动的遗传元件，其通过接合传递遗传物质的过程是一种水平基因转移的机制。

质粒在实验室中被人为地改变和构建，以作为在特定细胞类型中转移外源DNA的工具。它们被广泛用于克隆载体驱动宿主细胞的重组DNA复制。而且，由于质粒具有在宿主体内自我复制的能力，它们也被称为复制子。

在这篇文章中，我们将回顾质粒的类型，它们是如何在实验室中被人为设计用于实验室分析，以及它们的应用。

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类型的质粒

质粒有很多种分类方法。例如，根据它们通过结合转移基因的能力，它们被分为结合质粒和非结合质粒。然而,根据其功能，它们可分为:

生育F-plasmids
电阻(R)质粒
毒力质粒
使下降的质粒
坳质粒

生育能力的质粒

育性质粒也被称为f质粒，它含有TRA基因，有助于通过接合将基因转移到其他细菌物种。它们属于共轭质粒的范畴。

由于它们易于和能够插入到染色体DNA，它们也被称为插曲在原核生物的背景下。

在质粒转移过程中，接受质粒的细菌被称为F+菌，不接受质粒的细菌被称为F-菌。然而，这两种细菌之间的融合产生了两个F+质粒。

耐药质粒

抗性质粒也被称为r -质粒或r -因子。它们含有帮助细菌在不利环境中保护自己的基因，例如在抗生素或毒药存在的情况下。

通常，它们可以通过结合转移到其他细菌物种，只要该物种对特定抗生素具有耐药性。

毒力质粒

当这些质粒出现在细菌株中时，就会把它变成病原体。它们很容易在受感染的生物体中传播和繁殖。

例如,某些大肠杆菌(或大肠杆菌)菌株存在于人类肠道和其他动物中，当含有毒力质粒时，会引起呕吐和腹泻。其他具有毒力质粒的生物体包括根癌土壤杆菌(含Ti质粒)和沙门氏菌血清．

使下降的质粒

降解质粒属于共轭质粒组。它们含有编码蛋白质的基因，可以帮助细菌消化自然界中不常见的化合物，如二甲苯、樟脑、甲苯和水杨酸。

坳质粒

Col质粒含有产生细菌素的基因，帮助一种细菌杀死其他细菌。

质粒是如何构建的?

质粒是研究和医学实验室了解、设计和开发一系列致命疾病治疗方法的重要工具之一。质粒可以将所需的核酸片段转移到目标位置，以治疗突变驱动的疾病，如癌症。

所有人为设计的质粒中存在的共同成分是复制起点、选择标记、抗生素抗性基因、启动子区、引物结合位点和克隆位点。目前,质粒构建首先用限制性内切酶消化DNA序列，然后用DNA连接酶连接DNA片段的末端。

图:质粒结构及其标记元素的图示。

另一种构建质粒的技术被称为间隙修复克隆(GRC)，它涉及到利用出芽酵母细胞的同源重组活性。

的人为地创造了质粒通常被称为向量。此外，除了上述技术外，还利用多种其他克隆技术，如Gibson、Gateway和独立连接法，将所需的核苷酸序列插入质粒中。

在想要的DNA片段插入载体后，它被转化为细菌细胞，在含有选择性抗生素的培养皿上生长。这只允许含有质粒的细菌生长。

由于质粒是从细菌中分离出来的，这使它们成为一种有效的培养基，以增加它们想要的质粒拷贝数。

质粒的作用是什么?

质粒在分子生物学、生物技术和微生物实验室中有着广泛的应用。它们是在实验室中人工制造的，被设计用来携带和引入外来DNA或核苷酸序列到细胞中。它们是克隆、转移和操纵基因的重要工具。

基于这项研究的目的，不同类型表达载体、克隆质粒、RNA质粒、报告质粒、基因敲除质粒载体、基因组工程质粒等。

人工设计的重组质粒具有广泛的应用，包括生物的转录分析和改变靶细胞的特定基因表达。下面是质粒的一些常见用途的简要介绍。

基因工程

基因工程包括使用重组技术插入或删除基因，改变完整的基因组成，并产生一种新的生物类型。该过程包括以下基本步骤:

利用PCR技术扩增目标DNA序列。
目的DNA和质粒用相同的限制性内切酶消化。
利用DNA连接酶将消化产生的DNA片段连接起来。
由此产生的重组核酸转化为一种特定的细胞类型。
转化的细胞是根据插入质粒中的选择标记来选择的。

蛋白的生产

质粒是用于大规模生产蛋白质的有效、简单、经济的工具之一。将一个感兴趣的基因插入质粒中，细菌可以通过插入的基因诱导蛋白质的产生。

使用质粒载体产生蛋白质的一个例子是用于治疗糖尿病患者的胰岛素。

图:使用人工构建的质粒生产治疗性蛋白质的过程的说明。

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质粒是小而圆的双链DNA，可以自主复制，自然存在于细菌物种中。它们含有帮助微生物在不利条件下生存的基因。

在实验室中，质粒是广泛使用的工具之一，以整合外源DNA到特定的细胞类型。而且，由于它们的通用性、安全性、灵活性和成本效益，它们被生物技术学家、分子生物学家和微生物学家广泛应用。

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