Co jsou plastidy?

Plastidy jsou specializované struktury v rostlinných buňkách, které vyrábějí a ukládají potraviny a pigmenty pro buňku. Předpokládalo se, že se vyvinuly z nezávislých jednobuněčných organismů, které žily symbioticky s rostlinami před více než miliardou let, obsahují velké množství genů a produkují řadu proteinů. Existuje velký zájem o použití plastidů jako továren pro produkci proteinů, které mají farmaceutický význam.

Nejznámějšími plastidy jsou chloroplasty, které jsou místem fotosyntézy. Jiné zahrnují chromoplasty, které ukládají pigmenty, jako jsou karotenoidy, které jsou zodpovědné za barvení ovoce a květin. Leukoplasty uchovávají škrob, lipidy nebo bílkoviny - všechny potenciální zdroje potravy. Kořeny skladování, jako brambory a mrkev, mohou obsahovat leukoplasty plné škrobu. Plastidové typy se mohou v závislosti na stavu buňky vzájemně převádět a stávat se jinými typy plastidů.

Chloroplasty obsahují pigment chlorofyl, který absorbuje světlo a dává listům zelenou barvu. Chlorofyl zachycuje energii ze slunečního světla a používá ji k oddělování vodíku od kyslíku ve vodě. To produkuje kyslík, který lidé a zvířata dýchají. Vodík je začleněn do oxidu uhličitého ze vzduchu. Tento proces fotosyntézy produkuje glukózu a další sloučeniny, které rostlina používá pro metabolismus.

Tkáně rostlin mohou mít v cytoplazmě velké množství plastidů; jedna buňka jich může mít více než 50. Tyto formy se dělí od rozdělení existujících plastidů a jsou zděděny pouze od jednoho rodiče.

Plastidy mají vnitřní dvojitou membránu, která je odděluje od zbytku buňky. V rámci této membrány je mnoho specializovaných funkcí, jako je řada dalších membrán a plastomu nebo celková DNA plastidu. Tento plastidový genom kóduje asi 100 genů potřebných pro plastid, ale zbytek je kódován jádrem buňky. Plastid tedy není zcela nezávislý na zbytku buňky, i když se dělí samostatně.

Probíhá agresivní výzkum využívající chloroplasty jako zdroj produkce biologických sloučenin, jako jsou enzymy a protilátky. Transformace plastidů má oproti tradičním metodám geneticky inženýrských rostlin velkou výhodu, protože plastidy se ve většině případů v pylu nenacházejí. Neměly by se tedy šířit do sousedních rostlin a geneticky modifikované rostliny by byly izolovány. To by mělo pomoci zmírnit obavy z šíření pozměněných genů do prostředí.

Zavádění genů do plastidu je mnohem komplikovanější než tradiční způsoby zavádění genů do jádra buňky, protože každá buňka může mít více než 1 000 plastomů. Aby byla tato technika úspěšná, musí být každý upraven stejným způsobem. Pokud je však úspěšný, zavedený gen může obsahovat až 25% veškerého buněčného proteinu. Navíc, rostliny jsou schopné provádět změny proteinů, které bakterie nemohou, což jim dává výhodu oproti produkci v bakteriálních systémech s nadměrnou expresí.

U několika různých druhů rostlin se jejich plastidy úspěšně transformovaly. Plastidová transformace rostlinných embryí nebo mladých buněk se často dosáhne pomocí částicové pistole. Tato technika potahuje zlaté nebo wolframové částice DNA a poté je střílí do tkáně. Použitá DNA je plazmid, kruhová jednotka DNA obsahující požadovaný gen. Bude také obsahovat sekvenci DNA, která umožňuje replikaci v buňce, a gen pro antibiotickou rezistenci k identifikaci, které buňky byly transformovány.