Co je bakteriální umělý chromozom?

Bakteriální umělý chromozom (BAC) je jedním z nástrojů, které se nazývají vektory, které mikrobiologové používají k vložení genů do bakterie - obvykle e coli . Vkládání genů mění vlastnosti bakterie v procesu zvaném transformace. Vědec může změnit kmen bakterií pomocí BAC, pak porovnat změněné bakterie s nezměněným kmenem a zjistit, jakou roli hrají vložené geny v buněčné biologii. Zatímco vědci používají všechny vektory podobným způsobem, BAC je pozoruhodný tím, že je schopen nést mnohem více genetického materiálu než konkurenční nástroje.

V průběhu let vědci vyvinuli řadu různých druhů vektorů pro úpravu genetického složení bakterií. Převážná část je vytvářena modifikací fágů - virů, které infikují pouze bakteriální buňky - nebo struktur nazývaných plazmidy. Bakteriální umělý chromozom je jedním z řady plazmidových vektorů. Plazmidy jsou volně se pohybující kruhy DNA, které mnoho bakterií kromě chromozomální DNA obsahuje. Nejsou považovány za samostatnou formu života, ale přesto se chovají jako organizmus uvnitř organismu: mohou se rozmnožovat nezávisle na bakteriích, ve kterých „žijí“.

Plazmidy jako bakteriální umělý chromozom se zavádějí do bakterií pomocí procesu zvaného elektroporace. Elektroporace zahrnuje narušení buněčné membrány elektrickým proudem, který vytváří dočasné otvory, skrze které mohou být molekuly vloženy. Předchůdci BAC zahrnovali modifikované plazmidy s takovými exotickými jmény jako kosmid a fosmid. Tyto často frustrované pokusy o výzkum, protože mohly nést jen několik desítek tisíc párů bází DNA, stačí k vložení pouze velmi malých genů.

V roce 1992 vytvořil první bakteriální umělý chromozom Hiroaki Shizuya, výzkumný pracovník v Kalifornském technologickém institutu, úpravou plazmidu zvaného F-faktor. Plazmidy F-faktoru se bakteriemi používají přirozeně k přenosu DNA z jedné buňky do druhé během období stresu v prostředí, aby se zvýšila genetická variabilita a pravděpodobnost přežití. Na rozdíl od svých předchůdců mohl BAC nést velké geny se stovkami tisíc párů bází DNA nebo několika geny najednou.

Mnoho velkých BAC knihoven je nyní spravováno univerzitami, soukromým průmyslem a vládními skupinami. Kromě zkoumaných genů obsahuje mnoho BAC nástroje, které umožňují snadnější výzkum. Například některé BAC obsahují geny, které mění barvu bakterií na modrou nebo způsobují, že pro snadnější identifikaci svítí. Některé obsahují geny, díky nimž je hostitel rezistentní na určité protilátky. Kultury mohou být purifikovány propláchnutím příslušnou protilátkou, usmrcením všech bakterií kromě těch, které nesou BAC.

Protože se bakterie rychle rozmnožují, bakteriální umělý chromozom může být také použit ke klonování velkých množství konkrétní genetické sekvence pro studium. To umožnilo lepší studium genomů organismů, které rostou pomalu nebo nepředvídatelně v laboratorních podmínkách. Schopnost klonovat urychlila výzkum léčby nemocí tím, že umožnila rychlejší identifikaci účinných antivirových a antibakteriálních léků. Rovněž umožnil účinnější produkci sekvencí používaných při genetické modifikaci jiných organismů pro výzkum a průmysl.