Was sind Plasmide?

In vielen verschiedenen Bakterien befinden sich kleine zirkuläre DNA-Stücke im Zytoplasma. Diese DNA-Kreise werden als Plasmide bezeichnet und sind von der chromosomalen DNA oder der DNA, die die Gene für die Bakterienzellen trägt, getrennt. Oft sind mehrere Kopien der Plasmide gleichzeitig in der Bakterienzelle vorhanden. Plasmide spielen eine sehr wichtige Rolle in der Gentechnik, insbesondere beim Klonen von Genen.

Wenn Gene geklont werden, findet der Prozess normalerweise innerhalb von Bakterien statt. Um das Gen zu erhalten, das in die Bakterien kloniert werden soll, ist ein Vektor erforderlich. Als Vektor wird ein Plasmid verwendet, da es leicht von einer Zelle zur nächsten übergehen kann.

Vor dem Einfügen eines Plasmids in eine Wirtszelle sind eine Reihe von Schritten beim Klonen von Genen beteiligt. Zunächst müssen das zu kopierende Gen sowie die als Vektoren zu verwendenden Plasmide isoliert werden. Sobald dies erfolgt ist, muss das Gen in die Plasmid-DNA eingefügt werden. Das Plasmid wird dann zur Replikation in die bakterielle Wirtszelle inseriert.

Um Plasmide aus Bakterienzellen zu isolieren, müssen die Zellen zunächst mit Enzymen behandelt werden, um die Zellwände der Bakterien abzubauen. Die größere chromosomale DNA wird mit einer Zentrifuge von den kleineren Plasmiden getrennt. Die isolierte Plasmid-DNA ist nun bereit, das Gen in sie einzufügen.

Plasmide bestehen aus einem doppelsträngigen DNA-Kreis. Zur Insertion des gewünschten Gens wird die Plasmid-DNA mit Restriktionsenzymen geschnitten. Diese Enzyme schneiden DNA nur an sehr spezifischen Nukleotidsequenzen. Sobald die Plasmid-DNA geschnitten wurde, werden Linkersequenzen an die losen Enden angefügt, die mit den Enden des einzufügenden Gens korrelieren. Dies stellt sicher, dass das Gen genau in das Plasmid passt.

Sobald das Gen in das Plasmid eingefügt wurde, kann es nun in ein lebendes Bakterium eingefügt werden. Bakterien replizieren ihre Plasmide, so dass eine einzelne Zelle viele Kopien enthalten kann. Innerhalb eines Bakteriums können bis zu 200 Kopien eines einzelnen Plasmids vorhanden sein. Wenn das Plasmid in viele Bakterienzellen eingeführt wird, können viele Kopien des Gens relativ schnell hergestellt werden, insbesondere wenn sich Bakterienzellen etwa alle 20 Minuten replizieren.

Dies ist der Prozess, der zur Herstellung von Humaninsulin verwendet wird. Das für Insulin kodierende Gen wurde isoliert und in ein Plasmid inseriert. Alle Plasmide, die das Insulingen enthielten, wurden dann in ein Bakterium eingeführt, wo sie repliziert wurden. Die Bakterien vermehrten sich dann weiter, so dass in kürzester Zeit viele Millionen Zellen, die das Insulin-Gen enthalten, entstehen können. Dieses geklonte Gen liefert nun eine zuverlässige Quelle für Humaninsulin.