Was ist ein künstliches Bakterienchromosom?
Ein bakterielles künstliches Chromosom (BAC) gehört zu einer Klasse von Instrumenten, die als Vektoren bezeichnet werden und von Mikrobiologen verwendet werden, um Gene in ein Bakterium einzufügen - normalerweise in E. coli . Das Einfügen von Genen verändert die Eigenschaften des Bakteriums in einem als Transformation bezeichneten Prozess. Ein Wissenschaftler kann einen Bakterienstamm mit einem BAC verändern und dann die veränderten Bakterien mit einem unveränderten Stamm vergleichen, um herauszufinden, welche Rolle die inserierten Gene in der Zellbiologie spielen. Während alle Vektoren von Wissenschaftlern auf ähnliche Weise verwendet werden, ist das BAC bemerkenswert, weil es viel mehr genetisches Material als konkurrierende Werkzeuge tragen kann.
Im Laufe der Jahre haben Wissenschaftler eine Reihe verschiedener Arten von Vektoren entwickelt, um das Erbgut von Bakterien zu verändern. Der größte Teil davon entsteht durch Modifikation von Phagen - Viren, die nur Bakterienzellen infizieren - oder Strukturen, die als Plasmide bezeichnet werden. Das bakterielle künstliche Chromosom ist einer von mehreren Vektoren auf Plasmidbasis. Plasmide sind frei schwebende DNA-Ringe, die viele Bakterien zusätzlich zu ihrer chromosomalen DNA enthalten. Sie gelten nicht als eigenständige Lebensform, verhalten sich aber dennoch so etwas wie ein Organismus innerhalb eines Organismus: Sie können sich unabhängig von den Bakterien, in denen sie "leben", vermehren.
Plasmide wie das künstliche Bakterienchromosom werden mithilfe eines als Elektroporation bezeichneten Prozesses in Bakterien eingefügt. Bei der Elektroporation wird die Zellmembran durch einen elektrischen Schlag gestört, wodurch vorübergehende Öffnungen entstehen, durch die Moleküle eingeführt werden können. Vorläufer des BAC waren modifizierte Plasmide mit exotischen Namen wie Cosmid und Fosmid. Diese oftmals frustrierten Forschungsversuche führten dazu, dass sie nur wenige Zehntausende von DNA-Basenpaaren tragen konnten, was ausreichte, um nur sehr kleine Gene einzufügen.
1992 wurde das erste künstliche Bakterienchromosom von Hiroaki Shizuya, einem Forscher am California Institute of Technology, durch Modifizierung eines Plasmids namens F-Faktor hergestellt. F-Faktor-Plasmide werden von Bakterien auf natürliche Weise zur Übertragung von DNA von einer Zelle zur anderen in Zeiten von Umweltstress verwendet, um die genetische Variabilität und die Überlebenswahrscheinlichkeit zu erhöhen. Im Gegensatz zu seinen Vorgängern könnte das BAC große Gene mit Hunderttausenden von DNA-Basenpaaren oder mehrere Gene gleichzeitig tragen.
Eine Reihe großer BAC-Bibliotheken werden heute von Universitäten, der Privatwirtschaft und Regierungsgruppen verwaltet. Zusätzlich zu den untersuchten Genen enthalten viele BAC Tools, die eine einfachere Forschung ermöglichen. Beispielsweise enthalten einige BACs Gene, die Bakterien blau färben oder zum Leuchten bringen, um die Identifizierung zu erleichtern. Einige enthalten Gene, die den Wirt gegen bestimmte Antikörper resistent machen. Die Kulturen können gereinigt werden, indem sie mit dem betreffenden Antikörper gespült werden, wobei alle Bakterien mit Ausnahme derjenigen, die das BAC tragen, abgetötet werden.
Da sich Bakterien schnell vermehren, kann das bakterielle künstliche Chromosom auch verwendet werden, um große Mengen einer bestimmten genetischen Sequenz für Studien zu klonen. Dies ermöglichte eine bessere Untersuchung der Genome von Organismen, die unter Laborbedingungen langsam oder unvorhersehbar wachsen. Die Fähigkeit zum Klonen hat die Erforschung der Krankheitsbehandlung beschleunigt, da wirksame antivirale und antibakterielle Medikamente schneller identifiziert werden können. Es hat auch eine effektivere Produktion von Sequenzen ermöglicht, die bei der genetischen Veränderung anderer Organismen für Forschung und Industrie verwendet werden.