Wat zijn plastiden?
Plastiden zijn gespecialiseerde structuren in plantencellen die voedsel en pigmenten voor de cel produceren en opslaan. Dacht dat ze zijn geëvolueerd uit onafhankelijke eencellige organismen die meer dan een miljard jaar geleden symbiotisch met planten leefden, bevatten ze een groot aantal genen en produceren ze een aantal eiwitten. Er is veel belangstelling voor het gebruik van plastiden als fabrieken voor het produceren van eiwitten die van farmaceutisch belang zijn.
De meest bekende plastiden zijn de chloroplasten, waar fotosynthese plaatsvindt. Anderen omvatten chromoplasten waarin pigmenten worden opgeslagen, zoals carotenoïden, die verantwoordelijk zijn voor het kleuren van fruit en bloemen. Leucoplasten slaan zetmeel, lipiden of eiwitten op - allemaal mogelijke voedselbronnen. Opslagwortels, zoals aardappelen en wortels, kunnen leucoplasten vol zetmeel bevatten. Plastid-typen kunnen onderling omzetten en andere soorten plastiden worden, afhankelijk van de toestand van de cel.
Chloroplasten bevatten het pigment chlorofyl, dat licht absorbeert en een groene kleur aan bladeren geeft. Chlorofyl vangt de energie uit zonlicht op en gebruikt het om waterstof af te splitsen van de zuurstof in water. Dit produceert de zuurstof die mensen en dieren inademen. De waterstof wordt opgenomen in koolstofdioxide uit de lucht. Dit proces van fotosynthese produceert de glucose en andere verbindingen die de plant gebruikt voor het metabolisme.
Plantenweefsels kunnen een groot aantal plastiden in hun cytoplasma hebben; één cel kan er meer dan 50 bevatten. Deze vormen uit de verdeling van bestaande plastiden en worden slechts geërfd van één ouder.
Plastiden hebben een intern dubbel membraan dat hen scheidt van de rest van de cel. Binnen dit membraan zijn veel gespecialiseerde functies, zoals een reeks extra membranen en het plastoom , of het totale DNA van het plastide. Dit plastidegenoom codeert voor ongeveer 100 van de genen die nodig zijn voor het plastide, maar de rest wordt gecodeerd door de kern van de cel. Het plastide is dus niet volledig onafhankelijk van de rest van de cel, hoewel het afzonderlijk deelt.
Er is agressief onderzoek gaande om chloroplasten te gebruiken als productiebron voor biologische verbindingen, zoals enzymen en antilichamen. Transformatie van plastiden heeft een groot voordeel ten opzichte van traditionele methoden van genetisch gemodificeerde planten, omdat de plastiden in de meeste gevallen niet in het stuifmeel worden gevonden. Ze zouden zich dus niet moeten verspreiden naar naburige planten en de genetisch gemodificeerde planten zouden worden geïsoleerd. Dit zou de bezorgdheid over de verspreiding van veranderde genen in het milieu moeten helpen wegnemen.
Het introduceren van genen in het plastide is veel gecompliceerder dan de traditionele methoden om genen in de kern van de cel te brengen, omdat elke cel meer dan 1.000 plastomen kan hebben. Elke techniek moet op dezelfde manier worden aangepast om deze techniek te laten slagen. Als het succesvol is, kan het geïntroduceerde gen echter tot 25% van al het cellulaire eiwit omvatten. Bovendien kunnen planten eiwitten aanpassen die bacteriën niet kunnen, waardoor ze een voordeel hebben ten opzichte van de productie in bacteriële overexpressiesystemen.
Verschillende verschillende plantensoorten hebben hun plastiden met succes getransformeerd. Plastidetransformatie van plantenembryo's of jonge cellen wordt vaak bereikt met een deeltjespistool. Deze techniek bedekt goud- of wolfraamdeeltjes met DNA en schiet ze vervolgens in het weefsel. Het gebruikte DNA is een plasmide, een circulaire DNA-eenheid die het gewenste gen bevat. Het zal ook een DNA-sequentie bevatten waarmee het in de cel kan repliceren, en een gen voor antibioticaresistentie om te identificeren welke cellen zijn getransformeerd.