Co to są plastydy?
Plastidy to wyspecjalizowane struktury w komórkach roślinnych, które produkują i przechowują żywność i pigmenty dla komórki. Wydawało się, że ewoluowały z niezależnych organizmów jednokomórkowych, które żyły symbiotycznie z roślinami ponad miliard lat temu, zawierają dużą liczbę genów i wytwarzają szereg białek. Istnieje duże zainteresowanie wykorzystaniem plastydów jako fabryk do produkcji białek o znaczeniu farmaceutycznym.
Najbardziej znanymi plastydami są chloroplasty, które są miejscem fotosyntezy. Inne obejmują chromoplasty, które przechowują pigmenty, takie jak karotenoidy, które są odpowiedzialne za barwienie owoców i kwiatów. Leukoplasty przechowują skrobię, lipidy lub białka - wszystkie potencjalne źródła żywności. Korzenie do przechowywania, takie jak ziemniaki i marchew, mogą zawierać leukoplasty pełne skrobi. Typy plastydów mogą się wzajemnie przekształcać, stając się innymi rodzajami plastydów, w zależności od stanu komórki.
Chloroplasty zawierają pigment chlorofil, który pochłania światło i nadaje liście zielony kolor. Chlorofil wychwytuje energię ze światła słonecznego i wykorzystuje ją do oddzielania wodoru od tlenu w wodzie. To wytwarza tlen, którym oddychają ludzie i zwierzęta. Wodór jest włączany do dwutlenku węgla z powietrza. Ten proces fotosyntezy wytwarza glukozę i inne związki, które roślina wykorzystuje do metabolizmu.
Tkanki roślinne mogą mieć dużą liczbę plastydów w swojej cytoplazmie; jedna komórka może mieć ich ponad 50. Powstają one z podziału istniejących plastydów i są dziedziczone tylko od jednego rodzica.
Plastidy mają wewnętrzną podwójną membranę, która oddziela je od reszty komórki. W obrębie tej membrany znajduje się wiele specjalistycznych funkcji, takich jak szereg dodatkowych membran i plastom lub całkowite DNA plastydu. Ten genom plastydu koduje około 100 genów potrzebnych przez plastyd, ale reszta jest kodowana przez jądro komórki. Zatem plastyd nie jest całkowicie niezależny od reszty komórki, nawet jeśli dzieli się osobno.
Prowadzone są intensywne badania nad wykorzystaniem chloroplastów jako źródła produkcji związków biologicznych, takich jak enzymy i przeciwciała. Transformacja plastydów ma wielką przewagę nad tradycyjnymi metodami inżynierii genetycznej, ponieważ plastydy w większości przypadków nie występują w pyłku. Dlatego nie powinny rozprzestrzeniać się na sąsiednie rośliny, a rośliny zmodyfikowane genetycznie byłyby izolowane. Powinno to pomóc w złagodzeniu obaw związanych z rozprzestrzenianiem się zmienionych genów w środowisku.
Wprowadzanie genów do plastydu jest znacznie bardziej skomplikowane niż tradycyjne metody wprowadzania genów do jądra komórkowego, ponieważ każda komórka może mieć więcej niż 1000 plastomów. Każdy musi być zmodyfikowany w taki sam sposób, aby ta technika była skuteczna. Jednak po sukcesie wprowadzony gen może stanowić do 25% całego białka komórkowego. Ponadto rośliny są w stanie dokonywać zmian w białkach, których bakterie nie potrafią, co daje im przewagę nad produkcją w bakteryjnych systemach nadekspresji.
Kilka różnych gatunków roślin z powodzeniem przekształciło swoje plastydy. Transformację plastydową zarodków roślinnych lub młodych komórek często uzyskuje się za pomocą pistoletu cząsteczkowego. Ta technika powleka cząsteczki złota lub wolframu DNA, a następnie strzela nimi w tkankę. Zastosowanym DNA jest plazmid, okrągła jednostka DNA zawierająca pożądany gen. Będzie także zawierał sekwencję DNA, która umożliwia jej replikację w komórce, oraz gen odporności na antybiotyki w celu identyfikacji, które komórki zostały transformowane.