Co to jest sztuczny chromosom bakteryjny?
Sztuczny chromosom bakteryjny (BAC) należy do klasy narzędzi zwanych wektorami, których mikrobiologowie używają do wstawiania genów do bakterii - zwykle e coli . Wstawienie genów zmienia właściwości bakterii w procesie zwanym transformacją. Naukowiec może zmienić szczep bakterii za pomocą BAC, a następnie porównać zmienione bakterie do niezmienionego szczepu, aby dowiedzieć się, jaką rolę odgrywają wstawione geny w biologii komórki. Podczas gdy wszystkie wektory są używane przez naukowców w podobny sposób, BAC jest godne uwagi, ponieważ może przenosić znacznie więcej materiału genetycznego niż konkurujące narzędzia.
Przez lata naukowcy opracowali wiele różnych rodzajów wektorów do modyfikowania składu genetycznego bakterii. Większość z nich powstaje poprzez modyfikację fagów - wirusów, które infekują tylko komórki bakteryjne - lub struktur zwanych plazmidami. Sztuczny chromosom bakteryjny jest jednym z wielu wektorów opartych na plazmidach. Plazmidy to swobodnie pływające pierścienie DNA, które wiele bakterii zawiera oprócz swojego chromosomalnego DNA. Nie są uważane za odrębną formę życia, ale zachowują się jak organizm w organizmie: mogą się rozmnażać niezależnie od bakterii, w których „żyją”.
Plazmidy takie jak sztuczny chromosom bakteryjny są wstawiane do bakterii w procesie zwanym elektroporacją. Elektroporacja obejmuje zakłócenie błony komórkowej porażeniem prądem elektrycznym, co tworzy tymczasowe otwory, przez które można wprowadzić cząsteczki. Prekursorzy BAC obejmowali zmodyfikowane plazmidy o tak egzotycznych nazwach jak kosmid i kosmid. Te często udaremnione próby badań, ponieważ mogły one przenosić tylko kilkadziesiąt tysięcy par zasad DNA, wystarczających do wstawienia tylko bardzo małych genów.
W 1992 roku pierwszy sztuczny chromosom bakteryjny został stworzony przez Hiroaki Shizuya, badacza z California Institute of Technology, poprzez modyfikację plazmidu zwanego czynnikiem F. Plazmidy z czynnikiem F są naturalnie wykorzystywane przez bakterie do przenoszenia DNA z jednej komórki do drugiej w okresach stresu środowiskowego, w celu zwiększenia zmienności genetycznej i prawdopodobieństwa przeżycia. W przeciwieństwie do swoich poprzedników, BAC może przenosić duże geny z setkami tysięcy par zasad DNA lub kilkoma genami jednocześnie.
Wiele dużych bibliotek BAC jest obecnie prowadzonych przez uniwersytety, przemysł prywatny i grupy rządowe. Oprócz badanych genów wiele BAC zawiera narzędzia, które pozwalają na łatwiejsze badania. Na przykład niektóre BAC zawierają geny, które zmieniają bakterie na niebieskie lub powodują ich świecenie, co ułatwia identyfikację. Niektóre zawierają geny, dzięki którym gospodarz jest odporny na niektóre przeciwciała. Kultury można oczyścić, przepłukując je danym przeciwciałem, zabijając wszystkie bakterie oprócz tych, które niosą BAC.
Ponieważ bakterie rozmnażają się szybko, sztuczny chromosom bakteryjny można również zastosować do klonowania dużych ilości określonej sekwencji genetycznej do badań. Pozwoliło to na lepsze badanie genomów organizmów, które rosną powoli lub nieprzewidywalnie w warunkach laboratoryjnych. Zdolność do klonowania przyspieszyła badania nad leczeniem chorób, umożliwiając szybszą identyfikację skutecznych leków przeciwwirusowych i przeciwbakteryjnych. Umożliwił także bardziej wydajną produkcję sekwencji wykorzystywanych w modyfikacji genetycznej innych organizmów, do badań i przemysłu.