Что такое пластиды?

Пластиды представляют собой специализированные структуры внутри растительных клеток, которые производят и хранят пищу и пигменты для клетки. Считается, что они произошли от независимых одноклеточных организмов, которые симбиотически жили с растениями более миллиарда лет назад, они содержат большое количество генов и производят ряд белков. Существует большой интерес к использованию пластид в качестве заводов для производства белков, представляющих фармацевтический интерес.

Наиболее известными пластидами являются хлоропласты, которые являются местом фотосинтеза. Другие включают хромопласты, которые хранят пигменты, такие как каротиноиды, которые отвечают за окраску фруктов и цветов. Лейкопласты хранят крахмал, липиды или белки - все потенциальные источники пищи. Корни хранения, такие как картофель и морковь, могут содержать лейкопласты, полные крахмала. Типы пластид могут взаимопревращаться, становясь другими типами пластид, в зависимости от состояния клетки.

Хлоропласты содержат пигментный хлорофилл, который поглощает свет и придает листьям зеленый цвет. Хлорофилл улавливает энергию солнечного света и использует ее для отделения водорода от кислорода в воде. Это производит кислород, которым дышат люди и животные. Водород включается в углекислый газ из воздуха. Этот процесс фотосинтеза производит глюкозу и другие соединения, которые растение использует для обмена веществ.

Растительные ткани могут иметь большое количество пластид в своей цитоплазме; одна ячейка может иметь более 50 из них. Они образуются в результате деления существующих пластид и наследуются только от одного родителя.

Пластиды имеют внутреннюю двойную мембрану, которая отделяет их от остальной части клетки. Внутри этой мембраны находится множество специализированных функций, таких как ряд дополнительных мембран и пластома , или общая ДНК пластиды. Этот пластидный геном кодирует около 100 генов, необходимых для пластиды, но остальные кодируются ядром клетки. Таким образом, пластида не полностью независима от остальной части клетки, даже если она делится отдельно.

В настоящее время ведутся активные исследования использования хлоропластов в качестве источника производства биологических соединений, таких как ферменты и антитела. Пластидная трансформация имеет большое преимущество перед традиционными методами генной инженерии растений, поскольку пластиды в большинстве случаев не обнаруживаются в пыльце. Таким образом, они не должны распространяться на соседние растения, а генетически модифицированные растения будут изолированы. Это должно помочь снять обеспокоенность по поводу распространения измененных генов в окружающей среде.

Введение генов в пластиду намного сложнее, чем традиционные методы введения генов в ядро ​​клетки, потому что каждая клетка может иметь более 1000 пластом. Каждый должен быть модифицирован таким же образом, чтобы этот метод был успешным. Однако в случае успеха введенный ген может составлять до 25% всего клеточного белка. Кроме того, растения могут вносить изменения в белки, которые бактерии не могут, давая им преимущество перед продукцией в бактериальных системах избыточной экспрессии.

Несколько различных видов растений успешно трансформировали свои пластиды. Пластидная трансформация зародышей растений или молодых клеток часто достигается с помощью пистолета для частиц. Этот метод покрывает частицы золота или вольфрама ДНК, а затем выстреливает их в ткани. Используемая ДНК представляет собой плазмиду, кольцевую единицу ДНК, содержащую нужный ген. Он также будет содержать последовательность ДНК, которая позволяет ему реплицироваться в клетке, и ген устойчивости к антибиотикам, чтобы определить, какие клетки были трансформированы.