פלסמיד

פלסמיד (באנגלית: Plasmid) הוא מקטע DNA דו-גדילי מעגלי הקיים אצל יצורים חד-תאיים. מקטע זה הוא בעל חומר תורשתי מתפקד, שאינו חלק מה-DNA הכרומוזומלי, ויכול לעבור מתא לתא, בתהליך הקרוי קוניוגציה. הפלסמיד משתכפל בצורה עצמאית בתא ומספר ההעתקים נע בין פלסמידים בודדים למאות כתלות ביכולת הפלסמיד להשתכפל בתא מסוים. התא המוסר את הפלסמיד לאחר, קרוי "פרט תורם" או "+F". תא חסר פלסמיד נקרא "פרט מקבל" או "-F". היכולת לתרום את הפלסמיד מקודדת בחלק מהגנים שבפלסמיד עצמו. פלסמידים קיימים בעיקר בחיידקים, אך יכולים להתקיים גם בארכאונים ובאאוקריוטים (כדוגמת שמר האפייה). כדי לשמר את נוכחותם בתוך התא, הפלסמידים מכילים גן הדרוש או שנותן יתרון לתא, לדוגמה, עמידות לאנטיביוטיקה או יכולת לסנתז מולקולות הדרושות לחיות התא.

פלסמידים (2) לצד DNA כרומוזומלי (1) בתא חיידק

סוגי חיידקים תורמי פלסמיד

1. במצב +F המטען הגנטי המועבר בקוניוגציה הוא של הפלסמיד בלבד. החיידק המקבל הופך אפוא לבעל פלסמיד ומסוגל להפוך גם לתורם.

2. במצב HFR הפלסמיד עבר איחוי ל-DNA הכרומוזומאלי, וכתוצאה מכך מועברים בקוניוגציה ראשית כל גנים מה-DNA הכרומוזומאלי. העברת הגנים מהפלסמיד נדחית, וזמן הקוניוגציה קצר מכדי שתכונות מהפלסמיד יועברו לחיידק המקבל. לכן, חיידק שקיבל פלסמיד מתורם מסוג HFR לרוב יוותר חסר פלסמיד. מצב HFR הוא הפיך, כלומר, פלסמיד שהתאחה עם ה-DNA הכרומוזומאלי עשוי לעיתים לשוב ולהפרד ממנו.

3. במצב 'F נפרד הפלסמיד מה-DNA הכרומוזומאלי שהיה מאוחה בו (HFR) ולקח איתו תכונות של ה-DNA הכרומוזומאלי (לו נפרד ממנו בלי לקחת תכונות, היה שב החיידק למצב +F רגיל). במקרה כזה, קוניוגציה תתרחש כמו במצב +F והפלסמיד בלבד יועתק אל חיידק מקבל. אולם, בניגוד למצב +F, כאן יועתק במסגרת הפלסמיד גם מידע מה-DNA הכרומוזומאלי של התורם.

סוגי פלסמידים

פלסמידים מסווגים לחמישה סוגים על בסיס תפקיד הגנים שנמצאים עליהם:

1. F-plasmids – מאפשרים קוניוגציה

2. R-plasmids – נותנים עמידות לאנטיביוטיקה

3. Col plasmids – כוללים גנים המסוגלים להרוג בקטריה אחרת

4. degenerative plasmids –מאפשרים פירוק חומרים מיוחדים

5. virulence plasmids – הופכים את החיידק לפתוגן

אפיזומים

השוואה בין פלסמידים (למעלה) ואפיזומים (למטה). (1) DNA כרומוזומלי, (2) פלסמידים או אפיזומים, (3) הכפלת התא, (4) DNA כרומוזומלי עם אפיזום המשולב בו

אפיזומים הם פלסמידים המסוגלים להשתלב ב-DNA הכרומוזומלי. דבר זה מאפשר להם להישאר יציבים במשך זמן רב, להיות מוכפלים עם כל הכפלה של התא, ולעיתים אף להשתלב לצמיתות בחומר התורשתי של החיידק.

חשיבותם האקולוגית של הפלסמידים

מיקרואורגניזמים בעלי פלסמיד, מתרבים בדרך כלל באמצעות פליגה, דבר גורם לשינוי מאוד קטן במגוון הגנטי של אוכלוסייה רק באמצעות מוטציות. על מנת להתפתח אבולוציונית ולהסתגל לתנאי הסביבה, החיידקים מוסרים ומעברים את הפלסמידים אחד לשני וכך גורמים לשינויים במגוון הגנטי.

פלסמידים מקנים יתרון למיקרו-אורגניזמים שבהם הם מבוטאים, פלסמידים רבים מקודדים לחלבונים המקנים עמידות לאנטיביוטיקה כגון החלבון בטא לקטמאז המנטרל את פעילות הפניצילין. כמו כן פלסמידים מקודדים לחלבונים המאפשרים מסלולים מטבוליים ייחודיים, לדוגמה שימוש בלקטוז כמקור אנרגיה.

מכיוון שגנים מן ה-DNA הכרומוזומלי העשויים לעבור מתורם 'F, והפלסמיד יכול לעבור מחיידק לחיידק – אם חיידק היה רגיש לסוג מסוים של אנטיביוטיקה וחיידק אחר העביר לו את הפלסמיד של העמידות אליה, החיידק המקבל יהיה עמיד לאנטיביוטיקה. לתהליך המעבר קוראים תהליך הטרנספורמציה, מלשון העבר (Transform). ישנם סוגים של חיידקים שאינם יכולים לקבל פלסמידים מסוימים. ליכולת לקבל פלסמיד קוראים קומפטנטיות.

פלסמידים בשירות הביוטכנולוגיה והמחקר

הפלסמידים הם כלי חשוב במעבדות גנטיקה וביוכימיה. ניתן ליצור פלסמידים מהונדסים, בהם משתמשים על מנת להחדיר גן רצוי לתוך חיידקים קומפטנטים. גודל טיפוסי של פלסמיד לצורך הנדסה גנטית הוא אלפי בסיסים עד עשרות אלפי בסיסים. החדרת הפלסמיד לחיידקים נקראת טרנספורמציה (transformation) ונעשית באמצעות מכת חום או שוק חשמלי (electroporation) בין היתר על מנת להגדיל את נפח החיידק ולהחליש את הדופן.

קיימות חברות גדולות המשווקות פלסמידים מהונדסים גנטית על פי הביקוש. מכיוון שיעילות החדרת הפלסמיד אל תוך התא איננה מוחלטת, פלסמידים אלו מגיעים כבר עם גן המקודד חלבון לעמידות לאנטיביוטיקה. כאשר יזרעו את החיידקים על מצע אשר מכיל אנטיביוטיקה, רק החיידקים אשר הפלסמיד נקלט בהצלחה אצלם נהפכו לעמידים לאנטיביוטיקה ורק הם נשארו על המצע. בדרך זו ניתן לקחת באופן סלקטיבי את החיידקים אשר קיבלו את הפלסמיד.

אחסון פלסמידים שונים במעבדה

בחלק מהפלסמידים המהונדסים, מחדירים את המקטע הגנטי אופרון האראבינוז המגיב לנוכחות אראבינוז בצורה רציפה לפני הגן המסוים שבפלסמיד, ליצירת מקטע גנטי יחיד אשר הופך את אופרון האראבינוז לטריגר של הגן המסוים. פעולה זו מאפשרת בקרה גנטית על יצירת הגן המסוים וכך לתזמן את יצירת הגן אצל המיקרו-אורגניזם בכך שמוסיפים אראבינוז על המצע שבו שוכן המיקרו-אורגניזם עם הפלסמיד.

לפלסמידים שימושים רבים בתחום התעשייה ובמחקר, בין היתר לצורך עריכה גנטית של גנום בתאים שונים (חיידקים, שמרים, קוי תאים ועוד) והפקת חלבון בתוך תא מאחסן באמצעות פלסמיד ביטוי (וקטור ביטוי) לשימוש בתעשיות התרופות והמזון.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא פלסמיד בוויקישיתוף

• אתר ה- ISPB - International Society for Plasmid Biology
• היסטוריה של חקר פלסמידים
• ארז גרטי, הפלסמיד כאמצעי להנדסה גנטית, במדור "מאגר המדע" באתר של מכון דוידסון לחינוך מדעי, 16 אוגוסט 2010
• פלסמיד, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)
• פלסמידים, דף שער בספרייה הלאומית