व्याख्यान: बैक्टीरिया के प्लास्मिड। प्लास्मिड के प्रकार। जीवाणु प्लास्मिड के कार्य। जेनेटिक इंजीनियरिंग, प्लास्मिड

№ 28 जीवाणुओं के प्लास्मिड, उनके कार्य और गुण। में प्लास्मिड का उपयोग जेनेटिक इंजीनियरिंग.
प्लास्मिड- बैक्टीरिया की एक्स्ट्राक्रोमोसोमल मोबाइल आनुवंशिक संरचनाएं, जो डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए के बंद छल्ले हैं। क्रोमोसोम के डीएनए का आकार 0.1-5% होता है। प्लास्मिड स्वायत्त रूप से प्रतिलिपि बनाने (प्रतिकृति) करने में सक्षम हैं और कोशिका के कोशिका द्रव्य में मौजूद हैं; इसलिए, कोशिका में प्लास्मिड की कई प्रतियां हो सकती हैं। प्लास्मिड को गुणसूत्र में शामिल (एकीकृत) किया जा सकता है और इसके साथ दोहराया जा सकता है। अंतर करना हस्तांतरणतथा अप्रसारणीयप्लास्मिड... संक्रमणीय (संयुग्मी) प्लास्मिड को एक जीवाणु से दूसरे जीवाणु में स्थानांतरित किया जा सकता है।
प्लास्मिड द्वारा जीवाणु कोशिका को प्रदान किए गए फेनोटाइपिक लक्षणों में, निम्नलिखित को प्रतिष्ठित किया जा सकता है::
1) एंटीबायोटिक प्रतिरोध;
2) कोलिसिन का निर्माण;
3) रोगजनक कारकों का उत्पादन;
4) एंटीबायोटिक पदार्थों को संश्लेषित करने की क्षमता;
5) जटिल कार्बनिक पदार्थों का विभाजन;
6) प्रतिबंध और संशोधन के एंजाइमों का निर्माण।
शब्द "प्लास्मिड" पहली बार अमेरिकी वैज्ञानिक जे। लेडरबर्ग (1952) द्वारा बैक्टीरिया के लिंग कारक को नामित करने के लिए पेश किया गया था। प्लास्मिड में ऐसे जीन होते हैं जो मेजबान कोशिका के लिए आवश्यक नहीं होते हैं, बैक्टीरिया देते हैं अतिरिक्त गुणजो कुछ शर्तों के तहत वातावरणप्लास्मिड-मुक्त बैक्टीरिया पर अपने अस्थायी लाभ प्रदान करते हैं।
कुछ प्लास्मिडके तहत कर रहे हैं सख्त नियंत्रण।इसका मतलब यह है कि उनकी प्रतिकृति को गुणसूत्र की प्रतिकृति के साथ इस तरह जोड़ा जाता है कि प्रत्येक जीवाणु कोशिका में प्लास्मिड की एक या कम से कम कई प्रतियां मौजूद हों।
के अंतर्गत प्लास्मिड की प्रतियों की संख्या कमजोर नियंत्रणप्रति जीवाणु कोशिका 10 से 200 तक पहुंच सकता है।
प्लास्मिड प्रतिकृतियों को चिह्नित करने के लिए, उन्हें संगतता समूहों में विभाजित करने की प्रथा है। बेजोड़ताप्लास्मिड दो प्लास्मिडों की एक ही जीवाणु कोशिका में स्थिर रूप से बने रहने में असमर्थता के साथ जुड़ा हुआ है। असंगति उन प्लास्मिडों की विशेषता है जिनमें प्रतिकृतियों की उच्च समानता होती है, जिसके रखरखाव को सेल में उसी तंत्र द्वारा नियंत्रित किया जाता है।
कुछ प्लास्मिडों को बैक्टीरियल क्रोमोसोम में उलटा रूप से डाला जा सकता है और एकल प्रतिकृति के रूप में कार्य करता है। ऐसे प्लास्मिड कहलाते हैं एकीकृतया एपिसोड .
जीवाणु विभिन्न प्रकारकी खोज कीआर-प्लास्मिड, कई प्रतिरोधों के लिए जिम्मेदार जीन ले जाना दवाओं- एंटीबायोटिक्स, सल्फोनामाइड्स, आदि।एफ-प्लास्मिड, या बैक्टीरिया का लिंग कारक, जो जननांग पिली को संयुग्मित करने और बनाने की उनकी क्षमता को निर्धारित करता है,एंट-प्लास्मिड, एंटरोटॉक्सिन के उत्पादन का निर्धारण।
प्लास्मिड बैक्टीरिया के विषाणु को निर्धारित कर सकते हैं, उदाहरण के लिए, प्लेग, टेटनस के प्रेरक एजेंट, असामान्य कार्बन स्रोतों का उपयोग करने के लिए मिट्टी के बैक्टीरिया की क्षमता, प्रोटीन एंटीबायोटिक जैसे पदार्थों के संश्लेषण को नियंत्रित करते हैं - बैक्टीरियोसिन, सूक्ष्मजीवों की एक विस्तृत विविधता में आम।
प्लास्मिड पुनर्संयोजन, उत्परिवर्तन के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं, और बैक्टीरिया से समाप्त (हटाए जा सकते हैं), जो, हालांकि, उनके मूल गुणों को प्रभावित नहीं करते हैं। प्लास्मिड आनुवंशिक सामग्री के कृत्रिम पुनर्निर्माण पर प्रयोगों के लिए एक सुविधाजनक मॉडल है और पुनः संयोजक उपभेदों को प्राप्त करने के लिए आनुवंशिक इंजीनियरिंग में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। तेजी से स्व-प्रतिलिपि बनाने और एक प्रजाति के भीतर प्लास्मिड के संयुग्मित स्थानांतरण की संभावना के कारण, प्लास्मिड प्रजातियों या यहां तक ​​कि जेनेरा के बीच खेलते हैं। महत्वपूर्ण भूमिकाबैक्टीरिया के विकास में।

प्लास्मिड- बैक्टीरिया की एक्स्ट्राक्रोमोसोमल मोबाइल आनुवंशिक संरचनाएं, जो डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए के बंद छल्ले हैं। प्लास्मिड स्वायत्त रूप से प्रतिलिपि बनाने (प्रतिकृति) करने में सक्षम हैं और कोशिका के कोशिका द्रव्य में मौजूद हैं; इसलिए, कोशिका में प्लास्मिड की कई प्रतियां हो सकती हैं। प्लास्मिड को गुणसूत्र में शामिल (एकीकृत) किया जा सकता है और इसके साथ दोहराया जा सकता है। अंतर करना हस्तांतरण तथा अप्रसारणीयप्लास्मिड... संक्रमणीय (संयुग्मी) प्लास्मिड को एक जीवाणु से दूसरे जीवाणु में स्थानांतरित किया जा सकता है।

प्लास्मिड द्वारा जीवाणु कोशिका को प्रदान किए गए फेनोटाइपिक लक्षणों में, निम्नलिखित को प्रतिष्ठित किया जा सकता है::

1) एंटीबायोटिक प्रतिरोध;

2) कोलिसिन का निर्माण;

3) रोगजनक कारकों का उत्पादन;

4) एंटीबायोटिक पदार्थों को संश्लेषित करने की क्षमता;

5) जटिल कार्बनिक पदार्थों का विभाजन;

6) प्रतिबंध और संशोधन के एंजाइमों का निर्माण।

शब्द "प्लास्मिड" पहली बार अमेरिकी वैज्ञानिक जे लेडरबर्ग (1952) द्वारा बैक्टीरिया के लिंग कारक को नामित करने के लिए पेश किया गया था। प्लास्मिड जीन ले जाते हैं जो मेजबान सेल के लिए आवश्यक नहीं होते हैं, बैक्टीरिया को अतिरिक्त गुण देते हैं, जो कुछ पर्यावरणीय परिस्थितियों में, प्लास्मिड-मुक्त बैक्टीरिया पर अपने अस्थायी लाभ प्रदान करते हैं।

कुछ प्लास्मिडके तहत कर रहे हैं सख्त नियंत्रण।इसका मतलब यह है कि उनकी प्रतिकृति को गुणसूत्र की प्रतिकृति के साथ इस तरह जोड़ा जाता है कि प्रत्येक जीवाणु कोशिका में प्लास्मिड की एक या कम से कम कई प्रतियां मौजूद हों।

के अंतर्गत प्लास्मिड की प्रतियों की संख्या कमजोर नियंत्रणप्रति जीवाणु कोशिका 10 से 200 तक पहुंच सकता है।

प्लास्मिड प्रतिकृतियों को चिह्नित करने के लिए, उन्हें संगतता समूहों में विभाजित करने की प्रथा है। बेजोड़ताप्लास्मिड एक ही जीवाणु कोशिका में स्थिर रूप से बने रहने के लिए दो प्लास्मिड की अक्षमता से जुड़ा है। कुछ प्लास्मिडों को जीवाणु गुणसूत्र में उलटा रूप से डाला जा सकता है और एकल प्रतिकृति के रूप में कार्य करता है। ऐसे प्लास्मिड कहलाते हैं एकीकृत या एपिसोड .

विभिन्न प्रकार के जीवाणु पाए गए हैं आर-प्लास्मिड, कई दवा प्रतिरोध के लिए जिम्मेदार जीन - एंटीबायोटिक्स, सल्फोनामाइड्स, आदि। एफ-प्लास्मिड, या बैक्टीरिया का लिंग कारक, जो जननांग पिली को संयुग्मित करने और बनाने की उनकी क्षमता को निर्धारित करता है, एंट प्लास्मिड, एंटरोटॉक्सिन के उत्पादन का निर्धारण।

प्लास्मिड बैक्टीरिया के विषाणु को निर्धारित कर सकते हैं, उदाहरण के लिए, प्लेग, टेटनस के प्रेरक एजेंट, असामान्य कार्बन स्रोतों का उपयोग करने के लिए मिट्टी के बैक्टीरिया की क्षमता, प्रोटीन एंटीबायोटिक जैसे पदार्थों के संश्लेषण को नियंत्रित करते हैं - बैक्टीरियोसिन, सूक्ष्मजीवों की एक विस्तृत विविधता में आम।

प्लास्मिड पुनर्संयोजन, उत्परिवर्तन के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं, और बैक्टीरिया से समाप्त (हटाए जा सकते हैं), जो, हालांकि, उनके मूल गुणों को प्रभावित नहीं करते हैं। प्लास्मिड आनुवंशिक सामग्री के कृत्रिम पुनर्निर्माण पर प्रयोगों के लिए एक सुविधाजनक मॉडल है और पुनः संयोजक उपभेदों को प्राप्त करने के लिए आनुवंशिक इंजीनियरिंग में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। तेजी से आत्म-प्रतिलिपि और एक प्रजाति के भीतर, प्रजातियों या यहां तक ​​कि जेनेरा के बीच प्लास्मिड के संयुग्मन हस्तांतरण की संभावना के कारण, प्लास्मिड बैक्टीरिया के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

एग्लूटीनेशन रिएक्शन।

एग्लूटिनेशन रिएक्शन- एक साधारण प्रतिक्रिया जिसमें एंटीबॉडी कॉर्पसकुलर एंटीजन (बैक्टीरिया, एरिथ्रोसाइट्स या अन्य कोशिकाओं, उन पर adsorbed एंटीजन के साथ अघुलनशील कण, साथ ही मैक्रोमोलेक्यूलर समुच्चय) से बंधते हैं। यह इलेक्ट्रोलाइट्स की उपस्थिति में होता है, उदाहरण के लिए, आइसोटोनिक सोडियम क्लोराइड समाधान जोड़कर।

लागू हैं विभिन्न विकल्पएग्लूटिनेशन प्रतिक्रियाएं: विस्तारित, अनुमानित, अप्रत्यक्ष, आदि। एग्लूटीनेशन प्रतिक्रिया गुच्छे या तलछट के गठन से प्रकट होती है (एंटीबॉडी द्वारा "चिपकी हुई कोशिकाएं" जिनमें दो या अधिक एंटीजन-बाइंडिंग केंद्र होते हैं - चित्र। 13.1)। आरए के लिए प्रयोग किया जाता है:

1) एंटीबॉडी का निर्धारणरोगियों के रक्त सीरम में, उदाहरण के लिए, ब्रुसेलोसिस (राइट, हेडेलसन की प्रतिक्रियाएं) के साथ, टाइफाइड ज्वरऔर पैराटाइफाइड (विडाल की प्रतिक्रिया) और अन्य संक्रामक रोग;

2) रोगज़नक़ का निर्धारणरोगी से आवंटित;

3) रक्त समूहों का निर्धारणएरिथ्रोसाइट एलो-एंटीजन के खिलाफ मोनोक्लोनल एंटीबॉडी का उपयोग करना।

रोगी के एंटीबॉडी का निर्धारण करने के लिए एक विस्तृत एग्लूटिनेशन प्रतिक्रिया डालें:डायग्नोस्टिकम (मारे गए रोगाणुओं का निलंबन) रोगी के रक्त सीरम के कमजोर पड़ने में जोड़ा जाता है, और 37 डिग्री सेल्सियस पर ऊष्मायन के कुछ घंटों के बाद, उच्चतम सीरम कमजोर पड़ने (सीरम टिटर) का उल्लेख किया जाता है, जिस पर एग्लूटिनेशन हुआ, यानी, एक अवक्षेप बनाया।

एग्लूटीनेशन की प्रकृति और दर एंटीजन और एंटीबॉडी के प्रकार पर निर्भर करती है। एक उदाहरण विशिष्ट एंटीबॉडी के साथ डायग्नोस्टिकम (ओ- और एच-एंटीजन) की बातचीत की विशेषताएं हैं। ओ-डायग्नोस्टिकम (गर्म करने से मारे गए बैक्टीरिया, थर्मोस्टेबल ओ-एंटीजन को बनाए रखते हुए) के साथ एग्लूटीनेशन प्रतिक्रिया महीन दाने वाले एग्लूटिनेशन के रूप में होती है। एच-डायग्नोस्टिकम (फॉर्मेलिन द्वारा मारे गए बैक्टीरिया, जिसने थर्मोलैबाइल फ्लैगेलर एच-एंटीजन को बरकरार रखा) के साथ एग्लूटिनेशन प्रतिक्रिया बड़ी कपास है और तेजी से आगे बढ़ती है।

यदि रोगी से पृथक रोगज़नक़ का निर्धारण करना आवश्यक है, तो डाल दें सांकेतिक एग्लूटिनेशन प्रतिक्रिया,डायग्नोस्टिक एंटीबॉडी (एग्लूटीनेटिंग सीरम) का उपयोग करके, यानी रोगज़नक़ की सीरोटाइपिंग की जाती है। सांकेतिक प्रतिक्रियाकांच की स्लाइड पर किया गया। रोगी से पृथक रोगज़नक़ की एक शुद्ध संस्कृति को 1:10 या 1:20 के कमजोर पड़ने पर नैदानिक ​​एग्लूटीनेटिंग सीरम की एक बूंद में जोड़ा जाता है। इसके बगल में एक नियंत्रण रखा गया है: सीरम के बजाय, सोडियम क्लोराइड के घोल की एक बूंद लगाई जाती है। जब सीरम और रोगाणुओं के साथ एक बूंद में एक फ्लोकुलेंट तलछट दिखाई देता है, तो एग्लूटीनेटिंग सीरम के बढ़ते तनुकरण के साथ टेस्ट ट्यूब में एक विस्तृत एग्लूटिनेशन प्रतिक्रिया सेट की जाती है, जिसमें रोगज़नक़ निलंबन की 2-3 बूंदें डाली जाती हैं। एग्लूटिनेशन को तलछट की मात्रा और तरल के स्पष्टीकरण की डिग्री द्वारा ध्यान में रखा जाता है। यदि नैदानिक ​​सीरम के अनुमापांक के निकट तनुकरण में एग्लूटिनेशन नोट किया जाता है तो प्रतिक्रिया को सकारात्मक माना जाता है। उसी समय, नियंत्रणों को ध्यान में रखा जाता है: आइसोटोनिक सोडियम क्लोराइड समाधान से पतला सीरम पारदर्शी होना चाहिए, एक ही समाधान में रोगाणुओं का निलंबन बिना तलछट के समान रूप से बादल होना चाहिए।

विभिन्न संबंधित बैक्टीरिया एक ही डायग्नोस्टिक एग्लूटीनेटिंग सीरम के साथ एकत्र हो सकते हैं, जिससे उन्हें पहचानना मुश्किल हो जाता है। इसलिए, सोखने वाले एग्लूटीनेटिंग सीरा का उपयोग किया जाता है, जिसमें से क्रॉस-रिएक्टिव एंटीबॉडी को उनके संबंधित बैक्टीरिया द्वारा सोखना द्वारा हटा दिया गया है। ये सीरा केवल इस जीवाणु के लिए विशिष्ट एंटीबॉडी बनाए रखते हैं।

11. जीवाणुओं के प्लास्मिड, उनके कार्य और गुण। जेनेटिक इंजीनियरिंग में प्लास्मिड का उपयोग। चिकित्सा जैव प्रौद्योगिकी, इसके उद्देश्य और उपलब्धियां।

प्लास्मिड डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए अणु होते हैं जिनका आकार 103 से 106 बीपी तक होता है। वे गोलाकार या रैखिक हो सकते हैं। प्लास्मिड एक जीवाणु कोशिका की महत्वपूर्ण गतिविधि के लिए आवश्यक कार्यों को सांकेतिक शब्दों में बदलना नहीं करते हैं, लेकिन अस्तित्व की प्रतिकूल परिस्थितियों के संपर्क में आने पर बैक्टीरिया को लाभ देते हैं।

प्लास्मिड द्वारा जीवाणु कोशिका को प्रदान किए गए फेनोटाइपिक लक्षणों में, निम्नलिखित को प्रतिष्ठित किया जा सकता है:

एंटीबायोटिक प्रतिरोध;

रोगजनक कारकों का उत्पादन;

एंटीबायोटिक पदार्थों को संश्लेषित करने की क्षमता;

कॉलिसिन गठन;

जटिल कार्बनिक पदार्थों का अपघटन;

प्रतिबंध और संशोधन एंजाइमों का निर्माण। प्लास्मिड प्रतिकृति स्वतंत्र रूप से गुणसूत्रों के एक ही सेट की भागीदारी के साथ होती है जो जीवाणु गुणसूत्र को दोहराते हैं (देखें खंड 3.1.7 और चित्र 3.5)।

कुछ प्लास्मिड कड़े नियंत्रण में हैं। इसका मतलब यह है कि उनकी प्रतिकृति को गुणसूत्र की प्रतिकृति के साथ इस तरह जोड़ा जाता है कि प्रत्येक जीवाणु कोशिका में प्लास्मिड की एक या कम से कम कई प्रतियां मौजूद हों।

कमजोर नियंत्रण में प्लास्मिड की प्रतिलिपि संख्या प्रति जीवाणु कोशिका 10 से 200 तक पहुंच सकती है।

प्लास्मिड प्रतिकृतियों को चिह्नित करने के लिए, उन्हें संगतता समूहों में विभाजित करने की प्रथा है। प्लास्मिड की असंगति दो प्लास्मिडों की एक ही जीवाणु कोशिका में स्थिर रूप से बने रहने में असमर्थता से जुड़ी है। असंगति उन प्लास्मिडों की विशेषता है जिनमें प्रतिकृतियों की उच्च समानता होती है, जिसके रखरखाव को सेल में उसी तंत्र द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

प्लास्मिड जो बैक्टीरिया के गुणसूत्र में उलटे रूप से एकीकृत हो सकते हैं और एकल प्रतिकृति के रूप में कार्य कर सकते हैं, एकीकृत या एपिसोड कहलाते हैं।

प्लास्मिड जिन्हें एक कोशिका से दूसरी कोशिका में स्थानांतरित किया जा सकता है, कभी-कभी एक अलग टैक्सोनोमिक इकाई से भी संबंधित, ट्रांसमिसिबल (संयुग्मी) कहलाते हैं। ट्रांसमिसिबिलिटी केवल बड़े प्लास्मिड में निहित होती है जिसमें एक ट्रै-ऑपरॉन होता है, जिसमें प्लास्मिड के हस्तांतरण के लिए जिम्मेदार जीन संयुक्त होते हैं। ये जीन सेक्स पिली के लिए कोड करते हैं, जो एक सेल के साथ एक पुल बनाते हैं जिसमें एक ट्रांसमिसिबल प्लास्मिड नहीं होता है, जिसके माध्यम से प्लास्मिड डीएनए को एक नए सेल में स्थानांतरित किया जाता है। इस प्रक्रिया को संयुग्मन कहा जाता है और खंड 5.4.1 में विस्तार से चर्चा की जाएगी। ट्रांसमिसिबल प्लास्मिड ले जाने वाले बैक्टीरिया "नर" फिलामेंटस बैक्टीरियोफेज के प्रति संवेदनशील होते हैं।

छोटे प्लास्मिड जिनमें टीआरए जीन नहीं होते हैं, उन्हें स्वयं संचरित नहीं किया जा सकता है, लेकिन उनके संयुग्मन तंत्र का उपयोग करके पारगम्य प्लास्मिड की उपस्थिति में संचरण करने में सक्षम हैं। इस तरह के प्लास्मिड को मोबिलिज़ेबल कहा जाता है, और इस प्रक्रिया को ही गैर-ट्रांसमिसिव प्लास्मिड का जुटाना कहा जाता है।

चिकित्सा सूक्ष्म जीव विज्ञान में विशेष महत्व के प्लास्मिड हैं जो एंटीबायोटिक दवाओं के लिए जीवाणु प्रतिरोध प्रदान करते हैं, जिन्हें आर-प्लास्मिड (अंग्रेजी प्रतिरोध - प्रतिरोध से) कहा जाता है, और प्लास्मिड जो रोगजनक कारकों का उत्पादन प्रदान करते हैं जो एक संक्रामक प्रक्रिया के विकास में योगदान करते हैं। स्थूल जीव। आर-प्लास्मिड में ऐसे जीन होते हैं जो एंटीबैक्टीरियल दवाओं (उदाहरण के लिए, एंटीबायोटिक्स) को नष्ट करने वाले एंजाइमों के संश्लेषण को निर्धारित करते हैं। इस तरह के एक प्लास्मिड की उपस्थिति के परिणामस्वरूप, जीवाणु कोशिका दवाओं के एक पूरे समूह की कार्रवाई के लिए प्रतिरोधी (प्रतिरोधी) हो जाती है, और कभी-कभी कई दवाओं के लिए। कई आर-प्लास्मिड संक्रमणीय होते हैं, जीवाणु आबादी में फैलते हैं, जिससे यह क्रिया के लिए दुर्गम हो जाता है जीवाणुरोधी दवाएं... आर-प्लास्मिड ले जाने वाले बैक्टीरियल स्ट्रेन अक्सर नोसोकोमियल संक्रमण के एटिऑलॉजिकल एजेंट होते हैं।

रोगजनक कारकों के संश्लेषण को निर्धारित करने वाले प्लास्मिड वर्तमान में कई बैक्टीरिया में पाए जाते हैं जो रोगजनक हैं संक्रामक रोगव्यक्ति। शिगेलोसिस, यर्सिनीओसिस, प्लेग के रोगजनकों की रोगजनकता, बिसहरिया, ixodic borelliosis, आंतों escherichiosis उनमें रोगजनक प्लास्मिड की उपस्थिति और कामकाज से जुड़ा हुआ है।

कुछ जीवाणु कोशिकाओं में प्लास्मिड होते हैं जो अन्य जीवाणुओं के संबंध में जीवाणुनाशक पदार्थों के संश्लेषण को निर्धारित करते हैं। उदाहरण के लिए, कुछ ई. कोलाई में एक कोल-प्लास्मिड होता है जो कोलीफॉर्म बैक्टीरिया के खिलाफ माइक्रोबायसाइडल गतिविधि के साथ कॉलिसिन के संश्लेषण को निर्धारित करता है। ऐसे प्लास्मिड को ले जाने वाली जीवाणु कोशिकाओं को पारिस्थितिक निचे को आबाद करने में लाभ होता है।

मानव व्यवहार में प्लास्मिड का उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से आनुवंशिक इंजीनियरिंग में विशेष पुनः संयोजक जीवाणु उपभेदों के डिजाइन में जो जैविक रूप से उत्पादन करते हैं सक्रिय पदार्थ(अध्याय 6 देखें)।

जैव प्रौद्योगिकी ज्ञान का एक क्षेत्र है जो सूक्ष्म जीव विज्ञान, आणविक जीव विज्ञान, आनुवंशिक इंजीनियरिंग, रासायनिक प्रौद्योगिकीऔर कई अन्य विज्ञान। जैव प्रौद्योगिकी का जन्म राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था के लिए नए, सस्ते उत्पादों के लिए समाज की जरूरतों के कारण है, जिसमें दवा और पशु चिकित्सा, साथ ही मौलिक रूप से नई प्रौद्योगिकियां शामिल हैं। जैव प्रौद्योगिकी जैविक वस्तुओं से या जैविक वस्तुओं का उपयोग करके उत्पादों का उत्पादन है। जानवरों और मनुष्यों के जीवों का उपयोग जैविक वस्तुओं के रूप में किया जा सकता है (उदाहरण के लिए, टीकाकरण वाले घोड़ों या मनुष्यों के सीरा से इम्युनोग्लोबुलिन प्राप्त करना; दाताओं से रक्त उत्पाद प्राप्त करना), व्यक्तिगत अंग (मवेशियों और सूअरों के अग्न्याशय से हार्मोन इंसुलिन प्राप्त करना) या ऊतक संस्कृति (औषधीय दवाएं प्राप्त करना)। हालांकि, एककोशिकीय सूक्ष्मजीव, साथ ही साथ जानवरों और पौधों की कोशिकाओं को अक्सर जैविक वस्तुओं के रूप में उपयोग किया जाता है।

जानवरों और पौधों की कोशिकाएं, जीवन की प्रक्रिया में माइक्रोबियल कोशिकाएं (आत्मसात और प्रसार) नए उत्पाद बनाती हैं और विभिन्न भौतिक रासायनिक गुणों और जैविक प्रभावों के साथ मेटाबोलाइट्स का स्राव करती हैं।

जैव प्रौद्योगिकी इस सेल उत्पादन को कच्चे माल के रूप में उपयोग करती है, जो तकनीकी प्रसंस्करण के परिणामस्वरूप अंतिम उत्पाद में बदल जाती है। जैव प्रौद्योगिकी की सहायता से अनेक उत्पाद प्राप्त होते हैं जिनका उपयोग विभिन्न उद्योगों में किया जाता है:

दवा (एंटीबायोटिक्स, विटामिन, एंजाइम, अमीनो एसिड, हार्मोन, टीके, एंटीबॉडी, रक्त घटक, नैदानिक ​​दवाएं, इम्युनोमोड्यूलेटर, एल्कलॉइड, खाद्य प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड, न्यूक्लियोसाइड, न्यूक्लियोटाइड, लिपिड, एंटीमेटाबोलाइट्स, एंटीऑक्सिडेंट, कृमिनाशक और एंटीनोप्लास्टिक दवाएं);

पशु चिकित्सा और कृषि(फ़ीड प्रोटीन: फ़ीड एंटीबायोटिक्स, विटामिन, हार्मोन, टीके, जैविक पौध संरक्षण उत्पाद, कीटनाशक);

खाद्य उद्योग (एमिनो एसिड, कार्बनिक अम्ल, खाद्य प्रोटीन, एंजाइम, लिपिड, शर्करा, अल्कोहल, खमीर);

रासायनिक उद्योग (एसीटोन, एथिलीन, ब्यूटेनॉल);

ऊर्जा (बायोगैस, इथेनॉल)।

नतीजतन, जैव प्रौद्योगिकी का उद्देश्य खाद्य मुद्दों को हल करने के लिए नैदानिक, निवारक और चिकित्सीय चिकित्सा और पशु चिकित्सा दवाओं का निर्माण करना है (उत्पादन में वृद्धि, पशुधन उत्पादकता, गुणवत्ता में सुधार खाद्य उत्पाद- डेयरी, कन्फेक्शनरी, बेकरी, मांस, मछली); प्रकाश, रसायन और अन्य उद्योगों में कई तकनीकी प्रक्रियाएं प्रदान करने के लिए। पारिस्थितिकी में जैव प्रौद्योगिकी की बढ़ती भूमिका पर भी ध्यान देना आवश्यक है, क्योंकि अपशिष्ट जल उपचार, अपशिष्ट और उप-उत्पादों का प्रसंस्करण, उनका क्षरण (फिनोल, तेल उत्पाद और पर्यावरण के लिए हानिकारक अन्य पदार्थ) की मदद से किया जाता है। सूक्ष्मजीव।

वर्तमान में, जैव प्रौद्योगिकी को औषधीय-फार्मास्युटिकल, खाद्य, कृषि और पर्यावरणीय दिशाओं में विभाजित किया गया है। तदनुसार, जैव प्रौद्योगिकी को चिकित्सा, कृषि, औद्योगिक और पर्यावरण में विभाजित किया जा सकता है। चिकित्सा, बदले में, फार्मास्युटिकल और इम्यूनोबायोलॉजिकल, कृषि - पशु चिकित्सा और पादप जैव प्रौद्योगिकी में, और औद्योगिक - संबंधित शाखा क्षेत्रों (भोजन, प्रकाश उद्योग, ऊर्जा, आदि) में उप-विभाजित है।

जैव प्रौद्योगिकी को भी पारंपरिक (पुराने) और नए में विभाजित किया गया है। उत्तरार्द्ध जेनेटिक इंजीनियरिंग से जुड़ा है। "जैव प्रौद्योगिकी" विषय की कोई आम तौर पर स्वीकृत परिभाषा नहीं है और यहां तक ​​कि इस बारे में भी चर्चा होती है कि यह विज्ञान है या उत्पादन।

प्लास्मिड बैक्टीरिया के एक्स्ट्राक्रोमोसोमल मोबाइल आनुवंशिक संरचनाएं हैं, जो डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए के बंद छल्ले हैं। क्रोमोसोम के डीएनए का आकार 0.1-5% होता है। प्लास्मिड स्वायत्त रूप से प्रतिलिपि बनाने (प्रतिकृति) करने में सक्षम होते हैं और कोशिका के कोशिका द्रव्य में मौजूद होते हैं, इसलिए, कोशिका में प्लास्मिड की कई प्रतियां हो सकती हैं। प्लास्मिड को गुणसूत्र में शामिल (एकीकृत) किया जा सकता है और इसके साथ दोहराया जा सकता है। पारगम्य और असंक्रमणीय प्लास्मिड के बीच भेद। संक्रमणीय (संयुग्मी) प्लास्मिड को एक जीवाणु से दूसरे जीवाणु में स्थानांतरित किया जा सकता है।

प्लास्मिड द्वारा जीवाणु कोशिका को प्रदान किए गए फेनोटाइपिक लक्षणों में, निम्नलिखित को प्रतिष्ठित किया जा सकता है:

• 1) एंटीबायोटिक प्रतिरोध;
• 2) कोलिसिन का निर्माण;
• 3) रोगजनक कारकों का उत्पादन;
• 4) एंटीबायोटिक पदार्थों को संश्लेषित करने की क्षमता;
• 5) जटिल कार्बनिक पदार्थों का विभाजन;
• 6) प्रतिबंध और संशोधन के एंजाइमों का निर्माण।

शब्द "प्लास्मिड" पहली बार अमेरिकी वैज्ञानिक जे लेडरबर्ग (1952) द्वारा बैक्टीरिया के लिंग कारक को नामित करने के लिए पेश किया गया था। प्लास्मिड जीन ले जाते हैं जो मेजबान कोशिका के लिए आवश्यक नहीं होते हैं, बैक्टीरिया को अतिरिक्त गुण देते हैं, जो कुछ पर्यावरणीय परिस्थितियों में, प्लास्मिड-मुक्त बैक्टीरिया पर अपने अस्थायी लाभ प्रदान करते हैं।

कुछ प्लास्मिड कड़े नियंत्रण में हैं। इसका मतलब यह है कि उनकी प्रतिकृति को गुणसूत्र की प्रतिकृति के साथ इस तरह जोड़ा जाता है कि प्रत्येक जीवाणु कोशिका में प्लास्मिड की एक या कम से कम कई प्रतियां मौजूद हों।

कमजोर नियंत्रण में प्लास्मिड की प्रतिलिपि संख्या 10 से 200 प्रति जीवाणु कोशिका तक पहुंच सकती है।

प्लास्मिड प्रतिकृतियों को चिह्नित करने के लिए, उन्हें संगतता समूहों में विभाजित करने की प्रथा है। प्लास्मिड की असंगति दो प्लास्मिडों की एक ही जीवाणु कोशिका में स्थिर रूप से बने रहने में असमर्थता से जुड़ी है। असंगति उन प्लास्मिडों की विशेषता है जिनमें प्रतिकृतियों की उच्च समानता होती है, जिसके रखरखाव को सेल में उसी तंत्र द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

कुछ प्लास्मिडों को जीवाणु गुणसूत्र में उलटा रूप से डाला जा सकता है और एकल प्रतिकृति के रूप में कार्य करता है। ऐसे प्लास्मिड को एकीकृत या एपिसोड कहा जाता है।

विभिन्न प्रजातियों के जीवाणुओं में, आर-प्लास्मिड पाए गए जो दवाओं, एंटीबायोटिक दवाओं, सल्फोनामाइड्स, आदि, एफ-प्लास्मिड, या बैक्टीरिया के सेक्स कारक के लिए कई प्रतिरोधों के लिए जिम्मेदार जीन ले जाते हैं, जो जननांग पिली को संयुग्मित करने और बनाने की उनकी क्षमता को निर्धारित करता है। एंट-प्लास्मिड, जो एंटरोटॉक्सिन उत्पादन निर्धारित करते हैं।

प्लास्मिड बैक्टीरिया के विषाणु को निर्धारित कर सकते हैं, उदाहरण के लिए, प्लेग के प्रेरक एजेंट, टेटनस, असामान्य कार्बन स्रोतों का उपयोग करने के लिए मिट्टी के बैक्टीरिया की क्षमता, प्रोटीन एंटीबायोटिक जैसे पदार्थों के संश्लेषण को नियंत्रित करते हैं - बैक्टीरियोसिन, बैक्टीरियोसिनोजेन प्लास्मिड द्वारा निर्धारित, आदि। सूक्ष्मजीवों में कई अन्य प्लास्मिडों के अस्तित्व से पता चलता है कि समान संरचनाएं सूक्ष्मजीवों की एक विस्तृत विविधता में व्यापक हैं।

प्लास्मिड पुनर्संयोजन, उत्परिवर्तन के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं, और बैक्टीरिया से समाप्त (हटाए जा सकते हैं), जो, हालांकि, उनके मूल गुणों को प्रभावित नहीं करते हैं। प्लास्मिड आनुवंशिक सामग्री के कृत्रिम पुनर्निर्माण पर प्रयोगों के लिए एक सुविधाजनक मॉडल है और पुनः संयोजक उपभेदों को प्राप्त करने के लिए आनुवंशिक इंजीनियरिंग में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। तेजी से आत्म-प्रतिलिपि और एक प्रजाति के भीतर, प्रजातियों या यहां तक ​​कि जेनेरा के बीच प्लास्मिड के संयुग्मन हस्तांतरण की संभावना के कारण, प्लास्मिड बैक्टीरिया के विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

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यह पाया गया कि "बैक्टीरियल क्रोमोसोम" (कई मिलियन बेस पेयर) में पाए जाने वाले डीएनए के अलावा, बैक्टीरिया की कई प्रजातियों में, "छोटे" गोलाकार, डबल-स्ट्रैंडेड और सुपरकोल्ड डीएनए अणु भी होते हैं। उन्हें प्लास्मिड नाम दिया गया था - कोशिका के प्रोटोप्लाज्म में उनके स्थान के अनुसार। प्लास्मिड में बेस पेयर की संख्या 2 से 20 हजार तक सीमित होती है। कुछ जीवाणुओं में प्रत्येक में केवल एक ही प्लाज्मिड होता है। दूसरों में, उनमें से कई सौ हैं।

आम तौर पर, क्रोमोसोम के मुख्य डीएनए के साथ-साथ एक जीवाणु कोशिका के विभाजन के दौरान प्लास्मिड को फिर से दोहराया जाता है। अपने प्रजनन के लिए, वे "होस्ट" डीएनए पोलीमरेज़ I, III और अन्य एंजाइमों का उपयोग करते हैं। प्लास्मिड अपने विशिष्ट प्रोटीन को संश्लेषित करते हैं, जिसके लिए आरएनए पोलीमरेज़ और राइबोसोम, जो मेजबान जीवाणु से भी संबंधित हैं, का उपयोग किया जाता है। प्लास्मिड के इन "गतिविधि के उत्पादों" में, कभी-कभी ऐसे पदार्थ होते हैं जो एंटीबायोटिक दवाओं (एम्पीमाइसिन, टेट्रासाइक्लिन, नियोमाइसिन और अन्य) को नष्ट कर देते हैं। जो मेजबान जीवाणु को इन एंटीबायोटिक दवाओं के प्रभाव के खिलाफ प्रतिरोध देता है, अगर वह स्वयं ऐसा प्रतिरोध नहीं रखता है। इसका थोड़ा। कुछ प्लास्मिडों की "स्वतंत्रता" इस बिंदु तक फैली हुई है कि वे जीवाणु कोशिका में गुणा करने में सक्षम होते हैं, भले ही इसमें प्रोटीन संश्लेषण (और, परिणामस्वरूप, इसका विभाजन) विशिष्ट अवरोधकों की कार्रवाई से अवरुद्ध हो। इस मामले में, बैक्टीरिया 2-3 हजार प्लास्मिड तक जमा कर सकते हैं।

शुद्ध प्लास्मिड पोषक माध्यम से विदेशी बैक्टीरिया की कोशिकाओं में प्रवेश करने में सक्षम होते हैं, वहां बस जाते हैं और सामान्य रूप से प्रजनन करते हैं। सच है, इसके लिए पहले इन जीवाणुओं की झिल्लियों को कैल्शियम क्लोराइड के घोल से उपचारित करके उनकी पारगम्यता बढ़ाना आवश्यक है।

एक विदेशी प्लास्मिड का सफल सम्मिलन केवल उपचारित आबादी में कोशिकाओं की एक नगण्य अल्पसंख्यक के लिए संभव है। हालांकि, अगर प्राप्तकर्ता जीवाणु में एक निश्चित एंटीबायोटिक के लिए प्रतिरोध नहीं होता है, और "एनग्राफ्टेड" प्लास्मिड इसके लिए इस प्रतिरोध का संचार करता है, तो एक एंटीबायोटिक के साथ पूरक पोषक माध्यम पर एकल सफलतापूर्वक "रूपांतरित" बैक्टीरिया से भी विकसित होना संभव है पूरी तरह से विकसित कालोनियों, आनुवंशिक रूप से एक डाला प्लास्मिड रखने।

अंत में, सबसे महत्वपूर्ण बात। यदि प्लास्मिड के डीएनए (परिवर्तन से पहले) में डीएनए के एक टुकड़े को पूरी तरह से अलग करना (उदाहरण के लिए, पशु मूल का एक जीन) को "सम्मिलित" करना संभव है, तो यह टुकड़ा, प्लास्मिड के साथ, प्रवेश करेगा प्राप्तकर्ता की कोशिका, इसके साथ गुणा करें और जीवाणु के अंदर "स्यूडोप्लास्मिड्स" के संश्लेषण को निर्देशित करें। इस जीन में एन्कोडेड प्रोटीन!

आइए अब हम उस दर को याद करें जिस पर बैक्टीरिया तरल पोषक माध्यम में गुणा करते हैं, प्लास्मिड (साथ ही "स्यूडोप्लास्मिड"!) प्रोटीन के संश्लेषण को बनाए रखते हैं और बढ़ाते हैं। जाहिर है यहां परिचालन समय की संभावना नजर आ रही है. एक लंबी संख्याव्यक्तिगत प्रोटीन - जीवाणु में आक्रमण करने वाले ("गुप्त रूप से") जीन की गतिविधि का एक उत्पाद। यह चयनित जीन को प्लास्मिड में डालने की समस्या को हल करने के लिए बनी हुई है। साथ ही शुरू में प्राप्त करना आवश्यक राशिइस जीन का, यदि प्रारंभिक बिंदु हमारे लिए रुचि के प्रोटीन की ज्ञात (कम से कम आंशिक रूप से) संरचना है। यह वह जगह है जहां प्रतिबंध एंजाइमों का उपयोग करने की अनूठी संभावनाएं सामने आएंगी।

लेकिन पहले, प्लास्मिड के अपने सामान्य मेजबान बैक्टीरिया की कोशिकाओं से खुद को अलग करने के बारे में कुछ शब्द। यह कोई कठिन मामला नहीं है। जैसा कि पहले बताया गया है, बैक्टीरिया से कुल डीएनए को शुद्ध किया जा सकता है। फिर इनमें से एक भौतिक तरीकेप्लास्मिड के निम्न आणविक भार डीएनए को जीवाणु गुणसूत्र के अपेक्षाकृत उच्च आणविक भार डीएनए से अलग करने के लिए। आपको बस यह सुनिश्चित करने की आवश्यकता है कि जब सेल खोला जाता है, तो मूल डीएनए के छोटे टुकड़े प्रकट नहीं होते हैं। विशेष रूप से, बैक्टीरियल झिल्ली को तोड़ने के लिए अल्ट्रासाउंड का उपयोग न करें।

आप इसे आसान कर सकते हैं। कमजोर क्षार + DDC-Na के साथ जीवाणु स्फेरोप्लास्ट का उपचार करें या 1 मिनट तक उबालें। बैक्टीरियल क्रोमोसोम का डीएनए, इससे जुड़े प्रोटीन के साथ, विकृत हो जाता है और तलछट में प्रवाहित हो जाता है। इसे सेंट्रीगेशन द्वारा आसानी से हटाया जा सकता है। वृत्ताकार प्लास्मिड के डीएनए को भी पहले विकृत किया जाता है। लेकिन चूंकि इसके एकल-फंसे वलय स्थलीय रूप से जुड़े हुए हैं, इसलिए वे अलग नहीं हो सकते। ठीक होने के बाद सामान्य स्थितिमाध्यम पुन: निर्मित है और प्लास्मिड की मूल संरचना है। वे समाधान में रहते हैं।

प्रति पिछले सालसैकड़ों प्लास्मिडों को अलग और शुद्ध किया। उनका विवरण स्वाभाविक रूप से प्लास्मिड डीएनए के पूर्ण न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम की प्रस्तुति के साथ शुरू होता है। आधुनिक स्वचालित "अनुक्रमक" प्रति सप्ताह 4-5 हजार आधार जोड़े के अनुक्रम को समझ सकते हैं। 1980 के दशक में जब हाथ से डीएनए सीक्वेंसिंग की जाती थी तो इस काम में कई महीने लग जाते थे।

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