ใช้ในพันธุวิศวกรรม พลาสมิดของแบคทีเรีย หน้าที่และคุณสมบัติ

100 รูเบิลโบนัสสำหรับการสั่งซื้อครั้งแรก

เลือกประเภทงาน วิทยานิพนธ์ งานหลักสูตรรายงานวิทยานิพนธ์ปริญญาโท เรื่อง การปฏิบัติ ทบทวนรายงานบทความ ทดสอบเอกสาร การแก้ปัญหา แผนธุรกิจ ตอบคำถาม งานสร้างสรรค์ การเขียนเรียงความ การเขียนเรียงความ การแปล การนำเสนอ การพิมพ์ อื่น ๆ การเพิ่มเอกลักษณ์ของข้อความ วิทยานิพนธ์ระดับปริญญาโท งานห้องปฏิบัติการความช่วยเหลือออนไลน์

ค้นหาราคา

พลาสมิดเป็นปัจจัยเพิ่มเติมของการถ่ายทอดทางพันธุกรรม ซึ่งอยู่ในเซลล์นอกโครโมโซมและเป็นตัวแทนของโมเลกุล DNA แบบวงกลม (ปิด) หรือเชิงเส้น

พลาสมิดอิสระมีอยู่ในไซโตพลาสซึมของแบคทีเรียและสามารถแพร่พันธุ์ได้อย่างอิสระ อาจมีสำเนาหลายชุดอยู่ในเซลล์

พลาสมิดที่ถูกรวมจะถูกทำซ้ำพร้อมกันกับโครโมโซมของแบคทีเรีย การรวมตัวของพลาสมิดเกิดขึ้นเมื่อมีลำดับดีเอ็นเอที่คล้ายคลึงกัน ซึ่งสามารถรวมตัวกันของโครโมโซมและพลาสมิดดีเอ็นเออีกครั้งได้ (ซึ่งทำให้พวกมันเข้าใกล้การพยากรณ์มากขึ้น)

พลาสมิดยังแบ่งออกเป็นชนิดที่สามารถถ่ายทอดได้ (เช่น F- หรือ R-พลาสมิด) ที่สามารถถ่ายทอดผ่านการผันคำกริยาได้ และไม่สามารถถ่ายทอดได้

พลาสมิดทำหน้าที่ควบคุมหรือเข้ารหัส พลาสมิดตามข้อบังคับเกี่ยวข้องกับการชดเชยความบกพร่องทางเมตาบอลิซึมของเซลล์แบคทีเรียโดยการรวมเข้ากับจีโนมที่เสียหายและฟื้นฟูการทำงานของมัน การเข้ารหัสพลาสมิดนำข้อมูลทางพันธุกรรมใหม่เข้าสู่เซลล์แบคทีเรีย โดยเข้ารหัสคุณสมบัติใหม่ที่ผิดปกติ (เช่น การดื้อยาปฏิชีวนะ)

ตามลักษณะบางอย่างที่เข้ารหัสโดยยีนพลาสมิด กลุ่มของพลาสมิดต่อไปนี้มีความโดดเด่น:

เอฟ พลาสมิด เมื่อศึกษากระบวนการข้ามแบคทีเรียพบว่าความสามารถของเซลล์ในการเป็นผู้บริจาคสารพันธุกรรมนั้นสัมพันธ์กับการมีปัจจัย F พิเศษ F-พลาสมิดควบคุมการสังเคราะห์ F-pils ซึ่งเอื้อต่อการผสมพันธุ์ของแบคทีเรียผู้บริจาค (F+) กับแบคทีเรียผู้รับ (F") ในเรื่องนี้ สามารถสังเกตได้ว่าคำว่า "พลาสมิด" นั้นถูกเสนอเพื่อกำหนด " เพศ” ของแบคทีเรีย (Joshua Löderberg, 1952) F-plasmids สามารถเป็นอิสระและบูรณาการได้ F-plasmid ที่รวมอยู่ในโครโมโซมทำให้แน่ใจได้ว่าจะมีการรวมตัวกันของแบคทีเรียในความถี่สูง ประเภทนี้ดังนั้นพวกมันจึงถูกเรียกว่า Hfr plasmids จากภาษาอังกฤษ ความถี่สูงของการรวมตัวกันใหม่ ความถี่สูงการรวมตัวกันอีกครั้ง]

R-plasmids เข้ารหัสความต้านทาน ยา(ตัวอย่างเช่น กับยาปฏิชีวนะและซัลโฟนาไมด์ แม้ว่าตัวกำหนดความต้านทานบางตัวจะถือว่าเกี่ยวข้องกับทรานสโพซอนได้ถูกต้องมากกว่า) เช่นเดียวกับโลหะหนัก R-plasmids รวมถึงยีนทั้งหมดที่รับผิดชอบในการถ่ายโอนปัจจัยต้านทานจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง

พลาสมิดที่ไม่เชื่อมต่อกันมักมีลักษณะเฉพาะของ cocci แกรมบวก แต่ยังพบได้ในจุลินทรีย์แกรมลบบางชนิดด้วย (ตัวอย่างเช่น ฮีโมฟิลัส อินฟลูเอนซา, Neisseria gonorrhoeae). พวกเขามักจะมี ขนาดเล็ก(น้ำหนักโมเลกุลประมาณ 1 - 10*106 D) ค้นพบ จำนวนมากพลาสมิดขนาดเล็ก (มากกว่า 30 ต่อเซลล์) เนื่องจากการมีอยู่ของปริมาณดังกล่าวเท่านั้นที่ทำให้แน่ใจได้ถึงการกระจายตัวของพวกมันในลูกหลานระหว่างการแบ่งเซลล์ พลาสมิดที่ไม่ใช่คอนจูกาทีฟสามารถถ่ายโอนจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งได้ หากแบคทีเรียมีทั้งพลาสมิดแบบคอนจูกาทีฟและพลาสมิดที่ไม่คอนจูกาทีฟ ในระหว่างการผันคำกริยา ผู้บริจาคยังสามารถถ่ายโอนพลาสมิดที่ไม่ผันคำกริยาได้เนื่องจากการเกาะกันของสารพันธุกรรมของพลาสมิดชนิดหลังกับพลาสมิดแบบคอนจูกาทีฟ

พลาสมิดของแบคทีเรียเข้ารหัสการสังเคราะห์แบคทีเรีย - ผลิตภัณฑ์โปรตีนที่ทำให้แบคทีเรียในสายพันธุ์เดียวกันหรือที่เกี่ยวข้องเสียชีวิต พลาสมิดจำนวนมากที่เข้ารหัสการก่อตัวของแบคเทอริโอซินยังมีชุดของยีนที่รับผิดชอบในการผันและถ่ายโอนพลาสมิด พลาสมิดดังกล่าวมีขนาดค่อนข้างใหญ่ (น้ำหนักโมเลกุล 25-150 * 106 D) มักตรวจพบในแท่งแกรมลบ พลาสมิดขนาดใหญ่มักมีอยู่ 1~2 ชุดต่อเซลล์ การจำลองแบบมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการจำลองแบบของโครโมโซมของแบคทีเรีย

พลาสมิดที่ทำให้เกิดโรคควบคุมคุณสมบัติความรุนแรงของหลายชนิด โดยเฉพาะ Enterobacteriaceae โดยเฉพาะอย่างยิ่ง F-, R-พลาสมิด และพลาสมิดของแบคทีเรียซิโนจีนีรวมถึงทอกซ์+ ทรานสโพซอน (องค์ประกอบทางพันธุกรรมการย้ายถิ่น ดูด้านล่าง) ซึ่งเข้ารหัสการผลิตสารพิษ บ่อยครั้งที่ tox+ transposons เข้ารหัสการสังเคราะห์โปรทอกซินที่สมบูรณ์ (เช่น โรคคอตีบหรือโบทูลินัม) ซึ่งกระตุ้นโดยโปรตีเอสของเซลล์ ซึ่งการก่อตัวนี้ถูกควบคุมโดยยีนบนโครโมโซมของแบคทีเรีย

พลาสมิดที่ซ่อนอยู่ พลาสมิดที่เป็นความลับ (ซ่อนอยู่) ไม่มียีนที่พวกมันตรวจพบได้ การแสดงฟีโนไทป์.

พลาสมิดที่ย่อยสลายทางชีวภาพ นอกจากนี้ ยังมีการค้นพบพลาสมิดจำนวนหนึ่งที่เข้ารหัสเอนไซม์สำหรับการย่อยสลายสารประกอบตามธรรมชาติ (ยูเรีย คาร์โบไฮเดรต) และสารประกอบที่ไม่ใช่ธรรมชาติ (โทลูอีน การบูร แนฟทาลีน) ที่จำเป็นสำหรับการใช้เป็นแหล่งคาร์บอนหรือพลังงาน ซึ่งให้ข้อได้เปรียบในการคัดเลือกเหนือสารประกอบอื่นๆ แบคทีเรียสายพันธุ์นี้ แบคทีเรียก่อโรคพลาสมิดดังกล่าวมีข้อได้เปรียบเหนือตัวแทนของจุลินทรีย์อัตโนมัติ

พลาสมิดอาจเกิดการรวมตัวกันอีกครั้ง การกลายพันธุ์ และสามารถกำจัด (กำจัด) ออกจากแบคทีเรียได้ ซึ่งจะไม่ส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติพื้นฐานของพวกมัน พลาสมิดเป็นแบบจำลองที่สะดวกสำหรับการทดลองในการสร้างสารพันธุกรรมขึ้นมาใหม่ และมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย พันธุวิศวกรรมเพื่อให้ได้สายพันธุ์รีคอมบิแนนท์ เนื่องจากการคัดลอกตัวเองอย่างรวดเร็วและความเป็นไปได้ของการถ่ายโอนพลาสมิดแบบผันแปรภายในสปีชีส์ ระหว่างสปีชีส์หรือแม้แต่จำพวก พลาสมิดจึงเล่น บทบาทที่สำคัญในการวิวัฒนาการของแบคทีเรีย

อ่านเพิ่มเติม: จีที; 89. หัวข้อและหน้าที่ของ SO ในฐานะสาขาวิชาวิทยาศาสตร์และสาขากิจกรรมเชิงปฏิบัติ (ไม่ถึง. ครั้งที่สอง โครงสร้างของระบบการรับรอง GOST R และหน้าที่ของผู้เข้าร่วม ก) การรบกวนการทำงานของรังไข่-ประจำเดือนเป็นเวลานาน 1 หน้า ก) การรบกวนการทำงานของรังไข่-ประจำเดือนในระยะยาว หน้า 2 ก) การรบกวนการทำงานของรังไข่-ประจำเดือนในระยะยาว หน้า 3 ก) การรบกวนการทำงานของรังไข่-ประจำเดือนในระยะยาว หน้า 4 การบริหารงานเป็นการบริหารประเภทหนึ่ง หน้าที่และความรับผิดชอบของผู้ดูแลระบบ

พลาสมิด- โครงสร้างทางพันธุกรรมเคลื่อนที่นอกโครโมโซมของแบคทีเรียซึ่งเป็นวงแหวนปิดของ DNA ที่มีเกลียวคู่ ขนาดคิดเป็น 0.1-5% ของ DNA ของโครโมโซม พลาสมิดสามารถคัดลอก (จำลอง) ได้โดยอัตโนมัติและมีอยู่ในไซโตพลาสซึมของเซลล์ ดังนั้นจึงสามารถมีพลาสมิดได้หลายสำเนาในเซลล์ พลาสมิดสามารถรวม (รวม) ไว้ในโครโมโซมและทำซ้ำร่วมกับมันได้ แยกแยะ การแพร่เชื้อ และ ไม่สามารถถ่ายทอดได้พลาสมิด- พลาสมิดที่ถ่ายทอดได้ (คอนจูกาทีฟ) สามารถถ่ายโอนจากแบคทีเรียหนึ่งไปยังอีกแบคทีเรียหนึ่งได้

ในบรรดาลักษณะฟีโนไทป์ที่พลาสมิดมอบให้กับเซลล์แบคทีเรีย สามารถแยกแยะได้ดังต่อไปนี้::

1) ความต้านทานต่อยาปฏิชีวนะ

2) การก่อตัวของโคลิซิน;

3) การผลิตปัจจัยการทำให้เกิดโรค;

4) ความสามารถในการสังเคราะห์สารปฏิชีวนะ

5) การสลายสารอินทรีย์ที่ซับซ้อน

6) การก่อตัวของเอนไซม์จำกัดและดัดแปลง

คำว่า "พลาสมิด" ถูกนำมาใช้ครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน J. Lederberg (1952) เพื่ออ้างถึงปัจจัยทางเพศของแบคทีเรีย พลาสมิดนำยีนที่ไม่จำเป็นสำหรับเซลล์เจ้าบ้านและให้แบคทีเรีย คุณสมบัติเพิ่มเติมซึ่งภายใต้เงื่อนไขบางประการ สิ่งแวดล้อมให้ข้อได้เปรียบชั่วคราวเหนือแบคทีเรียที่ปราศจากพลาสมิด

พลาสมิดบางชนิดอยู่ภายใต้ การควบคุมอย่างเข้มงวดซึ่งหมายความว่าการจำลองแบบของพวกมันจะควบคู่ไปกับการจำลองโครโมโซมเพื่อให้เซลล์แบคทีเรียแต่ละเซลล์มีพลาสมิดหนึ่งหรืออย่างน้อยหลายสำเนา

จำนวนสำเนาของพลาสมิดที่อยู่ด้านล่าง การควบคุมที่อ่อนแอสามารถเข้าถึงได้ตั้งแต่ 10 ถึง 200 ต่อเซลล์แบคทีเรีย

เพื่อจำแนกลักษณะของพลาสมิดจำลอง พวกมันมักจะถูกแบ่งออกเป็นกลุ่มที่เข้ากันได้ ความไม่เข้ากันพลาสมิดมีความเกี่ยวข้องกับการที่พลาสมิดสองตัวไม่สามารถคงอยู่ในเซลล์แบคทีเรียเดียวกันได้อย่างเสถียร ความไม่เข้ากันเป็นลักษณะของพลาสมิดที่มีความคล้ายคลึงกันสูงของการจำลองซึ่งการบำรุงรักษาในเซลล์ถูกควบคุมโดยกลไกเดียวกัน

พลาสมิดบางชนิดสามารถรวมเข้ากับโครโมโซมของแบคทีเรียแบบย้อนกลับได้และทำหน้าที่เป็นแบบจำลองเดียว พลาสมิดดังกล่าวเรียกว่า บูรณาการ หรือ เรื่องราวดีๆ .

ในแบคทีเรีย ประเภทต่างๆค้นพบ R-พลาสมิด, แบกยีนที่รับผิดชอบในการดื้อยาหลายชนิด - ยาปฏิชีวนะ, ซัลโฟนาไมด์ ฯลฯ เอฟ พลาสมิด, หรือปัจจัยทางเพศของแบคทีเรียซึ่งกำหนดความสามารถในการผันและสร้างพิลิทางเพศ เอนท์พลาสมิด, กำหนดการผลิตเอนเทอโรทอกซิน

พลาสมิดสามารถตรวจสอบความรุนแรงของแบคทีเรียได้เช่นเชื้อโรคของโรคระบาดและบาดทะยักความสามารถของแบคทีเรียในดินในการใช้แหล่งคาร์บอนที่ผิดปกติควบคุมการสังเคราะห์โปรตีนของสารคล้ายยาปฏิชีวนะ - แบคทีเรียแบคเทอริโอซินซึ่งกำหนดโดยพลาสมิดของแบคทีเรีย ฯลฯ การดำรงอยู่ของ พลาสมิดอื่นๆ จำนวนมากในจุลินทรีย์แสดงให้เห็นว่าโครงสร้างที่คล้ายกันนั้นพบได้ทั่วไปในจุลินทรีย์หลากหลายชนิด

พลาสมิดอาจเกิดการรวมตัวกันอีกครั้ง การกลายพันธุ์ และสามารถกำจัด (กำจัด) ออกจากแบคทีเรียได้ ซึ่งจะไม่ส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติพื้นฐานของพวกมัน พลาสมิดเป็นแบบจำลองที่สะดวกสำหรับการทดลองเกี่ยวกับการสร้างสารพันธุกรรมขึ้นใหม่ และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในพันธุวิศวกรรมเพื่อให้ได้สายพันธุ์รีคอมบิแนนท์ เนื่องจากการคัดลอกตัวเองอย่างรวดเร็วและความเป็นไปได้ของการถ่ายโอนพลาสมิดแบบผันภายในสปีชีส์ ระหว่างสปีชีส์หรือแม้แต่จำพวก พลาสมิดมีบทบาทสำคัญในการวิวัฒนาการของแบคทีเรีย

11. พลาสมิดของแบคทีเรีย หน้าที่และคุณสมบัติ การใช้พลาสมิดใน พันธุวิศวกรรม- เทคโนโลยีชีวภาพทางการแพทย์ ภารกิจและความสำเร็จ

พลาสมิดเป็นโมเลกุล DNA ที่มีเกลียวคู่ มีขนาดตั้งแต่ 103 ถึง 106 bp อาจเป็นรูปวงแหวนหรือเป็นเส้นตรงก็ได้ พลาสมิดเข้ารหัสฟังก์ชันที่ไม่จำเป็นต่อชีวิตของเซลล์แบคทีเรีย แต่ให้ข้อได้เปรียบแก่แบคทีเรียเมื่อต้องเผชิญกับสภาพความเป็นอยู่ที่ไม่เอื้ออำนวย

ในบรรดาลักษณะฟีโนไทป์ที่ให้พลาสมิดแก่เซลล์แบคทีเรียมีดังต่อไปนี้:

ความต้านทานยาปฏิชีวนะ

การผลิตปัจจัยที่ทำให้เกิดโรค

ความสามารถในการสังเคราะห์สารปฏิชีวนะ

การก่อตัวของโคลิซิน

การสลายสารอินทรีย์เชิงซ้อน

การก่อตัวของเอนไซม์จำกัดและดัดแปลง การจำลองแบบของพลาสมิดเกิดขึ้นโดยไม่ขึ้นกับโครโมโซมโดยใช้เอนไซม์ชุดเดียวกันที่ทำหน้าที่จำลองโครโมโซมของแบคทีเรีย (ดูหัวข้อ 3.1.7 และรูปที่ 3.5)

พลาสมิดบางชนิดอยู่ภายใต้การควบคุมอย่างเข้มงวด ซึ่งหมายความว่าการจำลองแบบของพวกมันจะควบคู่ไปกับการจำลองโครโมโซมเพื่อให้เซลล์แบคทีเรียแต่ละเซลล์มีพลาสมิดหนึ่งหรืออย่างน้อยหลายสำเนา

จำนวนสำเนาของพลาสมิดภายใต้การควบคุมที่อ่อนแอสามารถเข้าถึงได้ตั้งแต่ 10 ถึง 200 ต่อเซลล์แบคทีเรีย

เพื่อจำแนกลักษณะของพลาสมิดจำลอง พวกมันมักจะถูกแบ่งออกเป็นกลุ่มที่เข้ากันได้ ความไม่เข้ากันของพลาสมิดนั้นสัมพันธ์กับการที่พลาสมิดสองตัวไม่สามารถคงอยู่ในเซลล์แบคทีเรียเดียวกันได้อย่างเสถียร ความไม่ลงรอยกันเป็นลักษณะของพลาสมิดที่มีความคล้ายคลึงกันสูงของการจำลองซึ่งการบำรุงรักษาในเซลล์ถูกควบคุมโดยกลไกเดียวกัน

พลาสมิดที่สามารถรวมเข้ากับโครโมโซมของแบคทีเรียแบบย้อนกลับได้และทำหน้าที่เป็นแบบจำลองเดียวเรียกว่าอินทิเกรติตีหรือเอพิโซม

พลาสมิดที่สามารถถ่ายทอดจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งได้ บางครั้งถึงกับอยู่ในหน่วยอนุกรมวิธานที่แตกต่างกัน เรียกว่า ถ่ายทอดได้ (คอนจูกาทีฟ) ความสามารถในการถ่ายทอดผ่านมีอยู่ในพลาสมิดขนาดใหญ่ที่มี tra-operon เท่านั้น ซึ่งรวมยีนที่รับผิดชอบในการถ่ายโอนพลาสมิดเข้าด้วยกัน ยีนเหล่านี้เข้ารหัส sex pili ซึ่งสร้างสะพานเชื่อมกับเซลล์ที่ไม่มีพลาสมิดที่ถ่ายทอดได้ ซึ่ง DNA ของพลาสมิดจะถูกถ่ายโอนไปยังเซลล์ใหม่ กระบวนการนี้เรียกว่าการผันคำกริยา (จะกล่าวถึงรายละเอียดในหัวข้อ 5.4.1) แบคทีเรียที่มีพลาสมิดที่แพร่กระจายได้นั้นมีความไวต่อแบคทีเรียที่เป็นเส้นใย "ตัวผู้"

พลาสมิดขนาดเล็กที่ไม่มียีน tra ไม่สามารถถ่ายทอดได้ด้วยตัวเอง แต่สามารถแพร่เชื้อได้เมื่อมีพลาสมิดที่สามารถถ่ายทอดได้โดยใช้อุปกรณ์ผันคำกริยา พลาสมิดดังกล่าวเรียกว่าการเคลื่อนที่ได้ และกระบวนการนี้เรียกว่าการเคลื่อนที่ของพลาสมิดที่ไม่สามารถถ่ายทอดได้

สิ่งที่สำคัญที่สุดในจุลชีววิทยาทางการแพทย์คือพลาสมิดที่ให้ความต้านทานต่อแบคทีเรียต่อยาปฏิชีวนะซึ่งเรียกว่า R-plasmids (จากการต่อต้านในภาษาอังกฤษ - การตอบโต้) และพลาสมิดที่ให้ความมั่นใจในการผลิตปัจจัยการทำให้เกิดโรคที่นำไปสู่การพัฒนากระบวนการติดเชื้อใน มหภาค R-plasmids มียีนที่กำหนดการสังเคราะห์เอนไซม์ที่ทำลายยาต้านแบคทีเรีย (เช่น ยาปฏิชีวนะ) จากการมีอยู่ของพลาสมิดดังกล่าวเซลล์แบคทีเรียจะต้านทาน (ต้านทาน) ต่อการกระทำของยาทั้งกลุ่มและบางครั้งก็ต่อยาหลายชนิด R-พลาสมิดจำนวนมากสามารถแพร่เชื้อได้ โดยแพร่กระจายไปทั่วประชากรแบคทีเรีย ทำให้ไม่สามารถเข้าถึงอิทธิพลได้ ยาต้านเชื้อแบคทีเรีย- แบคทีเรียสายพันธุ์ที่มี R-plasmids มักเป็นสาเหตุของการติดเชื้อในโรงพยาบาล

พลาสมิดที่กำหนดการสังเคราะห์ปัจจัยการทำให้เกิดโรคปัจจุบันพบในแบคทีเรียหลายชนิดที่เป็นเชื้อโรค โรคติดเชื้อบุคคล. การเกิดโรคของเชื้อโรคที่เกิดจากเชื้อ shigellosis, yersiniosis, กาฬโรค, โรคแอนแทรกซ์, ixodid borelliosis และ escherichiosis ในลำไส้มีความเกี่ยวข้องกับการมีอยู่และการทำงานของพลาสมิดที่ทำให้เกิดโรค

เซลล์แบคทีเรียบางชนิดมีพลาสมิดที่เป็นตัวกำหนดการสังเคราะห์สารที่สามารถฆ่าเชื้อแบคทีเรียกับแบคทีเรียชนิดอื่นได้ ตัวอย่างเช่น E. coli บางชนิดมี Col plasmid ซึ่งกำหนดการสังเคราะห์ colicins ซึ่งมีฤทธิ์ฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ต่อแบคทีเรียโคลิฟอร์ม เซลล์แบคทีเรียที่มีพลาสมิดดังกล่าวมีข้อได้เปรียบในการตั้งอาณานิคมในระบบนิเวศน์

พลาสมิดถูกนำมาใช้ในทางปฏิบัติของมนุษย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านพันธุวิศวกรรมในการสร้างแบคทีเรียรีคอมบิแนนท์สายพันธุ์พิเศษที่ผลิตทางชีววิทยาในปริมาณมาก สารออกฤทธิ์(ดูบทที่ 6)

เทคโนโลยีชีวภาพเป็นสาขาความรู้ที่เกิดขึ้นและก่อตัวขึ้นที่จุดตัดของจุลชีววิทยา อณูชีววิทยา พันธุวิศวกรรม เทคโนโลยีเคมีและวิทยาศาสตร์อื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง การกำเนิดของเทคโนโลยีชีวภาพเกิดจากความต้องการของสังคมสำหรับผลิตภัณฑ์ใหม่ราคาถูกสำหรับเศรษฐกิจของประเทศ รวมถึงยาและสัตวแพทยศาสตร์ตลอดจนเทคโนโลยีใหม่ที่เป็นพื้นฐาน เทคโนโลยีชีวภาพคือการผลิตผลิตภัณฑ์จากวัตถุทางชีวภาพหรือการใช้วัตถุทางชีวภาพ สัตว์และสิ่งมีชีวิตของมนุษย์สามารถใช้เป็นวัตถุทางชีวภาพได้ (เช่น การได้รับอิมมูโนโกลบูลินจากซีรั่มของม้าหรือคนที่ได้รับการฉีดวัคซีน การได้รับผลิตภัณฑ์เลือดจากผู้บริจาค) อวัยวะแต่ละส่วน (การได้รับฮอร์โมนอินซูลินจากตับอ่อนขนาดใหญ่ วัวและสุกร) หรือการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ (การผลิตยา) อย่างไรก็ตาม จุลินทรีย์เซลล์เดียว เช่นเดียวกับเซลล์สัตว์และพืช มักถูกใช้เป็นวัตถุทางชีววิทยา

เซลล์สัตว์และพืช เซลล์จุลินทรีย์ในกระบวนการดำเนินชีวิต (การดูดซึมและการสลายตัว) ก่อให้เกิดผลิตภัณฑ์ใหม่และหลั่งสารเมตาโบไลต์ที่มีคุณสมบัติทางเคมีกายภาพและผลกระทบทางชีวภาพต่างๆ

เทคโนโลยีชีวภาพใช้ผลิตภัณฑ์เซลล์เหล่านี้เป็นวัตถุดิบและแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย เทคโนโลยีชีวภาพผลิตผลิตภัณฑ์มากมายที่ใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ:

ยา (ยาปฏิชีวนะ วิตามิน เอนไซม์ กรดอะมิโน ฮอร์โมน วัคซีน แอนติบอดี ส่วนประกอบของเลือด ยาวินิจฉัย สารปรับภูมิคุ้มกัน อัลคาลอยด์ โปรตีนในอาหาร, กรดนิวคลีอิก, นิวคลีโอไซด์, นิวคลีโอไทด์, ลิพิด, แอนติเมตาบอไลต์, สารต้านอนุมูลอิสระ, ยาฆ่าพยาธิและยาต้านเนื้องอก);

สัตวแพทยศาสตร์และ เกษตรกรรม(ฟีดโปรตีน: การให้ยาปฏิชีวนะ วิตามิน ฮอร์โมน วัคซีน ผลิตภัณฑ์อารักขาพืชทางชีวภาพ ยาฆ่าแมลง)

อุตสาหกรรมอาหาร (กรดอะมิโน กรดอินทรีย์ โปรตีนในอาหาร เอนไซม์ ไขมัน น้ำตาล แอลกอฮอล์ ยีสต์)

อุตสาหกรรมเคมี (อะซิโตน เอทิลีน บิวทานอล);

พลังงาน (ก๊าซชีวภาพ เอทานอล)

ด้วยเหตุนี้ เทคโนโลยีชีวภาพจึงมุ่งเป้าไปที่การสร้างยาทางการแพทย์และสัตวแพทย์เพื่อการวินิจฉัย ป้องกัน และรักษาโรค แก้ไขปัญหาด้านอาหาร (เพิ่มผลผลิตพืชผล ผลผลิตปศุสัตว์ ปรับปรุงคุณภาพ ผลิตภัณฑ์อาหาร- นม ขนมหวาน เบเกอรี่ เนื้อสัตว์ ปลา) เพื่อสนับสนุนกระบวนการทางเทคโนโลยีมากมายในอุตสาหกรรมเบา เคมี และอุตสาหกรรมอื่นๆ นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องสังเกตบทบาทที่เพิ่มขึ้นของเทคโนโลยีชีวภาพในระบบนิเวศเนื่องจากการบำบัดน้ำเสีย การแปรรูปของเสียและผลพลอยได้ และการย่อยสลาย (ฟีนอล ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม และสารอื่น ๆ ที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม) ดำเนินการด้วยความช่วยเหลือของจุลินทรีย์

ปัจจุบันเทคโนโลยีชีวภาพแบ่งออกเป็นสาขาการแพทย์-เภสัชกรรม อาหาร เกษตรกรรม และสิ่งแวดล้อม ดังนั้นเทคโนโลยีชีวภาพจึงสามารถแบ่งออกได้เป็น การแพทย์ เกษตรกรรม อุตสาหกรรม และสิ่งแวดล้อม ในทางกลับกัน การแพทย์แบ่งออกเป็นด้านเภสัชกรรมและภูมิคุ้มกันวิทยา เกษตรกรรม แบ่งเป็นเทคโนโลยีชีวภาพด้านสัตวแพทย์และพืช และด้านอุตสาหกรรม ออกเป็นสาขาอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง (อาหาร อุตสาหกรรมเบา พลังงาน ฯลฯ)

เทคโนโลยีชีวภาพยังแบ่งออกเป็นแบบดั้งเดิม (เก่า) และใหม่ หลังมีความเกี่ยวข้องกับพันธุวิศวกรรม ไม่มีคำจำกัดความที่ยอมรับโดยทั่วไปของหัวข้อ "เทคโนโลยีชีวภาพ" และยังมีข้อถกเถียงว่าเป็นวิทยาศาสตร์หรือการผลิตด้วยซ้ำ

พลาสมิด- โครงสร้างทางพันธุกรรมเคลื่อนที่นอกโครโมโซมของแบคทีเรียซึ่งเป็นวงแหวนปิดของ DNA ที่มีเกลียวคู่ พลาสมิดสามารถคัดลอก (จำลอง) ได้โดยอัตโนมัติและมีอยู่ในไซโตพลาสซึมของเซลล์ ดังนั้นจึงสามารถมีพลาสมิดได้หลายสำเนาในเซลล์ พลาสมิดสามารถรวม (รวม) ไว้ในโครโมโซมและทำซ้ำร่วมกับมันได้ แยกแยะ การแพร่เชื้อ และ ไม่สามารถถ่ายทอดได้พลาสมิด- พลาสมิดที่ถ่ายทอดได้ (คอนจูกาทีฟ) สามารถถ่ายโอนจากแบคทีเรียหนึ่งไปยังอีกแบคทีเรียหนึ่งได้

ในบรรดาลักษณะฟีโนไทป์ที่พลาสมิดมอบให้กับเซลล์แบคทีเรีย สามารถแยกแยะได้ดังต่อไปนี้::

1) ความต้านทานต่อยาปฏิชีวนะ

2) การก่อตัวของโคลิซิน;

3) การผลิตปัจจัยการทำให้เกิดโรค;

4) ความสามารถในการสังเคราะห์สารปฏิชีวนะ

5) การสลายสารอินทรีย์ที่ซับซ้อน

6) การก่อตัวของเอนไซม์จำกัดและดัดแปลง

คำว่า "พลาสมิด" ถูกนำมาใช้ครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน เจ. เลเดอร์เบิร์ก (1952) เพื่ออ้างถึงปัจจัยทางเพศของแบคทีเรีย พลาสมิดมียีนที่ไม่จำเป็นสำหรับเซลล์เจ้าบ้านและให้คุณสมบัติเพิ่มเติมแก่แบคทีเรีย ซึ่งให้ข้อได้เปรียบชั่วคราวเหนือแบคทีเรียที่ปราศจากพลาสมิดภายใต้สภาพแวดล้อมบางประการ

พลาสมิดบางชนิดอยู่ภายใต้ การควบคุมอย่างเข้มงวดซึ่งหมายความว่าการจำลองแบบของพวกมันจะควบคู่ไปกับการจำลองโครโมโซมเพื่อให้เซลล์แบคทีเรียแต่ละเซลล์มีพลาสมิดหนึ่งหรืออย่างน้อยหลายสำเนา

จำนวนสำเนาของพลาสมิดที่อยู่ด้านล่าง การควบคุมที่อ่อนแอสามารถเข้าถึงได้ตั้งแต่ 10 ถึง 200 ต่อเซลล์แบคทีเรีย

เพื่อจำแนกลักษณะของพลาสมิดจำลอง พวกมันมักจะถูกแบ่งออกเป็นกลุ่มที่เข้ากันได้ ความไม่เข้ากันพลาสมิดมีความเกี่ยวข้องกับการที่พลาสมิดสองตัวไม่สามารถคงอยู่ในเซลล์แบคทีเรียเดียวกันได้อย่างเสถียร พลาสมิดบางชนิดสามารถรวมเข้ากับโครโมโซมของแบคทีเรียแบบย้อนกลับได้และทำหน้าที่เป็นแบบจำลองเดียว พลาสมิดดังกล่าวเรียกว่า บูรณาการ หรือ เรื่องราวดีๆ .

พบในแบคทีเรียหลายชนิด R-พลาสมิด, แบกยีนที่รับผิดชอบในการดื้อยาหลายชนิด - ยาปฏิชีวนะ, ซัลโฟนาไมด์ ฯลฯ เอฟ พลาสมิด, หรือปัจจัยทางเพศของแบคทีเรียซึ่งกำหนดความสามารถในการผันและสร้างพิลิทางเพศ เอนท์พลาสมิด, กำหนดการผลิตเอนเทอโรทอกซิน

พลาสมิดสามารถตรวจสอบความรุนแรงของแบคทีเรียได้เช่นเชื้อโรคของโรคระบาดและบาดทะยักความสามารถของแบคทีเรียในดินในการใช้แหล่งคาร์บอนที่ผิดปกติควบคุมการสังเคราะห์โปรตีนของสารคล้ายยาปฏิชีวนะ - แบคทีเรียแบคเทอริโอซินซึ่งกำหนดโดยพลาสมิดของแบคทีเรีย ฯลฯ การดำรงอยู่ของ พลาสมิดอื่นๆ จำนวนมากในจุลินทรีย์แสดงให้เห็นว่าโครงสร้างที่คล้ายกันนั้นพบได้ทั่วไปในจุลินทรีย์หลากหลายชนิด

พลาสมิดอาจเกิดการรวมตัวกันอีกครั้ง การกลายพันธุ์ และสามารถกำจัด (กำจัด) ออกจากแบคทีเรียได้ ซึ่งจะไม่ส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติพื้นฐานของพวกมัน พลาสมิดเป็นแบบจำลองที่สะดวกสำหรับการทดลองเกี่ยวกับการสร้างสารพันธุกรรมขึ้นใหม่ และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในพันธุวิศวกรรมเพื่อให้ได้สายพันธุ์รีคอมบิแนนท์ เนื่องจากการคัดลอกตัวเองอย่างรวดเร็วและความเป็นไปได้ของการถ่ายโอนพลาสมิดแบบผันภายในสปีชีส์ ระหว่างสปีชีส์หรือแม้แต่จำพวก พลาสมิดมีบทบาทสำคัญในการวิวัฒนาการของแบคทีเรีย

ปฏิกิริยาการเกาะติดกัน

ปฏิกิริยาการเกาะติดกัน- ปฏิกิริยาง่าย ๆ ที่แอนติบอดีจับแอนติเจนของคอร์ปัส (แบคทีเรีย, เม็ดเลือดแดงหรือเซลล์อื่น ๆ อนุภาคที่ไม่ละลายน้ำซึ่งมีแอนติเจนดูดซับอยู่เช่นเดียวกับมวลรวมโมเลกุลขนาดใหญ่) มันเกิดขึ้นเมื่อมีอิเล็กโทรไลต์อยู่ ตัวอย่างเช่น เมื่อเติมสารละลายไอโซโทนิกโซเดียมคลอไรด์

นำมาใช้ ตัวเลือกต่างๆปฏิกิริยาการเกาะติดกัน: กว้างขวาง, บ่งชี้, ทางอ้อม ฯลฯ ปฏิกิริยาการเกาะติดกันนั้นเกิดจากการก่อตัวของสะเก็ดหรือตะกอน (เซลล์ "ติดกาว" ด้วยแอนติบอดีที่มีศูนย์จับแอนติเจนตั้งแต่สองแห่งขึ้นไป - รูปที่ 13.1) RA ใช้สำหรับ:

1) การกำหนดแอนติบอดีในเลือดของผู้ป่วย เช่น โรคแท้งติดต่อ (Wright, Heddelson reactions) ไข้ไทฟอยด์และไข้รากสาดเทียม (Vidal reaction) และอื่นๆ โรคติดเชื้อ;

2) กำหนดเชื้อโรคแยกออกจากผู้ป่วย

3) การกำหนดหมู่เลือดการใช้โมโนโคลนอลแอนติบอดีต่อเม็ดเลือดแดงอัลโลแอนติเจน

เพื่อตรวจหาแอนติบอดีในผู้ป่วย ทำปฏิกิริยาเกาะติดกันโดยละเอียด: Diagnosticum (สารแขวนลอยของจุลินทรีย์ที่ถูกฆ่า) จะถูกเพิ่มในการเจือจางของซีรั่มในเลือดของผู้ป่วย และหลังจากการฟักตัวเป็นเวลาหลายชั่วโมงที่อุณหภูมิ 37 °C การเจือจางในซีรั่มสูงสุด (ไทเทอร์ในซีรั่ม) จะถูกบันทึกไว้ ซึ่งเกิดการเกาะติดกัน กล่าวคือ มีการตกตะกอน เกิดขึ้น

ธรรมชาติและความเร็วของการเกาะติดกันขึ้นอยู่กับชนิดของแอนติเจนและแอนติบอดี ตัวอย่างคือลักษณะเฉพาะของปฏิสัมพันธ์ของการวินิจฉัย (O- และ H-antigens) กับแอนติบอดีจำเพาะ ปฏิกิริยาการเกาะติดกันกับ O-diagnosticum (แบคทีเรียที่ถูกฆ่าด้วยความร้อน โดยคง O-แอนติเจนที่ทนความร้อนไว้ได้) เกิดขึ้นในรูปแบบของการเกาะติดกันแบบละเอียด ปฏิกิริยาการเกาะติดกันกับ H-diagnosticum (แบคทีเรียที่ถูกฆ่าโดยฟอร์มาลดีไฮด์ โดยคง H-antigen ของแฟลเจลลาบิลล์ที่ทนความร้อน) จะหยาบและดำเนินไปเร็วขึ้น

หากจำเป็นต้องระบุเชื้อโรคที่แยกได้จากผู้ป่วยให้ใส่ ปฏิกิริยาการเกาะติดกันบ่งชี้การใช้แอนติบอดีในการวินิจฉัย (ซีรั่มเกาะติดกัน) เช่น ดำเนินการ serotyping ของเชื้อโรค ปฏิกิริยาโดยประมาณดำเนินการบนกระจกสไลด์ การเพาะเชื้อบริสุทธิ์ของเชื้อโรคที่แยกได้จากผู้ป่วยจะถูกเติมลงในเซรั่มจับกลุ่มเพื่อการวินิจฉัยที่เจือจางในอัตราส่วน 1:10 หรือ 1:20 มีการวางส่วนควบคุมไว้ใกล้เคียง: แทนที่จะใช้ซีรั่ม จะใช้สารละลายโซเดียมคลอไรด์หยดหนึ่งแทน เมื่อตะกอนตกตะกอนปรากฏขึ้นในหยดที่มีซีรั่มและจุลินทรีย์ ปฏิกิริยาการเกาะติดกันโดยละเอียดจะดำเนินการในหลอดทดลองโดยมีการเจือจางของซีรั่มที่เกาะติดกันเพิ่มขึ้นโดยเติมสารแขวนลอยของเชื้อโรค 2-3 หยด การเกาะติดกันจะพิจารณาจากปริมาณตะกอนและระดับความใสของของเหลว ปฏิกิริยาจะถือว่าเป็นบวกหากสังเกตพบการเกาะติดกันในการเจือจางใกล้กับไทเทอร์ของซีรั่มการวินิจฉัย ในเวลาเดียวกันต้องคำนึงถึงการควบคุม: ซีรั่มที่เจือจางด้วยสารละลายไอโซโทนิกโซเดียมคลอไรด์ควรมีความโปร่งใสการแขวนลอยของจุลินทรีย์ในสารละลายเดียวกันควรมีเมฆมากสม่ำเสมอโดยไม่มีตะกอน

แบคทีเรียที่เกี่ยวข้องกันสามารถจับกลุ่มกันโดยใช้ซีรั่มตรวจจับกลุ่มเดียวกันในการวินิจฉัย ซึ่งทำให้จำแนกได้ยาก ดังนั้น พวกเขาจึงใช้ซีรั่มที่เกาะติดกันที่ถูกดูดซับ ซึ่งแอนติบอดีที่ทำปฏิกิริยาข้ามจะถูกกำจัดออกโดยการดูดซับไปยังแบคทีเรียที่เกี่ยวข้อง ซีรั่มดังกล่าวจะคงแอนติบอดีจำเพาะต่อแบคทีเรียที่กำหนดเท่านั้น

พลาสมิดเป็นโครงสร้างทางพันธุกรรมเคลื่อนที่นอกโครโมโซมของแบคทีเรีย ซึ่งเป็นวงแหวนปิดของ DNA ที่มีเกลียวคู่ ขนาดคิดเป็น 0.1-5% ของ DNA ของโครโมโซม พลาสมิดสามารถคัดลอก (จำลอง) ได้โดยอัตโนมัติและมีอยู่ในไซโตพลาสซึมของเซลล์ ดังนั้นจึงสามารถมีพลาสมิดได้หลายสำเนาในเซลล์ พลาสมิดสามารถรวม (รวม) ไว้ในโครโมโซมและทำซ้ำร่วมกับมันได้ มีพลาสมิดที่ถ่ายทอดได้และไม่สามารถถ่ายทอดได้ พลาสมิดที่ถ่ายทอดได้ (คอนจูกาทีฟ) สามารถถ่ายโอนจากแบคทีเรียหนึ่งไปยังอีกแบคทีเรียหนึ่งได้
ในบรรดาลักษณะฟีโนไทป์ที่ให้พลาสมิดแก่เซลล์แบคทีเรียมีดังต่อไปนี้:
1) ความต้านทานต่อยาปฏิชีวนะ
2) การก่อตัวของโคลิซิน;
3) การผลิตปัจจัยการทำให้เกิดโรค;
4) การสลายสารอินทรีย์ที่ซับซ้อน
คำว่า "พลาสมิด" ถูกนำมาใช้ครั้งแรกเพื่ออ้างถึงปัจจัยทางเพศของแบคทีเรีย พลาสมิดมียีนที่ไม่จำเป็นสำหรับเซลล์เจ้าบ้านและให้คุณสมบัติเพิ่มเติมแก่แบคทีเรีย ซึ่งให้ข้อได้เปรียบชั่วคราวเหนือแบคทีเรียที่ปราศจากพลาสมิดภายใต้สภาพแวดล้อมบางประการ
พลาสมิดบางชนิดอยู่ภายใต้การควบคุมอย่างเข้มงวด ซึ่งหมายความว่าการจำลองแบบของพวกมันจะควบคู่ไปกับการจำลองโครโมโซมเพื่อให้เซลล์แบคทีเรียแต่ละเซลล์มีพลาสมิดหนึ่งหรืออย่างน้อยหลายสำเนา
จำนวนสำเนาของพลาสมิดภายใต้การควบคุมที่อ่อนแอสามารถเข้าถึงได้ตั้งแต่ 10 ถึง 200 ต่อเซลล์แบคทีเรีย
เพื่อจำแนกลักษณะของพลาสมิดจำลอง พวกมันมักจะถูกแบ่งออกเป็นกลุ่มที่เข้ากันได้ ความไม่เข้ากันของพลาสมิดนั้นสัมพันธ์กับการที่พลาสมิดสองตัวไม่สามารถคงอยู่ในเซลล์แบคทีเรียเดียวกันได้อย่างเสถียร
พลาสมิดบางชนิดสามารถรวมเข้ากับโครโมโซมของแบคทีเรียแบบย้อนกลับได้และทำหน้าที่เป็นแบบจำลองเดียว พลาสมิดดังกล่าวเรียกว่าอินทิเกรตหรือเอพิโซม
ในแบคทีเรียหลากหลายสายพันธุ์พบว่า R-plasmids มียีนที่รับผิดชอบต่อการดื้อยาหลายชนิด - ยาปฏิชีวนะ, ซัลโฟนาไมด์ ฯลฯ , F-plasmids หรือปัจจัยทางเพศของแบคทีเรียซึ่งกำหนดความสามารถในการผันและสร้างพิลีทางเพศ Ent-plasmids กำหนดการผลิตเอนเทอโรทอกซิน
พลาสมิดอาจเกิดการรวมตัวกันอีกครั้ง การกลายพันธุ์ และสามารถกำจัด (กำจัด) ออกจากแบคทีเรียได้ ซึ่งจะไม่ส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติพื้นฐานของพวกมัน พลาสมิดเป็นแบบจำลองที่สะดวกสำหรับการทดลองเกี่ยวกับการสร้างสารพันธุกรรมขึ้นใหม่ และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในพันธุวิศวกรรมเพื่อให้ได้สายพันธุ์รีคอมบิแนนท์

ค้นพบสิ่งใหม่ ๆ เพิ่มเติม