Kas ir baktēriju mākslīgā hromosoma?

Gadu gaitā zinātnieki ir izstrādājuši vairākus dažādus vektorus, lai mainītu baktēriju ģenētisko uzbūvi. Lielākā daļa no tiem tiek radīti, modificējot fāgus — vīrusus, kas inficē tikai baktēriju šūnas — vai struktūras, ko sauc par plazmīdām. Baktēriju mākslīgā hromosoma ir viens no vairākiem vektoriem, kuru pamatā ir plazmīda. Plazmīdas ir brīvi peldoši DNS gredzeni, kurus daudzas baktērijas satur papildus hromosomu DNS. Tie netiek uzskatīti par atsevišķu dzīvības formu, bet tomēr uzvedas kā organisms organismā: tie var vairoties neatkarīgi no baktērijām, kurās viņi “dzīvo”.

Plazmīdas, piemēram, baktēriju mākslīgā hromosoma, tiek ievietotas baktērijās, izmantojot procesu, ko sauc par elektroporāciju. Elektroporācija ietver šūnu membrānas izjaukšanu ar elektriskās strāvas triecienu, kas rada pagaidu atveres, caur kurām var ievietot molekulas. BAC priekšteči ietvēra modificētas plazmīdas ar tādiem eksotiskiem nosaukumiem kā kosmīds un fosmīds. Šie bieži vien bija neapmierināti pētniecības mēģinājumi, jo tajos varēja būt tikai daži desmiti tūkstošu DNS bāzes pāru, kas ir pietiekami, lai ievietotu tikai ļoti mazus gēnus.

1992. gadā Kalifornijas Tehnoloģiju institūta pētnieks Hiroaki Šizuja izveidoja pirmo baktēriju mākslīgo hromosomu, modificējot plazmīdu, ko sauc par F faktoru. F-faktora plazmīdas dabiski izmanto baktērijas, lai vides stresa periodos pārnestu DNS no vienas šūnas uz otru, lai palielinātu ģenētisko mainīgumu un izdzīvošanas iespējamību. Atšķirībā no saviem priekšgājējiem, BAC varēja pārnēsāt lielus gēnus ar simtiem tūkstošu DNS bāzes pāru vai vairākus gēnus vienlaikus.

Vairākas lielas BAC bibliotēkas tagad uztur universitātes, privātā nozare un valdības grupas. Papildus pētāmajiem gēniem daudzi BAC satur rīkus, kas ļauj vieglāk veikt pētījumus. Piemēram, daži BAC satur gēnus, kas padara baktērijas zilas vai liek tām spīdēt, lai atvieglotu atpazīšanu. Daži satur gēnus, kas padara saimniekorganismu izturīgu pret noteiktām antivielām. Kultūras var attīrīt, izskalojot tās ar attiecīgo antivielu, nogalinot visas baktērijas, izņemot tās, kas pārnēsā BAC.

Tā kā baktērijas ātri vairojas, baktēriju mākslīgo hromosomu var izmantot arī, lai pētītu lielu daudzumu noteiktas ģenētiskās sekvences. Tas ir ļāvis labāk izpētīt to organismu genomus, kas laboratorijas apstākļos aug lēni vai neparedzami. Klonēšanas spēja ir paātrinājusi slimību ārstēšanas izpēti, ļaujot ātrāk identificēt efektīvas pretvīrusu un antibakteriālas zāles. Tas ir arī ļāvis efektīvāk ražot sekvences, ko izmanto citu organismu ģenētiskajā modifikācijā, pētniecībai un rūpniecībai.