在Addgene，我们经常将质粒称为实验室或实验工具。它们在研究中当然非常方便，但这些工具是从哪里来的？它们为什么存在于自然界？请继续阅读，了解更多有关环境质粒的信息，以及它们是如何帮助我们发展的分子生物学工具的实验室。
天然质粒
在自然界中发现的质粒通常会给予寄主有利的特性，使寄主能够在竞争环境中生存下来。直接从环境中获得的质粒有时被称为“自然”质粒，以区别于我们通常在实验室中使用的改良版本。水平(或“横向”)基因转移发生在遗传物质通过生殖(垂直基因转移)以外的机制在生物体之间传递时。小的，可移动的遗传元素，如天然质粒，使水平基因转移，使这些质粒编码的有益性状在整个环境中迅速传播。事实上，质粒在生物体之间的转移是自然界中最常见的水平基因转移方法之一。这些“额外”的DNA片段对于在培养皿外拥挤和竞争激烈的自然环境中生存非常有用。
虽然当我们想到质粒时，我们通常会想到细菌，但古生菌和真核生物也可以携带这些环状的、染色体外的、双链的DNA乘客。例如，各种高拷贝数的酵母载体已经从自然中衍生出来2微米酵母质粒．
实验室外的质粒转移
在实验室中，我们使用化学转化、电穿孔和转染将质粒导入细胞。在自然界中，质粒转移的两条主要途径是接合和自然转化。当性菌毛在两个细菌之间延伸时，接合发生，允许质粒DNA的拷贝从一个细胞移动到另一个细胞。
DNA也可以通过噬菌体在细菌之间传递，噬菌体是感染细菌的病毒。噬菌体基因组可以作为染色体外质粒存在于细菌细胞中，也可以通过DNA重组系统整合到宿主染色体中。其中一些系统已经被修改用于基因组工程，包括Cre-lox系统的P1噬菌体大肠杆菌．
有趣的事实:有证据表明闪电也能促进土壤细菌的基因转移。
天然质粒的好处
质粒编码的“有益特性”究竟由什么构成？除了转移和整合所需的基因外，天然质粒还可以传递多种功能，使宿主在竞争环境中茁壮成长。编码这些功能的基因构成了许多分子生物学工具的基础！
抗性基因与微生物战
战胜邻居的一个方法是通过生产毒素和抗生素来消除竞争。真菌，如青霉产生盘尼西林等杀灭细菌的化合物，而细菌又拥有大肠杆菌素和枯草杆菌素等质粒传播的毒素，从而杀死该地区的其他细菌。当然，这场微生物军备竞赛的下一个合乎逻辑的步骤是发展电阻这些化学武器。
方便的是，携带生产大肠杆菌素等细菌毒素的基因的质粒通常也携带必要的抗性基因，因此生产者是免疫的。对其他物种(比如那些讨厌的物种)产生的抗生素化合物的耐药性青霉)可以像一张“免牢狱之罪卡”一样在质粒上传递。这些质粒在历史上被称为R(抗性)质粒。而抗生素抗性介导的选择对于克隆工作来说是必不可少的，携带这些基因的质粒在细菌之间的转移也会对公共健康产生严重影响，正如我们最近的研究所描述的那样关于抗生素耐药性的博客文章．
降解酶
然而，在竞争激烈的环境中，也有一些不那么激进的生存方式，比如占据一个无人占据的利基。一些生物体通过使用其他生物体无法使用的顽固性或不寻常的基质来实现这一点。其他人对重金属或杀虫剂等有毒物质产生抗药性，使他们能够在其他人无法生存的地方生存。为了节约能源，这些特殊的降解能力通常被严格控制，只有在目标化合物存在时才有效。这些系统是一个黄金矿山的零件合成生物学，特别是当与天然诱导表达系统结合时，可以调节代谢途径。
毒力质粒
类似地，有条件表达的质粒基因可以使细菌具有入侵活生物体内环境的能力。例如，有些质粒允许沙门氏菌和大肠杆菌感染人类肠道和其他允许感染的质粒杆菌感染的植物。这些被称为毒性质粒，因为它们有助于使原本无害的细菌致病。虽然这些质粒在自然环境中会对宿主生物的健康造成危害，但它们也为研究人员提供了将DNA和其他分子传递给宿主生物的新方法。例如,来源于农杆菌Ti毒力质粒的载体现在通常用于生物技术转化植物细胞。
在这篇文章中，我们只是揭开了环境世界的面纱。正是由于天然质粒及其功能的巨大多样性，使得研究人员能够开发和利用它们存款Addgene库中可用的许多质粒工具。了解更多关于质粒的其他常见特征，例如复制的起源和启动子，看看我们的其他质粒101帖子并密切关注188博金宝官网随着科学家们继续挖掘环境质粒以获得新的和令人兴奋的分子技术!
工具书类
1.土壤中闪电介导的基因转移的实验室规模证据。应用环境微生物学(2001) 67: 3440-3444. PubMedPMID:11472916．公共医学中心PMCID:PMC93040
Addgene博客上的额外资源188博金宝官网
在Addgene.org上的资源
- Addgene的合成生物学收藏
留言