¿Qué es un plásmido de ADN? – Importancia para la ingeniería genética

¿Qué es un plásmido?

Un plásmido es un pequeño círculo de ADN que se encuentra en las bacterias y es un vehículo para almacenar y estudiar genes.

La ingeniería genética, por su naturaleza, requiere que el ADN se almacene hasta que se necesite y se mueva a voluntad del entorno de probeta a un entorno celular o viceversa. Un plásmido de ADN facilita la consecución de este objetivo. Un plásmido es un pequeño círculo de ADN, que se encuentra típicamente en bacterias , que está separado de la mayoría del ADN bacteriano ubicado en el nucleoide. Eso puede parecer un bocado, pero básicamente un plásmido es un vehículo para almacenar y estudiar genes .

Los científicos usan plásmidos en experimentos de laboratorio como vector o vehículo para el ADN de interés, generalmente un gen. Los plásmidos suelen estar representados por un círculo simple con las características importantes señaladas. Para ser una herramienta eficaz para los científicos, un plásmido normalmente posee tres características básicas: un sitio de clonación múltiple , un origen de replicación y un marcador seleccionable . Veamos cómo cada una de estas características del plásmido juega un papel clave en la ingeniería genética de bacterias para producir insulina humana .

Sitio de clonación múltiple

Si el propósito principal de un plásmido es servir como vehículo para genes de interés, necesitamos poder insertar el gen de la insulina humana en el plásmido. Este es el propósito de un sitio de clonación múltiple. Un sitio de clonación múltiple es la ubicación en un plásmido donde se puede insertar una secuencia de ADN, típicamente un gen. Discutiremos con más detalle cómo se puede insertar un gen en el sitio de clonación múltiple en otra lección.

Origen de la replicación

Una vez que se inserta un gen en un plásmido, es obvio que no desea perderlo. ¿No sería fantástico si las bacterias hicieran todo el trabajo de mantener el plásmido por nosotros? En realidad, esa es una de las principales razones por las que los científicos introducen un gen en un plásmido bacteriano. Como aprendimos anteriormente, el origen de la replicación es el lugar donde comienza el proceso de replicación del ADN. Por lo tanto, si nuestro plásmido posee un origen de replicación, las bacterias harán automáticamente una nueva copia del plásmido durante el proceso de replicación.

La replicación del ADN crea copias de plásmidos modificados genéticamente.

Recuerde que la replicación del ADN crea una copia exacta del ADN en la célula. Esto significa que las dos células hijas reciben una copia del ADN que se encuentra en la célula madre cuando la célula madre se divide. Si nuestro plásmido modificado genéticamente tiene un origen de replicación, también se replica. Esto significa que cada célula hija también recibe una copia de nuestro gen de la insulina humana cada vez que la célula bacteriana se replica. De esta manera, nuestro hospedador bacteriano se ha convertido en un recipiente de almacenamiento vivo para el plásmido modificado genéticamente. Mientras esta bacteria modificada genéticamente esté viva, mantendrá nuestro plásmido de insulina.

Marcador seleccionable

Bueno. Entonces, tenemos un medio para introducir el gen de la insulina en un plásmido de ADN utilizando el sitio de clonación múltiple. Y tendremos un suministro continuo de nuestro plásmido porque el origen de la replicación asegurará que se cree una nueva copia del plásmido cada vez que la célula bacteriana huésped se divida. Eso es genial. Solo con esas características del plásmido, podemos crear bacterias modificadas genéticamente que producirán insulina para nosotros.

Pero, ¿no hay bacterias a nuestro alrededor? ¿Cómo vamos a diferenciar entre las bacterias modificadas genéticamente y las bacterias “normales” del medio ambiente? En este momento, no hay forma de que podamos distinguir entre los dos. Dado que las bacterias están en todas partes y la producción masiva de insulina implicará el uso de condiciones óptimas de crecimiento bacteriano, ¿qué puede evitar que las bacterias contaminantes interfieran con la producción industrial o los experimentos de laboratorio?

La respuesta es un marcador seleccionable. Considere la proverbial aguja en un pajar. ¿Cómo propones encontrar la aguja entre todo ese heno? Obviamente, podríamos tamizar el pajar a mano hasta que encontremos la aguja, pero eso parece mucho trabajo. Agregar un imán como herramienta sería una versión más sofisticada de este método de búsqueda, pero, en el fondo, también es una búsqueda. Todavía estamos haciendo algo activamente, aunque menos trabajo debido al imán.

¿No sería genial si pudiéramos sentarnos en un porche bebiendo limonada mientras la aguja se encuentra sola? ¿Qué te parece esta idea? Echemos una cerilla al pajar y consigamos esa limonada mientras consideramos las consecuencias de nuestro ardiente plan. El fuego va a quemar el heno hasta el suelo, lo que nos permitirá simplemente levantarnos y levantar nuestra aguja una vez que hayamos terminado nuestra limonada. Tenga en cuenta que no necesitamos hacer ningún trabajo una vez que prendimos fuego al pajar.

Esta tercera característica de los plásmidos permite la identificación de organismos modificados genéticamente.

Esto es lo que proporciona un marcador seleccionable. Un marcador seleccionable es un gen que permite la identificación de organismos de interés modificados genéticamente mediante la eliminación o inhibición de organismos no deseados. Es la tercera característica principal de los plásmidos de ADN. Nótese la diferencia entre ‘selección’, que no requiere trabajo de nuestra parte, y ‘cribado’, que requiere trabajo por parte del científico para identificar las bacterias de interés.

Marcador de antibiótico seleccionable

¿Cuál es el equivalente biológico del fuego de esta analogía del pajar? Para las bacterias, la respuesta son los antibióticos. Recuerde que un antibiótico es una sustancia que específicamente mata o inhibe el crecimiento de bacterias sin dañar a otros organismos. Recuerde también que las bacterias pueden adquirir resistencia a los antibióticos. En el campo de la medicina, eso es algo malo. En el campo de la investigación, ese es simplemente otro truco para agregar a nuestro cinturón de herramientas de laboratorio.

¿Qué pasaría si nuestro plásmido de insulina incluyera un gen de resistencia a los antibióticos como marcador seleccionable? El gen de resistencia a los antibióticos produce una proteína que permite que las bacterias sobrevivan en presencia de un antibiótico que normalmente las mataría. ¿Ves a dónde va esto? Si el plásmido contiene tanto el gen de resistencia a los antibióticos como nuestro gen de la insulina, podemos asegurarnos de que siempre estamos lidiando con las bacterias genéticamente modificadas si las cultivamos en presencia del antibiótico. Los contaminantes bacterianos aleatorios serán eliminados por el antibiótico, dejando solo los resistentes diseñados genéticamente que queremos.

Resumen de la lección

En resumen, un plásmido es una pieza circular de ADN, que se puede utilizar como vector de ADN de interés en experimentos de biología molecular. Un sitio de clonación múltiple es la ubicación en un plásmido donde se puede insertar una secuencia de ADN.

Un origen de replicación es el lugar donde comienza el proceso de replicación del ADN. Es un componente crítico de un plásmido de ADN porque asegura que el plásmido pase de las células madre a las hijas durante la división celular.

Un marcador seleccionable es un gen que permite la identificación de un organismo de interés modificado genéticamente al eliminar o inhibir organismos no deseados. Cuando se trata de un huésped bacteriano, el marcador seleccionable suele ser un gen de resistencia a los antibióticos.

Resultado de aprendizaje

Podrá describir las tres características de los plásmidos (sitio de clonación múltiple, origen de replicación y marcador seleccionable) que hacen que los plásmidos sean importantes para la ingeniería genética al final de este video.