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플라스미드는 원형의 유전물질로서 환상의 DNA로 스스로 복제하며 세균세포의 염색체의 물질로서 존재하고 있다. 생물학에서 플라스미드의 다양한 특징들이 나타나는 것으로 알려져 있다.
대부분의 플라스미드는 자연의 선택에 의하여 필요가 없을 때는 자연히 없어지기도 한다.
많은 플라스미드는 세포와 세포사이로 전달되고 접합과정으로도 전달되어 수혜세포의 형질이 전환되기도 한다.
세균세포의 염색체와 상호작용하는 능력을 가진다. 또한 어떤 환경에서는 복제는 일반적으로 세균세포의 염색체의 조절하에서 일어나고 있다. 이러한 상호작용이 일어난 플라스미드는 방출되었으며, 독립적으로 DNA 복제, 세균염색체와 상호작용 및 재조합 결과로 만들어진 연속작용의 플라스미드는 병원성이 약한 세균파아지에서 일어나는 현상과 동일하다.
이러한 작용은 세균의 파아지 작용에서 일어나는 현상과 같아 그 차이를 구별할 수가 없다. 즉 플라스미드는 병원성이 약화된 파아지의 DNA라는 설이 나올 정도로 동질성이 많이 관찰되었다.
혹은 독소를 생산하는 유전자를 갖고 있다. 또한 접합을 통한 유전형질전환을 수행하는 유전자도 가졌다.
이러한 것은 세포의 표면을 변형시켜 세포와 세포의 접촉으로 유전자를 전달시키는 것을 접합이나 모든 세균이 플라스미드를 통하여 접합을 하는 것은 아니다.
접합을 통한 형질전환은 소위 진핵 세포의 유성생식의 성과 같은 현상이어서, 생식요인 이라고 하는 플라스미드에 있는 유전자들에 의해 일어난다. 플라스미드가 세포염색체와 함께 상호작용한다면 접합요인의 존재는 또다른 중요한 결과를 갖는다.
이러한 경우 플라스미드는 한세포에서 다른 세포로 염색체 DNA를 전달할 수가 있다. 접합을 통하여 많은 양의 세균염색체 DNA를 전달할 수 있는 세포를 HFR이라고 불리워지고 있다. 플라스미드 DNA전달보다 염색체 DNA전달은 상당히 드문 현상이지만, HFR 세포는 관심대상이며, 또한 중요하다. HFR세포에 대한 연구는 전세균의 염색체의 유전자 조작 혹은 지도 분석에 도움이 되기 때문에 많은 연구가 진행되었다.
플라스미드는 박테리아의 세포안에 존재하는 박테리아 크로모좀 이외의 작은 원형의 DNA분자이다. 박테리아의 유전자와는 독립적으로 분열할 수 있는 능력을 가지고 있다. 이러한 이유로 유전자 클로닝을 위한 벡터로 많이 사용된다.
백터란 유전자 클로닝할 때 원하는 유전자를 숙주 세포안으로 이동시켜 그 안에서 다량으로 복제 가능하도록하는 일종의 운반체이다.
플라스미드의 조건은 우선 자가 복제를 위한 복제기점 (origin of replication)이 있고, 유전자의 발현, 즉 삽입된 유전자의 전사를 유도하는 promoter, 나중에 세포 배양에 의한 대량 생산 후에 플라스미드가 들어간 세포와 그렇지 않은 세포를 구별해 내기위한 selective marker, 그리고 숙주안에서의 copy number 를 조절하는 replicon, 그리고 원하는 유전자를 끼워 넣을 수 있는 insertion site 등을 가지고 있다.
insertion site는 제한 효소에 의해 잘려질 수 있는 부위이고, 복제를 원하는 유전자를 삽입할 수 있다. 유전자 클로닝 시에 플라스미드가 들어간 숙주세포와 그렇지 않은 세포를 가려낼 때 이용하는것 중 하나가 플라스미드가 가지는 항생제 저항성 유전자이다.
플라스미드는 한개 또는 2개 이상의 항생제 저항성 유전자를 가지고, 이 유전자는 항생제를 분해할 수 있는 물질을 생산하고, 플라스미드를 숙주 세포에 넣은 후 항새제가 들어간 배지에서 배양을 하면, 숙주 세포 중에서 플라스미드가 들어간 것은 플라스미드의 항생제 저항 유전자 덕분에 살아 남을 수 있지만, 플라스미드가 들어가지 않은 숙주 세포는 항생제 저항 물질을 생산하지 못하기 때문에 죽는다.
또한 플라스미드의 inseertion site가 항생제 저항 유전자의 가운데에 위치하는 경우 원하는 유전자의 플라스미드내 삽입이 안전하게 되면 항생제 저항 유전자가 갈라지기 때문에 그 활성을 할수 가 없게 되어, 항생제 첨가 배지에서 죽으며 이런식으로도 selection이 가능하다. 플라스미드는 필요에 따라서 인공적으로 생산되기도 한다.
curing 플라스미드 : 세균세포에서 플라스미드 DNA을 추출하고, 플라스미드 없는 세균세포를 얻는데 이는 "curing"이란 용어를 사용하고 있다. 즉 세균세포 염색체 복제와 방해 조작없이 플라스미드 DNA 복제를 방해함으로 그 결과 세포 분열을 통하여 플라스미드가 희석되는 과정을 의미하고 있다. curing은 자발적으로 일어나고, DNA에 영향을 주는 acridine dyes을 사용하므로써, ehtidium bromide 및 thymine starvaravation을 통해 손쉽게 얻을수 있다. 보다 높은 온도에서 성장시킴으로써 플라스미드가 없는 세포를 만들 수 있다.
플라스미드 복제:
세포내에 플라스미드를 복제하기 위하여, 플라스미드는 복제 원점이 있어야 한다. 우리는 플라스미드가 세포의 조절 아래서 복제되고 있음을 알고 있다. 세포당 플라스미드 분자의 숫자는 세포의 환경, 세포의 종류에 따라 다르다. 플라스미드의 복제 방법에서 어떻게 세포내에서 살아가는 방법과 어떻게 염색체 DNA보다 많은 분자수를 갖고 있는가에 대한 것은 흥미롭다. 어떤 플라스미드는 세포내에 단 몇 개의 copy만 1~3정도 갖고 있으며, 이들은 이미 염색체 설명에서 언급하였다.
이런한 것은 한 지접에서 복제의 시발점을 포함하고 환을 중심으로 두방향으로 대칭 복제가 이루어지고 있다. Plasmid DNA 는 적은 size이고 전체 복제는 빨리 일어나고 있으며, 아마 이는 정상적인 세포분열에서 적은 크기에 기인되는 것으로 생각된다. 플라스미드 복제에 포함되는 효소들은 일반 세포효소들이며 플라스미드 자체 내에 유전물질의 복제를 조절하는 유전자들은 딸 세포사이에서 복제하는 것으로 모델화하고 있다.
이때 복제하는 동안에 플라스미드 DNA와 세포막의 상호결합에 대한 증거가 있는데. 이러한 결합은 세포분열에서 딸 세포사이에서 플라스미드 DNA의 환부에 중요한 구실을 하는 것이나, 세포막의 결합은 플라스미드의 존재는 확인시켜 주지는 않았다. 플라스미드는 진핵생물에도 있으며 이런한 것은 많이 알려져 있지 않다. |