کروموزوم و پلاسمیدهای باکتریایی

یک باکتری معمولاً بیشتر ژن‌های خود را روی یک کروموزوم منفرد و معمولاً حلقوی حمل می‌کند که در ناحیه‌ای متراکم به نام نوکلئوئید فشرده شده است و ممکن است پلاسمیدها را نیز حمل کند؛ مولکول‌های DNA کوچک‌تری که به‌طور مستقل تکثیر می‌شوند. کروموزوم ژن‌های اصلی مورد نیاز سلول برای زندگی را در خود جای می‌دهد، در حالی که پلاسمیدها اغلب ژن‌های جانبی، از جمله ژن‌های مقاومت آنتی‌بیوتیکی و حدت را حمل می‌کنند که می‌توانند بین سلول‌ها حرکت کنند.

Definition

کروموزوم باکتریایی ژنوم اصلی سلول است که معمولاً یک مولکول DNA حلقوی منفرد است که در نوکلئوئید فشرده شده است؛ پلاسمید یک مولکول DNA کوچک‌تر و خودتکثیرشونده است که ژن‌های جانبی را حمل می‌کند و از کروموزوم متمایز است.

Scope

این موضوع به سازماندهی و بسته‌بندی ژنوم باکتریایی، تمایز بین DNA کروموزومی و خارج کروموزومی (پلاسمید)، تکثیر و نگهداری پلاسمید، و نقش پلاسمیدها به عنوان عناصر ژنتیکی متحرک و جانبی می‌پردازد. این یک مرور کلی مرجع از ساختار و عملکرد است، نه راهنمای بالینی.

Core questions

• کروموزوم باکتریایی چگونه سازماندهی و در نوکلئوئید فشرده می‌شود؟
• چه چیزی DNA کروموزومی را از DNA پلاسمیدی متمایز می‌کند؟
• پلاسمیدها چگونه تکثیر می‌شوند و به طور پایدار در یک جمعیت در حال تقسیم حفظ می‌شوند؟
• پلاسمیدها معمولاً چه نوع عملکردهای جانبی را حمل می‌کنند؟

Key concepts

• کروموزوم حلقوی باکتریایی
• نوکلئوئید و فشرده‌سازی کروموزوم
• فوق‌پیچ‌خوردگی و پروتئین‌های مرتبط با نوکلئوئید
• پلاسمید و رپلیکون
• مبدأ تکثیر
• تعداد کپی پلاسمید و ناسازگاری
• سیستم‌های نگهداری توکسین-آنتی‌توکسین
• ژن‌های جانبی (مقاومت و حدت)

Mechanisms

بیشتر ژنوم‌های باکتریایی به صورت یک کروموزوم حلقوی منفرد سازماندهی شده‌اند که چندین مرتبه بزرگ‌تر از سلول است، بنابراین به صورت حلقه‌های فوق‌پیچ‌خورده تا شده و توسط پروتئین‌های مرتبط با نوکلئوئید و ماشین‌آلات شبه کندنسین در نوکلئوئید سازماندهی می‌شود، همانطور که توسط وانگ و همکاران بررسی شده است. پلاسمیدها رپلیکون‌های جداگانه هستند: هر کدام مبدأ خود را حمل می‌کنند و مستقل از کروموزوم تکثیر می‌شوند، با تعداد کپی و گروه‌های ناسازگاری که توسط سیستم کنترل تکثیر تعیین می‌شوند. وراثت پایدار پلاسمیدهای با تعداد کپی پایین توسط سیستم‌های تقسیم و کشتار پس از جداسازی از طریق جایگاه‌های توکسین-آنتی‌توکسین تقویت می‌شود، که گردس و همکاران آن را مکانیزمی توصیف می‌کنند که به طور انتخابی سلول‌های دختری را که پلاسمید را از دست می‌دهند، از بین می‌برد. پلاسمیدها و عناصر متحرک مرتبط به عنوان ژنوم‌های جانبی عمل می‌کنند که می‌توانند ژن‌هایی مانند عوامل تعیین‌کننده مقاومت آنتی‌بیوتیکی را در سراسر جمعیت‌ها گسترش دهند.

Clinical relevance

پلاسمیدها وسیله اصلی برای گسترش مقاومت ضدمیکروبی و برخی ژن‌های حدت در میان باکتری‌ها هستند، به همین دلیل زیست‌شناسی آنها برای درک اپیدمیولوژی مقاومت بسیار مهم است. این مدخل زیست‌شناسی کروموزوم و پلاسمید را در سطح مکانیکی توضیح می‌دهد و مبنایی برای تصمیم‌گیری‌های تشخیصی یا درمانی نیست.

History

اصطلاح پلاسمید توسط جاشوا لدربرگ در سال 1952 برای نشان دادن عوامل وراثتی خارج کروموزومی معرفی شد و کارهای بعدی پلاسمیدها را به عنوان رپلیکون‌های خودمختار تثبیت کرد. شناسایی اینکه پلاسمیدها ژن‌های مقاومت قابل انتقال را حمل می‌کنند، و بعدها مطالعات در مقیاس ژنوم و تصویربرداری از سازماندهی نوکلئوئید که توسط وانگ و همکاران بررسی شد، تصویر مدرن یک کروموزوم ساختاریافته همراه با یک ژنوم جانبی متحرک را اصلاح کرد.

Key figures

• Joshua Lederberg
• Stanley Cohen
• Kenn Gerdes

Seminal works

• wang-2013
• smillie-2010
• frost-2005

Frequently asked questions

تفاوت بین کروموزوم و پلاسمید چیست؟

کروموزوم ژن‌های اصلی ضروری برای زندگی را حمل می‌کند و معمولاً یک مولکول حلقوی بزرگ منفرد است، در حالی که پلاسمید یک مولکول DNA کوچک‌تر و مستقل تکثیرشونده است که ژن‌های جانبی، اغلب قابل انتقال، را حمل می‌کند.

چرا پلاسمیدها برای مقاومت آنتی‌بیوتیکی مهم هستند؟

بسیاری از ژن‌های مقاومت روی پلاسمیدها قرار دارند که می‌توانند بین باکتری‌ها کپی و منتقل شوند و به مقاومت اجازه می‌دهند تا به سرعت در میان جمعیت‌های باکتریایی و بین آنها گسترش یابد.