प्लाज्मिड: Difference between revisions

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Further information: आरईपीबीए जीन का नियामक क्षेत्र

प्लाज्मिड एक कोशिका के भीतर एक छोटा, एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए अणु होता है जो शारीरिक रूप से डीएनए से अलग होता है और स्वतंत्र रूप से दोहरा सकता है। वे सामान्यतौर पर जीवाणु में छोटे गोलाकार, दूसरा-स्ट्रैंडेड डीएनए अणुओं के रूप में पाए जाते हैं; चूकि,प्लास्मिड कभी-कभी आर्किया और यूकेरियोट में उपस्थित होते हैं।[1][2] प्रकृति में,प्लास्मिड में अधिकांशतः ऐसे जीन होते हैं जो जीव के अस्तित्व को लाभ पहुंचाते हैं और एंटीबायोटिक प्रतिरोध जैसे चयनात्मक लाभ प्रदान करते हैं। चूकि गुणसूत्र बड़े होते हैं और सामान्य परिस्थितियों में रहने के लिए सभी आवश्यक अनुवांशिक जानकारी होते हैं, प्लास्मिड सामान्यतौर पर बहुत छोटे होते हैं और केवल अतिरिक्त जीन होते हैं जो कुछ स्थितियों या स्थितियों में उपयोगी हो सकते हैं। आणविक क्लोनिंग में कृत्रिम प्लास्मिड का व्यापक रूप से सदिश (आणविक जीव विज्ञान) के रूप में उपयोग किया जाता है, जो मेजबान जीवों के भीतर पुनः संयोजक डीएनए अनुक्रमों की प्रतिकृति को चलाने के लिए काम करता है। प्रयोगशाला में, प्लास्मिड को परिवर्तन (आनुवांशिकी) के माध्यम से एक कोशिका में पेश किया जा सकता है। इंटरनेट पर खरीद के लिए सिंथेटिक प्लास्मिड उपलब्ध होता हैं।[3][4][5]

प्लास्मिड को प्रतिकृति (आनुवांशिकी) माना जाता है, डीएनए की इकाइयां उपयुक्त मेजबान के भीतर स्वायत्त रूप से प्रतिकृति (रेप्लिकॉन) बनाने में सक्षम होता हैं। चूकि, प्लास्मिड, वाइरस की तरह, जीवन के रूप में वर्गीकृत नहीं होते हैं।[6] प्लास्मिड एक जीवाणु से दूसरे जीवाणु (यहां तक ​​कि अन्य प्रजातियों के भी) में ज्यादातर जीवाणु संयुग्मन के माध्यम से प्रेषित होते हैं।[7] आनुवंशिक सामग्री का यह होस्ट-टू-होस्ट स्थानांतरण क्षैतिज जीन स्थानांतरण का एक तंत्र है, और प्लास्मिड को मोबिलोमा का हिस्सा माना जाता है। वायरस के विपरीत, जो एक कैप्सिड नामक एक सुरक्षात्मक प्रोटीन कोट में अपनी आनुवंशिक सामग्री को घेरते हैं, प्लास्मिड "नग्न" डीएनए होते हैं और एक नए मेजबान को स्थानांतरित करने के लिए आनुवंशिक सामग्री को घेरने के लिए आवश्यक जीन को एनकोड नहीं करते हैं; चूकि, प्लाज्मिड्स के कुछ वर्ग अपने स्वयं के स्थानांतरण के लिए आवश्यक पाइलस संयुग्मी "यौन" पाइल्स को कूटबद्ध करते हैं। प्लास्मिड आकार में 1 से 400 केबेस जोड़ी से भिन्न होते हैं,[8] और एक ही कोशिका (जीव विज्ञान) में समान प्लाज्मिड की संख्या कुछ परिस्थितियों में एक से लेकर हजारों तक कहीं भी हो सकती है।

इतिहास

प्लाज्मिड शब्द 1952 में अमेरिकी आणविक जीव विज्ञान जोशुआ लेडरबर्ग द्वारा किसी भी एक्स्ट्राक्रोमोसोमल वंशानुगत निर्धारक को संदर्भित करने के लिए पेश किया गया था।[9] शब्द के प्रारम्भ उपयोग में कोई भी जीवाणु आनुवंशिक सामग्री सम्मिलित थी जो अपने प्रतिकृति चक्र के कम से कम भाग के लिए अतिरिक्त क्रोमोसोमल रूप से उपस्थित थी, लेकिन क्योंकि उस विवरण में जीवाणु वायरस सम्मिलित होता हैं, समय के साथ प्लाज्मिड की धारणा को परिष्कृत किया गया जिससे कि आनुवंशिक तत्वों को सम्मिलित किया जा सके जो स्वायत्त रूप से पुनरुत्पादन करते हैं।[10]बाद में 1968 में, यह निर्णय लिया गया कि प्लाज्मिड शब्द को एक्स्ट्राक्रोमोसोमल आनुवंशिक तत्व के लिए शब्द के रूप में अपनाया जाना चाहिए,[11] और इसे वायरस से अलग करने के लिए, परिभाषा को आनुवंशिक तत्वों तक सीमित कर दिया गया था जो क्रोमोसोम के बाहर विशेष रूप से या मुख्य रूप से उपस्थित होते हैं और स्वायत्त रूप से दोहरा सकते हैं।[10]


गुण और विशेषताएं

एक कोशिका के भीतर स्वतंत्र रूप से प्लाज्मिड्स को दोहराने के लिए, उनके पास डीएनए का एक खंड होना चाहिए जो प्रतिकृति की उत्पत्ति के रूप में कार्य कर सकता है। स्व-प्रतिकृति इकाई, इस स्थितियों में, प्लाज्मिड, को रेप्लिकॉन (आनुवांशिकी) कहा जाता है। विशिष्ट जीवाणु प्रतिकृति में कई तत्व सम्मिलित हो सकते हैं, जैसे कि प्लाज्मिड-विशिष्ट प्रतिकृति दीक्षा प्रोटीन (रेप) के लिए जीन, दोहराई जाने वाली इकाइयाँ जिन्हें इटरॉन, डीएनएए बॉक्स और एक आसन्न एटी-समृद्ध क्षेत्र कहा जाता है।[10]छोटे प्लास्मिड मेजबान प्रतिकृति एंजाइमों का उपयोग स्वयं की प्रतियां बनाने के लिए करते हैं, चूकि बड़े प्लास्मिड उन प्लास्मिडों की प्रतिकृति के लिए विशिष्ट जीन ले सकते हैं। कुछ प्रकार के प्लास्मिड भी मेजबान गुणसूत्र में सम्मिलित हो सकते हैं, और इन एकीकृत प्लास्मिडों को कभी-कभी प्रोकैरियोट्स में प्रकरण के रूप में संदर्भित किया जाता है।[12]

प्लास्मिड में लगभग हमेशा कम से कम एक जीन होता है। प्लाज्मिड द्वारा ले जाने वाले कई जीन मेजबान कोशिकाओं के लिए फायदेमंद होते हैं, उदाहरण के लिए: मेजबान कोशिका को ऐसे वातावरण में जीवित रहने में सक्षम बनाना जो अन्यथा विकास के लिए घातक या प्रतिबंधित होता है। इनमें से कुछ जीन एंटीबायोटिक प्रतिरोध या भारी धातु के प्रतिरोध के लिए लक्षणों को कूटबद्ध करते हैं, चूकि अन्य उग्रता कारक पैदा कर सकते हैं जो एक जीवाणु को मेजबान को उपनिवेश बनाने और इसके बचाव को दूर करने में सक्षम बनाता है या विशिष्ट चयापचय कार्य करता है जो जीवाणु को विशेष पोषक तत्व का उपयोग करने की अनुमति देता है, जिसमें सम्मिलित होता हैं अड़ियल या जहरीले कार्बनिक यौगिकों को नीचा दिखाने की क्षमता होता है।[10]प्लास्मिड जीवाणु को नाइट्रोजन स्थिरीकरण की क्षमता भी प्रदान कर सकते हैं। चूकि, कुछ प्लास्मिडों का मेजबान कोशिका के फेनोटाइप पर कोई प्रत्यक्ष प्रभाव नहीं होता है या मेजबान कोशिकाओं को इसका लाभ निर्धारित नहीं किया जा सकता है,और इन प्लास्मिडों को क्रिप्टिक प्लास्मिड कहा जाता है।[13]

स्वाभाविक रूप से होने वाले प्लास्मिड उनके भौतिक गुणों में बहुत भिन्न होते हैं। उनका आकार 1-किलोबेस जोड़े (केबीपी) से कम के बहुत छोटे मिनी-प्लास्मिड से लेकर कई मेगाबेस जोड़े (एमबीपी) के बहुत बड़े मेगाप्लास्मिड तक हो सकता है। ऊपरी छोर पर, मेगाप्लास्मिड और मिनीक्रोमोसोम के बीच थोड़ा अंतर होता है। प्लास्मिड सामान्यतौर पर गोलाकार होते हैं, लेकिन रैखिक प्लास्मिड के उदाहरण भी ज्ञात होता हैं। इन रैखिक प्लास्मिडों को अपने सिरों को दोहराने के लिए विशेष तंत्र की आवश्यकता होती है।[10]

प्लाज्मिड अलग-अलग संख्या में एक व्यक्तिगत कोशिका में उपस्थित हो सकते हैं, एक से लेकर कई सौ तक होता है। प्लाज्मिड की प्रतियों की सामान्य संख्या जो एक कोशिका में पाई जा सकती है, प्लाज्मिड प्रतिलिपि संख्या कहलाती है, और यह इस बात से निर्धारित होती है कि प्रतिकृति दीक्षा कैसे विनियमित होती है और अणु का आकार होता है। बड़े प्लाज्मिडों की प्रतिलिपी संख्या कम होती है।[12]कोशिका विभाजन पर प्रत्येक जीवाणु में केवल एक या कुछ प्रतियों के रूप में उपस्थित कम-प्रतिलिपि-संख्या प्लास्मिड,अलग-अलग जीवाणु में से एक में खो जाने के खतरे में होता हैं। ऐसे एकल-कॉपी प्लास्मिड में ऐसे प्रणाली होते हैं जो सक्रिय रूप से दोनों बेटी कोशिकाओं को कॉपी वितरित करने का प्रयास करते हैं। इन प्रणालियों, जिनमें पैराएबीएस प्रणाली और पैराएमआरसी प्रणाली सम्मिलित हैं, को अधिकांशतः प्लास्मिड विभाजन प्रणाली या प्लास्मिड के विभाजन समारोह के रूप में जाना जाता है।

आरईपीबीए

रैखिक रूप के प्लास्मिड अपवाद के साथ पादपरोगजनक के बीच अज्ञात होता हैं, रोडोकोकस फासियन[14]


वर्गीकरण और प्रकार

एक डीएनए फाइबर बंडल का इलेक्ट्रॉन माइक्रोग्राफ, संभवतः एक एकल जीवाणु गुणसूत्र लूप का
जीवाणु डीएनए प्लाज्मिड का इलेक्ट्रॉन माइक्रोग्राफ (गुणसूत्र टुकड़ा)

प्लास्मिड को कई तरीकों से वर्गीकृत किया जा सकता है। प्लास्मिड को मोटे तौर पर संयुग्मी प्लास्मिड और गैर-संयुग्मक प्लास्मिड में वर्गीकृत किया जा सकता है। संयुग्मी प्लास्मिड में स्थानांतरण जीन का एक समुच्चय होता है जो विभिन्न कोशिकाओं के बीच यौन संयुग्मन को बढ़ावा देता है।[12]जीवाणु संयुग्मन की जटिल प्रक्रिया में, प्लास्मिड को एक जीवाणु से दूसरे में पाइलस संयुग्मी पाइली के माध्यम से स्थानांतरित किया जा सकता है जो कुछ स्थानांतरण जीनों द्वारा सांकेतिक किया गया है (आंकड़ा देखें)।[15] गैर-संयुग्मक प्लास्मिड संयुग्मन आरंभ करने में असमर्थ होते हैं, इसलिए उन्हें केवल संयुग्मी प्लास्मिड की सहायता से स्थानांतरित किया जा सकता है। प्लास्मिड का एक मध्यवर्ती वर्ग गतिशील होता है, और स्थानांतरण के लिए आवश्यक जीन का केवल उप-समुच्चय ले जाता है। वे संयुग्मक प्लाज्मिड को परजीवी बना सकते हैं, केवल इसकी उपस्थिति में उच्च आवृत्ति पर स्थानांतरित कर सकते हैं।

प्लास्मिड को असंगति समूहों में भी वर्गीकृत किया जा सकता है। एक माइक्रोब विभिन्न प्रकार के प्लास्मिडों को आश्रय दे सकता है, लेकिन विभिन्न प्लास्मिड केवल एक जीवाणु कोशिका में ही उपस्थित हो सकते हैं यदि वे संगत होता है। यदि दो प्लास्मिड संगत नहीं हैं, तो एक या दूसरा कोशिका से तेजी से नष्ट हो जाता है। इसलिए अलग-अलग प्लास्मिड को अलग-अलग असंगति समूहों को सौंपा जा सकता है, जो इस बात पर निर्भर करता है कि वे एक साथ सह-अस्तित्व में रह सकते हैं या नहीं रह सकते है। असंगत प्लास्मिड (समान असंगति समूह से संबंधित) सामान्य रूप से एक ही प्रतिकृति या विभाजन तंत्र साझा करते हैं और इस प्रकार ही कोशिका में एक साथ नहीं रखा जा सकता है।[16][17]

प्लाज्मिड्स को वर्गीकृत करने का दूसरा तरीका कार्य होता है। पाँच मुख्य वर्ग होता हैं:

  • प्रजनन F प्लाज्मिड, जिनमें ट्रा जीन होते हैं। वे जीवाणु संयुग्मन में सक्षम होता हैं और परिणामस्वरूप पाइलस संयुग्मक पिली की अभिव्यक्ति होती है।
  • प्रतिरोध (R) प्लास्मिड, जिसमें जीन होते हैं जो एंटीबायोटिक या जीवाणुरोधी प्रतिनिधि के खिलाफ प्रतिरोध प्रदान करते हैं। प्लास्मिड की प्रकृति को समझने से पहले ऐतिहासिक रूप से R-कारक के रूप में जाना जाता है।
  • कोल प्लास्मिड, जिसमें जीन होते हैं जो बैक्टीरियोसिन्स, प्रोटीन के लिए कोड होते हैं जो अन्य जीवाणुओं को मार सकते हैं।
  • अपक्षयी प्लास्मिड, जो असामान्य पदार्थों के पाचन को सक्षम करते हैं, जैसे कि टोल्यूनि और चिरायता का तेजाब।
  • विषाणु प्लास्मिड,जो जीवाणु को रोगज़नक़ में बदल देते हैं। जैसे कि. एग्रोबैक्टीरियम ट्यूमेफेशियन्स में प्लाज्मिड

प्लास्मिड इनमें से एक से अत्यधिक कार्यात्मक समूहों से संबंधित हो सकते हैं।

आरएनए प्लास्मिड

चूकि अधिकांशतः प्लास्मिड दूसरा-स्ट्रैंडेड डीएनए अणु होते हैं, कुछ में एकल-फंसे डीएनए या मुख्य रूप से दूसरा फंसे आरएनए होते हैं। आरएनए प्लास्मिड गैर-संक्रामक एक्स्ट्राक्रोमोसोमल रैखिक आरएनए प्रतिकृतियां हैं, जो वायरस जैसे कण और अनकैप्सिडेटेड दोनों हैं, जो कवक और विभिन्न पौधों में, शैवाल से भूमि के पौधों में पाए गए हैं। चूकि,कई स्थितियों में,आरएनए प्लास्मिड को आरएनए वायरस और अन्य संक्रामक आरएनए से स्पष्ट रूप से अलग करना मुश्किल या असंभव हो सकता है।[18]

क्रोमिड्स

क्रोमिड

क्रोमिड ऐसे तत्व हैं जो क्रोमोसोम और प्लास्मिड के बीच की सीमा पर उपस्थित होते हैं, जो 2009 तक लगभग 10% जीवाणु प्रजातियों में पाए जाते हैं। ये तत्व कोर जीन ले जाते हैं और क्रोमोसोम के समान कोडन उपयोग करते हैं, फिर भी प्लास्मिड-प्रकार प्रतिकृति तंत्र का उपयोग करते हैं जैसे निम्न प्रतिलिपि संख्या आरइपीएबीसी के रूप में होता है। नतीजतन, अतीत में उन्हें लघुसूत्र या मेगाप्लास्मिड के रूप में विभिन्न रूप से वर्गीकृत किया गया है।[19] विब्रियो में, जीवाणु एक संरक्षित जीनोम आकार अनुपात द्वारा गुणसूत्र और क्रोमिड की प्रतिकृति को सिंक्रनाइज़ करता है।[20]


वैक्टर

वेक्टर (आणविक जीव विज्ञानं)

आनुवंशिक इंजीनियरिंग में कृत्रिम रूप से निर्मित प्लास्मिड को सदिश (आणविक जीव विज्ञान) के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। ये प्लास्मिड आनुवंशिकी और जैव प्रौद्योगिकी प्रयोगशालाओं में महत्वपूर्ण उपकरण के रूप में काम करते हैं, जहां वे सामान्यतौर पर क्लोन और प्रवर्धित (कई प्रतियां बनाने) या जीन अभिव्यक्ति विशेष जीन के लिए उपयोग किए जाते हैं।[21] इस तरह के उपयोगों के लिए व्यावसायिक रूप से प्लास्मिड की एक विस्तृत विविधता उपलब्ध है। प्रतिकृति किए जाने वाले जीन को सामान्यतौर पर एक प्लाज्मिड में डाला जाता है जिसमें सामान्यतौर उनके उपयोग के लिए कई विशेषताएं होती हैं। इनमें जीन सम्मिलित है जो विशेष एंटीबायोटिक दवाओं के लिए प्रतिरोध प्रदान करता है (एम्पीसिलीन अधिकांशतः जीवाणु उपभेदों के लिए उपयोग किया जाता है), प्रतिकृति की उत्पत्ति जीवाणु कोशिकाओं को प्लास्मिड डीएनए को दोहराने की अनुमति देती है, और क्लोनिंग के लिए एक उपयुक्त स्थान (एक बहु क्लोनिंग स्थान के रूप में संदर्भित) ).

डीएनए संरचनात्मक अस्थिरता को सहज घटनाओं की एक श्रृंखला के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जो अप्रत्याशित पुनर्व्यवस्था, हानि या आनुवंशिक सामग्री के लाभ में परिणत होती है। इस तरह की घटनाओं को अधिकांशतः मोबाइल तत्वों के स्थानान्तरण या गैर-विहित (गैर-बी) संरचनाओं जैसे अस्थिर तत्वों की उपस्थिति से ट्रिगर किया जाता है। जीवाणु रीढ़ से संबंधित गौण क्षेत्र संरचनात्मक अस्थिरता घटना की विस्तृत श्रृंखला में संलग्न हो सकते हैं। आनुवंशिक अस्थिरता के जाने-माने उत्प्रेरकों में प्रत्यक्ष, उल्टा और अग्रानुक्रम दोहराव सम्मिलित हैं, जो व्यावसायिक रूप से उपलब्ध क्लोनिंग और अभिव्यक्ति सदिश की एक बड़ी संख्या में विशिष्ट होने के लिए जाने जाते हैं।[22] विलोपन (आनुवांशिकी) और पुनर्व्यवस्था, सक्रियण, नीचे नियमन या पड़ोसी जीन अभिव्यक्ति को निष्क्रिय करने के लिए सम्मिलन अनुक्रम भी प्लाज्मिड कार्य और उपज को गंभीर रूप से प्रभावित कर सकते हैं।[23] इसलिए, बाहरी गैर-कोडिंग डीएनए रीढ़ अनुक्रमों की कमी या पूर्ण उन्मूलन ऐसी घटनाओं के होने की प्रवृत्ति को स्पष्ट रूप से कम कर देगा, और इसके परिणामस्वरूप, प्लास्मिड की समग्र पुनः संयोजक क्षमता होता है।[24][25]


क्लोनिंग

क्लोनिंग वेक्टर

प्लास्मिड सबसे अत्यधिक इस्तेमाल किया जाने वाला जीवाणु क्लोनिंग सदिश होता हैं।[26] इन क्लोनिंग वैक्टर में एक साइट होती है जो डीएनए के टुकड़े डालने की अनुमति देती है, उदाहरण के लिए एक बहु क्लोनिंग साइट या पॉलीलिंकर जिसमें कई सामान्य रूप से उपयोग किए जाने वाले प्रतिबंध स्थल होते हैं जिनमें डीएनए के टुकड़े लिगेशन (आणविक जीव विज्ञान) हो सकते हैं। रुचि के जीन डालने के बाद, प्लास्मिड को जीवाणु में परिवर्तन (आनुवांशिकी) नामक प्रक्रिया द्वारा पेश किया जाता है। इन प्लास्मिडों में एक चयन योग्य मार्कर होता है, सामान्यतौरपर एक एंटीबायोटिक प्रतिरोध जीन होता है, जो जीवाणु को जीवित रहने और विशेष एंटीबायोटिक युक्त चयनात्मक विकास माध्यम में प्रसार करने की क्षमता प्रदान करता है। परिवर्तन के बाद कोशिकाओं को चयनात्मक मीडिया के संपर्क में लाया जाता है, और केवल प्लाज्मिड वाली कोशिकाएं ही जीवित रह सकती हैं। इस तरह, एंटीबायोटिक्स केवल प्लास्मिड डीएनए वाले जीवाणु का चयन करने के लिए एक फिल्टर के रूप में कार्य करते हैं। क्लोन आवेषण के साथ प्लास्मिड के चयन की सुविधा के लिए सदिश में अन्य निशान जीन या रिपोर्टर जीन भी हो सकते हैं। प्लास्मिड युक्त जीवाणु को तब बड़ी मात्रा में उगाया जा सकता है, काटा जा सकता है, और फिर प्लास्मिड तैयारी के विभिन्न तरीकों का उपयोग करके ब्याज के प्लास्मिड को अलग किया जा सकता है।

एक प्लास्मिड क्लोनिंग सदिश का उपयोग सामान्यतौर पर 15 बेस पेयर तक के डीएनए अंशों को क्लोन करने के लिए किया जाता है।[27] डीएनए की लंबी लंबाई को क्लोन करने के लिए, लाइसोजेनी जीन के साथ लैम्ब्डा फेज को हटा दिया जाता है, ब्रह्मांड, गुणसूत्र या यीस्ट कृत्रिम क्रोमोसोम का उपयोग किया जाता है।

प्रोटीन उत्पादन

अभिव्यक्ति वेक्टर

प्लास्मिड का एक अन्य प्रमुख उपयोग बड़ी मात्रा में प्रोटीन बनाना है। इस मामले में, शोधकर्ता रुचि के जीन को शरण देने वाले प्लाज्मिड युक्त जीवाणु विकसित करते हैं। जिस तरह जीवाणु अपने एंटीबायोटिक प्रतिरोध को प्रदान करने के लिए प्रोटीन का उत्पादन करता है, उसे सम्मिलित जीन से बड़ी मात्रा में प्रोटीन का उत्पादन करने के लिए भी प्रेरित किया जा सकता है। यह प्रोटीन के बड़े पैमाने पर उत्पादन का सस्ता और आसान तरीका है, उदाहरण के लिए, इंसुलिन होता है।

जीन थेरेपी

वेक्टर इन जीन थेरेपी

पित्रैक उपचार में संभावित उपचार के रूप में जीन स्थानांतरण के लिए प्लास्मिड का भी उपयोग किया जा सकता है जिससे कि यह कोशिकाओं में कमी वाले प्रोटीन को व्यक्त कर सकते है। जीन थेरेपी के कुछ रूपों में मानव जीनोम के भीतर पूर्व-चयनित गुणसूत्र लक्ष्य स्थलों पर उपचारात्मक जीनों को सम्मिलित करने की आवश्यकता होती है। प्लास्मिड सदिश कई दृष्टिकोणों में से एक हैं जिनका उपयोग इस उद्देश्य के लिए किया जा सकता है। जिंक फिंगर केन्द्रक (जेडएफएनएस) डीएनए जीनोम के लिए साइट-विशिष्ट दूसरा स्ट्रैंड टूटना का कारण बनता है और समरूप पुनर्संयोजन का कारण बनता है। जेडएफएन एन्कोडिंग प्लास्मिड्स एक विशिष्ट साइट पर चिकित्सीय जीन देने में मदद कर सकता है जिससे कि कोशिका क्षति, कैंसर पैदा करने वाले उत्परिवर्तन, या प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया से बचा जा सकता है।[28]


रोग प्रतिरूप

चूहे के आनुवंशिक रोग प्रतिरूप बनाने के लिए चूहों के भ्रूण नली कोशिकाओं को आनुवंशिक रूप से इंजीनियर करने के लिए प्लास्मिड का ऐतिहासिक रूप से उपयोग किया गया था। प्लाज्मिड-आधारित तकनीकों की सीमित दक्षता ने अत्यधिक सटीक मानव कोशिका प्रतिरूप के निर्माण में उनके उपयोग को रोक दिया गया था। चूकि, एडेनो-संबंधित वायरस पुनर्संयोजन तकनीकों और जिंक फिंगर नाभिक में विकास ने समजीनीय मानव रोग प्रतिरूप की नई पीढ़ी के निर्माण को सक्षम किया है।

घटना

एपिसोम

1958 में फ्रेंकोइस जैकब और एली वोलमैन द्वारा घटना शब्द पेश किया गया था, जो अतिरिक्त-क्रोमोसोमल आनुवंशिक सामग्री को संदर्भित करता है जो स्वायत्त रूप से दोहरा सकता है या क्रोमोसोम में एकीकृत हो सकता है।[29][30] चूँकि यह शब्द पेश किया गया था, चूकि, इसका उपयोग बदल गया है, क्योंकि प्लाज्मिड स्वायत्त रूप से एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए की प्रतिकृति के लिए पसंदीदा शब्द बन गया है। लंदन में 1968 की एक संगोष्ठी में कुछ प्रतिभागियों ने सुझाव दिया कि घटना शब्द को छोड़ दिया जाना चाहिए,चूकि अन्य लोगों ने अर्थ में बदलाव के साथ इस शब्द का उपयोग जारी रखा गया था।[31][32]

आज, कुछ लेखक प्रोकैरियोट्स के संदर्भ में एक प्लाज्मिड का उल्लेख करने के लिए घटना का उपयोग करते हैं जो क्रोमोसोम में एकीकृत करने में सक्षम होते है। एकीकृत प्लास्मिड को दोहराया जा सकता है और कई पीढ़ियों के माध्यम से एक कोशिका में स्थिर रूप से बनाए रखा जा सकता है, लेकिन कुछ स्तर पर, वे स्वतंत्र प्लास्मिड अणु के रूप में उपस्थित होता है।[33] यूकेरियोट्स के संदर्भ में, घटना शब्द का उपयोग गैर-एकीकृत एक्स्ट्राक्रोमोसोमल सिमित सर्कुलर डीएनए अणु के लिए किया जाता है जिसे नाभिक में दोहराया जा सकता है।[34][35] वायरस इसके सबसे सामान्यतौर पर उदाहरण हैं, जैसे कि दाद, एडिनोवायरस पोलिओमावायरस, लेकिन कुछ प्लास्मिड होता हैं। अन्य उदाहरणों में असामान्य क्रोमोसोमल टुकड़े सम्मिलित होता हैं, जैसे कि दोहरा मिनट, जो कृत्रिम जीन प्रवर्धन या पैथोलॉजिक प्रक्रियाओं (जैसे, कैंसर कोशिका परिवर्तन) के दौरान उत्पन्न हो सकते हैं। यूकेरियोट्स में घटना प्प्रोकैरियोट्स में प्लास्मिड्स के समान व्यवहार करते हैं जिसमें डीएनए को मेजबान कोशिका के साथ स्थिर रूप से बनाए रखा जाता है और दोहराया जाता है। साइटोप्लाज्मिक वायरल घटना (पॉक्सवायरस संक्रमण के रूप में) भी हो सकते हैं। कुछ घटना, जैसे कि हर्पीसविरस, जीवाणुभोजी (जीवाणु फेज वायरस) के समान घूमता हुआ घेरा तंत्र में दोहराते हैं। अन्य एक द्विदिश प्रतिकृति तंत्र (थीटा प्रकार प्लास्मिड) के माध्यम से दोहराते हैं। किसी भी स्थितियां में,घटना मेज़बान कोशिका क्रोमोसोम से शारीरिक रूप से अलग रहते हैं। एपस्टीन बार वायरस और कपोसी के सरकोमा से संबंधित हर्पीसवायरस सहित कई कैंसर वायरस, कैंसर कोशिकाओं में अव्यक्त, क्रोमोसोमली विशिष्ट घटना के रूप में बनाए रखे जाते हैं, जहां वायरस कैंसर कोशिका प्रसार को बढ़ावा देने वाले ओंकोजीन को व्यक्त करते हैं। कैंसर में, जब कोशिका विभाजित होती है तो ये घटना मेजबान गुणसूत्रों के साथ निष्क्रिय रूप से दोहराते हैं। जब ये वायरल वृत्तांत कई वायरस कणों को उत्पन्न करने के लिए लाइटिक चक्र प्रारम्भ करते हैं, तो वे सामान्यतौर पर सेलुलर सहज प्रतिरक्षा रक्षा तंत्र को सक्रिय करते हैं जो मेजबान कोशिका को मार देते हैं।

प्लास्मिड रखरखाव

व्यसन मापांक

कुछ प्लास्मिड या सूक्ष्मजीव मेज़बान में इशरीकिया कोली में प्लास्मिड R1 की होक / सोक प्रणाली | होक / सोक (मेजबान हत्या / हत्या का शमन) प्रणाली के रूप में एक दुग्धाम्ल मापांक या घातक लक्षण प्रणाली (पीएसके) सम्मिलित होता है।[36] यह वैरिएंट एक लंबे समय तक रहने वाले जहर और अल्पकालिक मारक दोनों का उत्पादन करता है। साहित्य में कई प्रकार के प्लास्मिड व्यसन प्रणाली (विषाक्त /अतिविष\,चयापचय -आधारित,ओआरटी प्रणाली) का वर्णन किया गया था[37] और जैव तकनीकी (किण्वन) या जैवचिकित्सा (वैक्सीन थेरेपी) अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है। बेटी कोशिकाएं जो प्लास्मिड की प्रति को बनाए रखती हैं, जीवित रहती हैं, चूकि एक बेटी कोशिका जो प्लास्मिड को विरासत में पाने में विफल रहती है, मर जाती है या पैरेंट कोशिकासे लंबे समय तक रहने वाले जहर के कारण विकास दर कम हो जाती है। अंत में,समग्र उत्पादकता को बढ़ाया जा सकता है।

इसके विपरीत, जैव प्रौद्योगिकी में उपयोग किए जाने वाले प्लास्मिड, जैसे कि पि युसी18, पी बीआर322 और व्युत्पन्न सदिश, में शायद ही कभी विष-प्रतिविष व्यसन प्रणालियाँ होती हैं, और इसलिए प्लास्मिड हानि से बचने के लिए एंटीबायोटिक दबाव में रखने की आवश्यकता होती है।

प्रकृति में प्लास्मिड्स

खमीर प्लास्मिड

खमीर स्वाभाविक रूप से विभिन्न प्लास्मिडों को आश्रय देते हैं। उनमें से उल्लेखनीय हैं 2μm प्लास्मिड—खमीर की जेनेटिक इंजीनियरिंग के लिए अधिकांशतः उपयोग किए जाने वाले छोटे गोलाकार प्लास्मिड—और क्लुवेरोमाइसेस दुग्धाम्ल से रेखीय पीजीकेएल प्लास्मिड, जो घातक लक्षण के लिए जिम्मेदार होता हैं।[38]

अन्य प्रकार के प्लास्मिड अधिकांशतः ख़मीर क्लोनिंग सदिश से संबंधित होते हैं जिनमें सम्मिलित होता हैं:

  • खमीर एकीकृत प्लास्मिड (वाईआई पी), खमीर सदिश जो जीवित रहने और प्रतिकृति के लिए मेजबान गुणसूत्र में एकीकरण पर भरोसा करते हैं, और सामान्यतौर पर एकल जीन की कार्यक्षमता का अध्ययन करते समय या जीन के विषाक्त होने पर उपयोग किया जाता है। जीन यूआरए3 से भी जुड़ा हुआ है, जो पाइरीमिडीन न्यूक्लियोटाइड्स (T, C) के जैवसंश्लेषण से संबंधित एक किण्वक को कोड करता है;
  • ख़मीर प्रतिकृति प्लास्मिड (वाईआर पी), जो क्रोमोसोमल डीएनए के अनुक्रम को स्थांतरण करता है जिसमें प्रतिकृति की उत्पत्ति सम्मिलित होता है। ये प्लास्मिड कम स्थिर होते हैं, क्योंकि ये नवोदित होने के दौरान खो सकते हैं।

संयंत्र माइटोकॉन्ड्रियल प्लास्मिड

कई उच्च पौधों के सूत्रकणिका में प्रतिकृति (आनुवांशिकी) होते हैं | स्व-प्रतिकृति,अतिरिक्त-क्रोमोसोमल रैखिक या परिपत्र डीएनए अणु जिन्हें प्लास्मिड माना जाता है। इनका आकार 0.7 केबी से लेकर 20 केबी तक हो सकता है। प्लास्मिड को सामान्यतौर पर दो श्रेणियों में वर्गीकृत किया गया है- परिपत्र और रैखिक होता है।[39] परिपत्र प्लास्मिड को अलग किया गया है और कई अलग-अलग पौधों में पाया गया है, बाकला और चेनोपोडियम एल्बम में सबसे अत्यधिक अध्ययन किया गया है और जिनकी प्रतिकृति का तंत्र ज्ञात है। वृत्ताकार प्लाज्मिड प्रतिकृति के θ प्रतिरूप (जैसा कि विसिया फैबा में है) और घूमता हुआ चक्र प्रतिकृति (C.एल्बम के अनुसार) के माध्यम से दोहरा सकते हैं।[40] कुछ पौधों की प्रजातियों जैसे बीटा वल्गरिस, ब्रैसिका नैपस, मक्का आदि में रेखिक प्लास्मिड की पहचान की गई है, लेकिन वे अपने गोलाकार समकक्षों की तुलना में दुर्लभ होता हैं।

इन प्लास्मिडों का कार्य और उत्पत्ति काफी हद तक अज्ञात होता है। यह सुझाव दिया गया है कि परिपत्र प्लास्मिड सामान्य पूर्वज साझा करते हैं, सूत्रकणिका प्लास्मिड में कुछ जीनों के परमाणु डीएनए में समकक्ष होते हैं जो अन्तः-डिब्बा विनिमय का सुझाव देते हैं। इस बीच, रैखिक प्लास्मिड वायरल डीएनए और कवक प्लास्मिड के साथ इनवर्ट्रोन जैसी संरचनात्मक समानताएं साझा करते हैं, जैसे कि कवक प्लास्मिड में भी जीसी सामग्री कम होती है, इन टिप्पणियों ने कुछ परिकल्पनाओं को जन्म दिया है कि इन रैखिक प्लास्मिडों में वायरल उत्पत्ति है, या पौधे सूत्रकणिका में समाप्त हो गए थे। रोगजनक कवक से क्षैतिज जीन स्थानांतरण के माध्यम से होता है।[39][41]


प्लास्मिड का अध्ययन

प्लास्मिड डीएनए निष्कर्षण

प्लास्मिड का उपयोग अधिकांशतः एक विशिष्ट अनुक्रम को शुद्ध करने के लिए किया जाता है, क्योंकि उन्हें शेष जीनोम से आसानी से शुद्ध किया जा सकता है। सदिश के रूप में उनके उपयोग के लिए, और क्लोनिंग के लिए आणविक क्लोनिंग,प्लास्मिड को अधिकांशतः अलग करने की आवश्यकता होती है।

जीवाणु से प्लास्मिड तैयार करने की कई विधियाँ हैं, जिनमें प्लास्मिड तैयारी आकार द्वारा तैयारी सम्मिलित होता है।[21]पूर्व का उपयोग जल्दी से यह पता लगाने के लिए किया जा सकता है कि प्लाज्मिड कई जीवाणु क्लोनों में से किसी में सही है या नहीं था। उपज अशुद्ध प्लाज्मिड डीएनए की छोटी मात्रा है, जो प्रतिबंध पाचक द्वारा विश्लेषण और कुछ क्लोनिंग तकनीकों के लिए पर्याप्त होता है।

उत्तरार्द्ध में, जीवाणु निलंबन के बहुत अत्यधिक मात्रा में उगाए जाते हैं जिससे मैक्सी-प्रेप किया जा सकता है। संक्षेप में, यह अतिरिक्त शुद्धिकरण के बाद बढ़ाया गया लघुनिर्मित था। इसका परिणाम अपेक्षाकृत बड़ी मात्रा में (कई सौ माइक्रोग्राम) बहुत शुद्ध प्लास्मिड डीएनए में होता है।

विभिन्न पैमानों, शुद्धता और स्वचालन के स्तरों पर प्लाज्मिड निष्कर्षण करने के लिए कई वाणिज्यिक किट बनाए गए हैं।

अनुरूपता

प्लास्मिड डीएनए पांच में से एक अनुरूपता में प्रकट हो सकता है, जो (किसी दिए गए आकार के लिए) एगोअर्स जेल वैद्युतकणसंचलन के दौरान जेल में विभिन्न गति से चलता है। वैद्युतकरण गतिशीलता (किसी दिए गए क्रियान्वित वोल्टेज के लिए गति) के क्रम में सबसे धीमी से सबसे तेज़ क्रम में नीचे सूचीबद्ध होता हैं:

  • निक (डीएनए) निकेड खुला परिपत्र डीएनए में एक स्ट्रैंड कट होता है।
  • शिथिल परिपत्र डीएनए दोनों स्ट्रैंड्स के साथ पूरी तरह से बरकरार है, लेकिन इसे पाचकरस रूप से आराम किया गया है (अतिकुण्डलं को हटा दिया गया था)। यह एक मुड़े हुए विस्तार तार को खोलने और आराम करने और फिर इसे अपने आप में प्लग करने के द्वारा तैयार किया जा सकता है।
  • रैखिक डीएनए के मुक्त सिरे होते हैं, या तो क्योंकि दोनों किस्में काट दी गई हैं या क्योंकि डीएनए विवो में रैखिक होता था। यह एक विद्युत विस्तार कॉर्ड के साथ तैयार किया जा सकता है जो स्वयं में प्लग नहींv होता है।
  • डीएनए अतिकुण्डल (या सहसंयोजक बंद-परिपत्र) डीएनए पूरी तरह से बरकरार है, दोनों किस्में बिना काटे, और एक अभिन्न मोड़ के साथ, जिसके परिणामस्वरूप सघन रूप होता है। यह एक विस्तार कॉर्ड को घुमाकर और फिर इसे अपने आप में प्लग करके तैयार किया जा सकता है।
  • अतिशीतल विकृतीकरण (जीव रसायन) डीएनए अतिशीतल डीएनए की तरह है, लेकिन इसमें अयुग्मित क्षेत्र हैं जो इसे थोड़ा कम सघन बनाते हैं; यह प्लाज्मिड तैयारी के दौरान अत्यधिक क्षारीयता का परिणाम हो सकता है।

छोटे रेखीय अंशों के लिए प्रवास की दर कम खिंचाव पर क्रियान्वित खिंचाव के सीधे आनुपातिक होती है। उच्च खिंचाव पर, बड़े टुकड़े लगातार अलग-अलग दरों पर बढ़ते हुए उत्प्रवासित करते हैं। इस प्रकार, बढ़े हुए वोल्टेज के साथ जेल का संकल्प घट जाता है।

निर्दिष्ट, कम वोल्टेज पर, छोटे रैखिक डीएनए अंशों की प्रवासन दर उनकी लंबाई का एक कार्य होता है। बड़े रैखिक टुकड़े (20 केबी या उससे अत्यधिक) लंबाई की परवाह किए बिना निश्चित दर पर उत्प्रवासित करते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि अणु 'श्वसन' करते हैं, अणु के थोक के साथ जेल आव्यूह के माध्यम से अग्रणी अंत होता है। शुद्ध प्लास्मिड का विश्लेषण करने के लिए प्रतिबंध पाचन का अधिकांशतः उपयोग किया जाता है। ये किण्वक विशेष रूप से कुछ छोटे क्रमों में डीएनए को तोड़ते हैं। परिणामी रेखीय टुकड़े जेल वैद्युतकणसंचलन के बाद 'बैंड' बनाते हैं। जेल के बैंड को काटकर और डीएनए के टुकड़े को मुक्त करने के लिए जेल को भंग करके कुछ अंशों को शुद्ध करना संभव होता है।

इसकी तंग रचना के कारण, अतिशीतल डीएनए रैखिक या खुले-वृत्ताकार डीएनए की तुलना में जेल के माध्यम से तेजी से पलायन करता है।

जैव सूचना विज्ञान और डिजाइन के लिए सॉफ्टवेयर

संक्षेप में जेनेटिक इंजीनियरिंग सॉफ्टवेयर

आणविक जीव विज्ञान में एक तकनीक के रूप में प्लास्मिड का उपयोग जैव सूचना विज्ञान सॉफ़्टवेयर द्वारा समर्थित होता है। ये कार्यक्रम प्लाज्मिड सदिश के डीएनए अनुक्रम को अभिलेख करते हैं, प्रतिबंध किण्वक की कट साइटों की भविष्यवाणी करने में मदद करते हैं, और जोड़तोड़ की योजना बनाते हैं। सॉफ्टवेयर सम्पुष्टि के उदाहरण जो प्लास्मिड नक्शा को संभालते हैं, वे हैं एपीई,क्लोन प्रबंधक,जीन कंस्ट्रक्शन किट, गेनियस, जीनोम कम्पाइलर, लैबजीनियस, लेज़रजीन, मैकवेक्टर, पिड्रॉ32, सीरियल क्लोनर, वेक्टरफ्रेंड्स, वेक्टर एनटीआई और वेबडीएसवीआई सॉफ्टवेयर के ये टुकड़े गीले प्रयोग करने से पहले सिलिको में संपूर्ण प्रयोग करने में मदद करते हैं।[42]


प्लाज्मिड संग्रह

वर्षों में कई प्लास्मिड बनाए गए हैं और शोधकर्ताओं ने गैर-लाभकारी संगठनों ऐडजीन और जैसे प्लास्मिड डेटाबेस को प्लास्मिड दिए हैं। यूएस/बीसीसीएम-एलबीएमपी बीसीसीएम/एलएमबीपी। शोध के लिए कोई भी उन डेटाबेस से प्लास्मिड ढूंढ और अनुरोध कर सकता है।

शोधकर्ता अधिकांशतः एनसीबीआई डेटाबेस पर प्लाज्मिड अनुक्रम भी अपलोड करते हैं, जिससे विशिष्ट प्लास्मिड के अनुक्रम प्राप्त किए जा सकते हैं।

यह भी देखें

. जीवाणु कृत्रिम गुणसूत्र . द्वितीयक गुणसूत्र

. जीवाणुभोजी . सेग्रोसोम

. डीएनए पुनः संयोजन . ट्रांसपोसोम

. प्लाज़्मिडोम . त्रिअभिभावक संभोग

. प्रोवायरस . वेक्टर डीबी

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अग्रिम पठन

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बाहरी संबंध

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