Néhány ismert modellrendszer

A tudomány számos mikrobiális szervezetet használ modellszervezetként. Ilyenek például az Escherichia coli, az Agrobacterium tumefaciens, a Rhizobium meliloti baktériumok, valamint ezek fágjai.

Baktérium modellek és genomjuk

Az Escherichia coli baktérium minden sejtje tartalmaz egy cirkuláris DNS-t, ami körülbelül 4-5 millió bázispárból (Mbp) áll, és amelyet általában a baktérium kromoszómájának neveznek. A bakteriális kromoszóma csak nevében egyezik az eukarióta kromoszómával, szerkezete, kondenzáltsága eltérő.

A kromoszóma mérete függ attól, hogy az E. coli melyik törzséről van szó: a K-12 egy nem patogén törzs, 4,6 Mbp méretű kromoszómával rendelkezik, rajta 4377 gént azonosítottak. Az O157:H7 nevű patogén törzs kromoszómája 5,4 Mbp, rajta 5416 génnel. A kromoszómán kívül az E. coli tartalmazhat plazmidokat (ld. később) is, bár a vad típusként nyilvántartott K-12 MG1655 nevű referenciatörzsben nincsenek plazmidok. A kromoszóma és a plazmidok együttesen jelentik a baktériumsejt genomját, habár a kromoszómát önmagában is szokták néha (és kicsit pontatlanul) genomi DNS-nek nevezni.

Az E coliban a sejten belüli exonukleázok a lineáris DNS-eket lebontják, így a genom minden eleme cirkuláris (6.1. ábra). Az E. coli legismertebb, és a klasszikus genetikában a legnagyobb jelentőségű plazmidja az F plazmid, melyről bővebben a géntranszferről szóló részben lesz szó.

6.1. Ábra Escherichia coli sejtek fáziskontraszt mikroszkópiával készült képe.

Az Agrobacterium tumefaciens két kromoszómával rendelkezik, ezek közül az egyik cirkuláris, a másik lineáris (2,8 és 2,0 Mbp). Ezen kívül minden A. tumefaciens sejtben található két állandó plazmid, melyeket röviden „pAt” és „pTi” néven neveznek. Ez a két állandó plazmid általános szerkezetében hasonló, de konkrét szekvenciájában eltérhet, így a pontos plazmid elnevezése mindig tartalmazza az adott törzs nevét is. Például a C58 törzsben a pAt és a pTi teljes neve pAtC58 és pTiC58.

Ez a két plazmid minden sejtben jelen van, és a baktérium számára fontos gének vannak rajtuk, amelyek nélkül ugyan fenntartható mesterségesen, de eredeti környezetében nem él meg. Mivel általában a kromoszóma és a plazmid megkülönböztető definíciójába beleértik azt is, hogy a kromoszóma az a genetikai elem, amin a baktérium életben maradásához esszenciális gének vannak, ezért ezt a két plazmidot sokszor nevezik kromoszómának is.

Az A. tumefaciens Ti-plazmidjának neve a tumor indukáló (tumor inducing) tulajdonságból ered, amit a baktérium ezen plazmidja segítségével idéz elő (6.2. ábra). Az A. tumefaciens növényi élősködő szervezet. A Ti plazmid segítségével géneket juttat a növény kromoszómájára (lényegében természetes úton transzgénikus növényt hoz létre), ezek a gének a baktérium táplálását segítik elő a növényi sejtben, de jelenlétük egyidejűleg a növény tumoros elváltozásához vezet. A Ti plazmid a molekuláris növénygenetikának fontos eszköze, mert a mesterségesen létrehozott Ti plazmid alapú vektorokkal transzgénikus növényeket lehet előállítani.

6.2. Ábra Agrobacterium okozta tumor. http://www.sito.regione.campania.it

6.3. Ábra A Ti plazmid szerkezete.

A Ti plazmid (6.3. ábra) fontos eleme a T-régiónak nevezett szakasz, melyen egy auxin és egy citokinin termelésért felelős gén (ezek serkentik a növényi sejtek növekedését, azaz tumort indukálnak), valamint egy opin termelésért felelős gén van jelen. Az opinok (többnyire oktopin vagy nopalin) aminosav származékok, melyek tápanyagul szolgálnak a baktérium számára.

A T-régiót két határoló szekvencia (border) veszi körül, aminek lényeges szerepe van abban, hogy a T-régió a növény kromoszómájára tudjon inszertálódni. A Ti-plazmid-alapú mesterséges rendszerekben a T-régió génjeit cserélik ki azokra a célgénekre, melyeket a növénybe, mint transzgén akarnak juttatni.