プラスミドは、細菌や数種類の真核生物に見られる染色体外環状DNA分子の一種である。
細胞内で自己複製する分子の一種であり、ゲノムDNAとは独立した分子である。
従って、遺伝子工学において、様々な種類の細胞に外来DNA断片を入れるためのキャリアーとして利用することができる。
分子生物学的手法としては、クローニングが挙げられる。
遺伝子工学は、新しい特徴を持つ生物を作り出す。
このような新規の生物は、遺伝子組換え生物（GMO）として知られています。
ここでは、遺伝子工学のプロセスのうち、ゲノムを改変して新しい生物を作り出すプラスミドの利用について説明します。
プラスミドとは
プラスミドは、主にバクテリアの中に存在する小さな円形のDNA分子です。
プラスミドは染色体外のDNA要素であり、バクテリアのゲノムとは独立して複製することができる。
プラスミドにコードされた遺伝子は、ストレス環境下でのバクテリアの生存を助ける。
プラスミドは数個から数十個のコピーが自然にバクテリアの細胞内に存在することができる。
プラスミドは、真核細胞および原核細胞の両方に外来DNA分子を運ぶベクターとして使用することができる。
以下に、プラスミドがベクターとして利用されるための特徴を述べる。
プラスミドの特徴
- プラスミドはバクテリアの細胞から容易に単離することができる。
- 細胞内で自己複製が可能です。
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- 1種類以上の制限酵素に対応するユニークな制限部位で構成されている。
- 4.外来のDNA断片が挿入されても、プラスミドの複製特性は変化しない可能性があります。
- 5.プラスミドを異なる種類の細胞に順次形質転換し、その形質転換体の抗生物質耐性に基づいて形質転換体を選択することができる。
図1：プラスミド
遺伝子工学におけるプラスミドの使われ方
遺伝子工学とは、遺伝子を挿入または削除することによって、新しい種類の生物を作り出すためにDNAを改変することです。
遺伝子の導入は、プラスミドなどのベクターを用いて行うことができます。
遺伝子工学の主な手順は以下の通りです。
- 目的DNA配列のPCR増幅
- DNA断片とプラスミドを同じ制限酵素で消化する。
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- プラスミドと外来 DNA 断片をライゲーションし、組換え DNA 分子を作製する。
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- 組換えDNA分子を目的の細胞に形質転換する。
- 形質転換された細胞の選択
クローニングに用いられる最も一般的なベクターは、大腸菌から単離されたものです。
各プラスミドは、複製起点、抗生物質耐性を担う遺伝子、外来遺伝子を挿入するための制限認識部位の3つの機能領域を含んでいる。
プラスミドと外来DNA断片の両方を切断するために、特定の制限酵素が使用される。
制限酵素による消化で、円形のプラスミドは直鎖状になり、ライゲーションで外来DNA断片が両端に挿入され、プラスミドは再び円形になる。
組換えプラスミドは、バクテリア、酵母、植物、または動物細胞などの受容細胞に形質転換される。
受容細胞内で多数の組換えDNA分子を生産することをクローニングという。
形質転換された細胞は、プラスミドの抗生物質耐性によって識別することができる。
ただし、形質転換体には相互のプラスミドが含まれている場合と、組換えプラスミドが含まれている場合があります。
どちらのタイプのプラスミドも抗生物質に対して耐性を示す。
したがって、組換えプラスミドを持つ形質転換体を識別するためには、LacZのような別の遺伝子が必要である。
この組換えプラスミドを持つ形質転換体を遺伝子組み換え作物と呼ぶ。
分子クローニングの詳細なプロセスを図2に示す。
図2: 分子クローニングの流れ
結論
プラスミドは、バクテリアの中に自然に存在する円形のDNA分子です。
主に抗生物質耐性の遺伝子が含まれている。
プラスミドは遺伝子工学において、外来の遺伝物質をさまざまな種類の細胞に導入するために用いられる。
外来のDNA断片はプラスミドに挿入され、組換えDNA分子はレシピエント細胞に形質転換される。
形質転換された細胞は、使用されたプラスミドの抗生物質耐性によって選択される。
