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プラスミドは、細菌に見られる小さな円形のDNAです。プラスミドはバイオテクノロジーの有用なツールとなり、科学者はさまざまな生物のDNAを連続したDNAに結合することができます。プラスミドは細胞分裂中にそれ自体で複製し、長期間にわたって安定しています。つまり、本のような個々の遺伝子をライブラリに保存するための優れた媒体です。プラスミドには、抗生物質耐性遺伝子、導入遺伝子、レポーター遺伝子などの遺伝子が含まれています。これらのタイプのプラスミド遺伝子は、自然に発生するか、科学者によって設計されます。
抗生物質耐性遺伝子
プラスミドは、細菌が抗生物質に耐性になる原因の1つです。プラスミドには抗生物質耐性遺伝子が含まれており、これは有害な薬物から細菌を保護するタンパク質を生成します。抗生物質耐性遺伝子はいくつかの方法で機能します。 1つは、抗生物質を細菌から排出することで、抗生物質が細胞内の標的タンパク質に結合できないようにすることです。別の方法は、抗生物質を小さな断片に分解することです。もう1つは、抗生物質を化学的に変化させて、標的タンパク質と相互作用しないようにすることです。抗生物質耐性遺伝子は、抗生物質で処理した後、試験管内で耐性のある細菌を選択できるため、プラスミドの選択マーカーとも呼ばれます。
導入遺伝子
バイオテクノロジーでは、動物や植物から遺伝子を分離し、それをバクテリアに入れるためにプラスミドが広く使用されています。これにより、遺伝子の修正と研究が容易になります。生物から酵素的に切り出され、細菌プラスミドに配置されるDNAのセグメントは、導入遺伝子と呼ばれます。導入遺伝子とプラスミドの組み合わせは、2つの異なる種のDNAが融合しているため、組換えDNAと呼ばれます。
レポーター遺伝子
細菌は時々プラスミドを追い出すことができるため、プラスミドを使用して組換えDNAを作成する科学者は、どの細菌コロニーにそのプラスミドを含む細菌があるかを視覚的に特定できる遺伝子をプラスミドに含めることを望みます。ポジティブコロニー（組換えDNAを持つコロニー）を簡単に視覚化するために、科学者はプラスミドにレポーター遺伝子を含めています。一般的なレポーター遺伝子は緑色蛍光タンパク質（GFP）で、紫外線の下で緑色に輝きます。もう1つの一般的なレポーター遺伝子はlacZです。これは、ベータガラクトシダーゼ（ベータgal）と呼ばれる酵素をコードしています。ベータギャルは、糖乳糖をバラバラにします。また、X-galと呼ばれる無色の化学物質を糖と青い分子に分解します。したがって、β-galレポーターを持つ細菌コロニーは青く表示されます。
F因子
細菌には、遺伝情報を相互に受け渡す方法があります。 1つの細菌は、接合と呼ばれるものを介して他の細菌とそのプラスミドを共有できます。接合とは、ある細菌を別の細菌につなぐ細い毛管（性線毛と呼ばれる）の形成です。性線毛を伸ばす細菌はプラスミドをコピーし、そのコピーをチューブを通して他の細菌に渡します。接合を可能にするプラスミドは、F因子、または生殖能力因子と呼ばれます。組換えDNAをF因子に挿入すると、細菌間で外来DNAが往復します。