F-Plasmid
Beim F-Plasmid (auch Fertilitätsfaktor genannt) handelt es sich um ein Plasmid, einen extrachromosomalen DNA-Ring, der Bakterien die Fähigkeit zur Konjugation verleiht.
Das F-Plasmid ermöglicht einen gerichteten Gentransfer vom Spender (dieser besitzt den F-Faktor) zum Empfänger. Dabei wird das F-Plasmid mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit auf den Empfänger übertragen. Dadurch wird der Empfänger ebenfalls zum Spender. Daher sind alle Bakterienzellen, die ein F-Plasmid besitzen, potentielle Spenderzellen.
Strukturmerkmale des F-Plasmides
-> Origin of Transfer (OriT)
-> tra - Region (Transfergene) : Gene zur Bildung des sgn F-pilus & einer DNA -transferpore
-> Origin of Replication (OriV) : jene DNA sequenz bei der die DNA replikation beginnt
-> Insertionselemente (IS) : sgn selfish genes (DNA sequenzen die Kopien ihrer Sequenz an anderer Stelle integrieren können)
Vom OriT aus wird während der Konjugation das Plasmid mittels der rolling circle Replikation in den Empfänger übertragen. Am Ende haben sowohl Spender als auch Empfänger ein F-Plasmid. Die Transfergene werden benötigt, um die Konjugation und die rolling circle Replikation zu ermöglichen.
Vom OriV aus wird das F-Plasmid innerhalb des Bakteriums vermehrt (man spricht auch von vegetativer Vermehrung des Plasmides, obwohl dieser Begriff in diesem Zusammenhang etwas irreführend ist). Auf diese Art und Weise erhöht sich die Kopienzahl des F-Plasmids (Bakterien haben meist mehrere Kopien ein und desselben Plasmids).
Das F-Plasmid verfügt außerdem noch über Insertionselemente (IS-Elemente). Elemente ähnlicher Sequenz befinden sich auch auf dem bakteriellen Chromosom. Dies ermöglicht die Integration des F-Plasmides ins Chromosom des Bakteriums.
Ein integriertes F-Plasmid verhält sich ähnlich wie ein nicht-integriertes und ermöglicht ebenfalls Konjugation. Da nun allerdings das F-Plasmid auch Teil des bakteriellen Chromosoms geworden ist, können jetzt DNA-Sequenzen bzw. Gene des Spenders auf den Empfänger übertragen werden, wo es zur Rekombination kommen kann.
Bakterienstämme mit integriertem F-Plasmid werden auch Hfr-Stämme (High frequency of Recombination) genannt.
Bedeutung des F-Plasmides für die Wissenschaft
Die Entdeckung, dass das F-Plasmid in das bakterielle Chromosom integrieren kann, eröffnete der Genetik neue Möglichkeiten. U.a. ermöglichte sie die Genkartierung mittels unterbrochenem Chromosomentransfer. Weiter war es nun erstmals möglich bestimmte Gene von einem Bakterium in ein anderes zu befördern. Heute gibt es dafür spezielle Vektoren, die allerdings immer noch Bestandteile des F-Plasmides nutzen.
zB 2-vektorsysteme (ein Plasmid mit oriT ohne tra-region mit Selektionsmarkern & multiple cloning site für zu klonierendes GenX
das 2. (wesentlich größeres ,von F abgeleitetes plasmid ohne oriT mit tra-genen !
Ein (ähnlicher ) konjugativer Transfer ist auch zw. Bkt u. zB Hefezellen ,oder Bkt und Pflanzenzellen möglich (vgl Agrobakterium tumefaciens)
Ein weiterer Grund sich eingehender mit dem F-plasmid zu befassen ist ,dass F-plasmide oder andere konjugativ übertragbare plasmide eine Rolle bei der schnellen Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen spielen (auch zwischen nicht näher verwandten Bakterienspecies)
( das F-plasmid weißt mehr als einen veg.Ori auf die in verschiedenen Bkt.species funktionieren /bzw der vegit.ori funktioniert in vers. Bakterienspecies !)
das bedeutet ,daß ein Transposon mit Antibiotikaresistenzgenen zB aus dem bkt. Chromosom /oder einen anderen Plasmid von Species1 auf ein konjugatives Plasmid "springen"(transponieren) kann ,von dort kann es konjugativ auf Species2 übertragen werden .
Falls nun das Gen in Species 2 einen Überlebensvorteil bedingt ( in Spitälern etc) ,bleibt es erhalten -so können sgn R-plasmide mit sehr vielen Resistenzgenen am gleichen Plasmid entstehen ,die auch auf pathogene Bakterien übertragbar sein können !