دیسَک،پلاسمید یاپلازمید (بهانگلیسی:Plasmid)، مولکولدیانای کوچکیاست که بهطور مجزا ازکروموزوم دریاخته وجود دارد.همانندسازی پلازمیدها درسیتوپلاسم و بهطور مستقل از کروموزوم انجام میگیرد. پلازمیدها معمولاً به شکل یک مولکول دیانای دورشتهای حلقوی هستند (هرچند، گونههای خطی پلازمید نیز وجود دارند). هر پلازمید دارای یک محل آغاز همانندسازی (ori) است که همانندسازی پلازمید از آن نقطه شروع میشود.
اندازهٔ پلازمیدها از ۱ تا ۱۰۰۰ کیلوجفتباز متغیر است. از یک تا هزاران پلازمید میتواند در یکسلول وجود داشته باشد. پلازمیدها بیشتر اوقات از طریقهمیوغی (یکی از مکانیسمهای انتقال افقی ژنها) از یک جاندار به جاندار دیگر منتقل میشوند.
واژهٔ پلازمید، اولین بار توسطزیستشناس آمریکاییجاشوآ لدربرگ در سال ۱۹۵۲ بهکار گرفته شد.پلازمید مستقل از دیانای اصلیهمانندسازی میکند.
وکتورها، پلازمیدهایی هستند که درمهندسی ژنتیک از آنها استفاده میشود. از پلازمیدها در مهندسی ژنتیک برای تکثیر یابیان ژن یا ژنهای خاصی استفاده میشود. برای این کار،ژن مورد نظر را وارد پلازمید میکنند. این نوع از پلازمیدها بهطور معمول دارای یک ژنمقاومت آنتیبیوتیکی (برای غربالگری) و یک جایگاه کلونینگ چندگانه (بهانگلیسی:multiple cloning site) یا polylinker است. جایگاه کلونینگ چندگانه، قطعهٔ کوچکی از پلازمید است که دارای چند جایگاه برش برای آنزیمهای محدودالاثر مختلف (بهانگلیسی:restriction enzymes) است. این کار سبب میشود که قطعه یا ژن دلخواه به راحتی وارد پلازمید شود. در مرحلهٔ بعد، پلازمید از طریق ترانسفورماسیون وارد باکتری میشود. سپس باکتری در معرض یک آنتیبیوتیک خاص قرار میگیرد. باکتریهایی که پلازمید مورد نظر را داشته باشند، زنده میمانند زیرا ژن مقاومت آنتیبیوتیکی را بر روی پلازمید مورد نظر حمل میکنند اما باکتریهایی که پلازمید را نداشته باشند، میمیرند. با استفاده از این روش (غربالگری باآنتیبیوتیک) میتوان باکتریهای دارای پلازمید را جدا ساخت و آنها را به میزان زیاد تکثیر داد. سپس پلازمیدها را به میزان زیاد از آنها جدا ساخت.
ظرفیت پذیرش قطعات دیانای در پلازمیدها بین ۱ تا ۱۰ کیلو جفتباز است. برای کلون کردن قطعات یا ژنهای بزرگتر بایستی از فاژ لامبدا، کاسمیدها (بهانگلیسی:cosmids)، کروموزومهای مصنوعی باکتریایی (بهانگلیسی:bacterial artificial chromosomes) یا کروموزومهای مصنوعی مخمری (بهانگلیسی:yeast artificial chromosomes) استفاده کرد.
دانشمندان از دیرباز با استفاده از پلازمیدها،سلولهای بنیادی جنینی موشها را تغییر میدادند تابیماریهای ژنتیکی را مدلسازی کنند. البته این امر با محدودیتهایی روبهرو بود که کاربرد گستردهتر آن در انسان را با چالش روبهرو میساخت. با این حال، پیشرفت در زمینهٔ تکنیکهاینوترکیبی درویروسهای مرتبط باآدنو (بهانگلیسی:Adeno-associated virus) ونوکلئازهای انگشت روی در ایجاد مدلهایبیماریهای ژنتیکی انسانی بسیار مؤثر بودهاند.
موفقیتژندرمانی بستگی به داخلسازی ژن دلخواه به درون کروموزوم انسان بدون ایجاد آسیب به سلول، ایجاد جهشهای سرطانزا یاپاسخ ایمنی داشتهاست. استفاده ازوکتورهای پلازمیدی، یکی از روشهای ژندرمانی است. استفاده از نوکلئازهای انگشت روی (بهانگلیسی:Zinc finger nucleases) موجب نوترکیبی همولوگ در جایگاه خاصی از کروموزوم میشود. از این طریق میتوان ژن دلخواه را وارد سلولهای انسانی کرد.
اپیزومها معادلیوکاریوتی پلازمیدهای باکتریایی هستند. در یوکاریوتها بهطور معمول اپیزومها، دیاِناِیهای حلقوی بستهای هستند که داخلهستهٔ سلول تکثیر پیدا میکنند مانندآدنوویروسها،هرپسویروسها و پولیوماویروسها. برخی از اپیزومهای ویروسی درسیتوپلاسم تکثیر پیدا میکنند مانندپاکسویروسها. برخی از اپیزومها مانند هرپسویروسها از مکانیسم دایرهٔ غلتان (بهانگلیسی:rolling circle) برای تکثیر خود استفاده میکنند مانند آنچه که در موردفاژهای باکتریایی اتفاق میافتد. برخی از آنها از طریق مکانیسم همانندسازی دو جهته (بهانگلیسی:bidirectional replication mechanism) تکثیر پیدا میکنند (پلازمیدهای نوع تتا). در هر دو مورد، اپیزومها بهطور فیزیکی مجزا از کروموزوم میزبان هستند.
یکی از روشهای طبقهبندی پلازمیدها بر اساس انتقال آنها به دیگر باکتریهاست. پلازمیدهای همیوغی (بهانگلیسی:Conjugative plasmids) دارای ژنهای tra هستند که در فرایند همیوغی نقش دارد. در همیوغی، پلازمید از یک باکتری به باکتری دیگر منتقل میشود. پلازمیدهای غیر همیوغی توانایی آغاز همیوغی در باکتریها را ندارند اما میتوانند با کمک پلازمیدهای همیوغی منتقل شوند.
انواع مختلفی از پلازمیدها ممکن است در یک سلول وجود داشته باشند. با این حال، پلازمیدهای مشابه یا همخانواده اغلب ناسازگار (بهانگلیسی:incompatible) هستند بهطوریکه فقط یکی از آنها در سلول باقی خواهد ماند. این امر به دلیل تنظیم عملکردهای حیاتی آنها اتفاق میافتد؛ بنابراین میتوان پلازمیدها را در گروههای ناسازگاری مختلف طبقهبندی کرد.
روش دیگر طبقهبندی پلازمیدها بر اساس عملکرد آن هاست:
پلازمیدهای F یا پلازمیدهای باروری (بهانگلیسی:Fertility) که دارای ژنهای tra هستند. آنها موجب بیان پیلی جنسی و همیوغی در باکتریها میشوند.
پلازمیدهای Col که ژنهای کدکنندهٔباکتریوسینها را حمل میکنند. باکتریوسینها، پروتئینهایی هستند که میتوانند سایر باکتریها را از بین ببرند.
پلازمیدهای تجزیهکننده (بهانگلیسی:Degradative plasmids) که این توانایی را به باکتری میدهند تا ترکیبات غیرمعمول را تجزیه کنند مانندتولوئن وسالیسیلیک اسید.
پلازمیدهای بیماریزایی (بهانگلیسی:Virulence plasmids) که موجب تبدیل یک باکتری غیر بیماریزا به یک باکتریبیماریزا (پاتوژن) میشوند.
پلازمیدها، عناصریژنتیکی هستند که ضرورت چندانی برای سلول ندارند و تنها برخی ویژگیها را به باکتریها میدهند که به بقای آنها کمک میکند. درصورتیکه پلازمیدهایسلول حذف شوند، سلول میتواند به زندگی خود ادامه دهد. همچنینهمانندسازی پلازمیدها ارتباطی باچرخهٔ سلولی وتقسیم سلولی ندارد. آنها میتوانند مستقل از چرخهٔ سلولی به تعداد نامحدود (تعداد را نیاز سلول و شرایط محیطی تعیین میکند) تکثیر شوند. در هر سلول ممکن است چندین پلازمید مشابه وجود داشته باشد. با این وجود، کروموزومها بسیار برایسلول حیاتی هستند و درصورت حذف هر یک از کروموزومها،سلول خواهد مرد. تعداد دقیق کروموزومها، بسیار برای تعادل ژنتیکیسلول ضروری است. حتی اگر یکی ازکروموزومهای همولوگ حذف شوند، این تعادل بههم خواهد خورد. همانندسازی کروموزومها دقیقاً منطبق باچرخهٔ سلولی است و در هر چرخهٔ سلولی فقط یک بار همانندسازی انجام میشود.
دو نوعوکتور مهم پلازمیدی درمخمرها عبارتاند از YIp و YRp.
YIp، پلازمید الحاقی مخمری (بهانگلیسی:Yeast integrative plasmid) است که برای زنده ماندن و تکثیر وارد کروموزوم مخمر میشود. YRp، پلازمید همانندساز مخمری (بهانگلیسی:Yeast Replicative plasmid) است که پایداری کمتری دارد و در هنگام جوانه زدن مخمر ممکن است از دست برود.
پلازمید در اثر آلودگی گیاه با باکتریآگروباکتریوم وارد گیاه میشود. امروزه از اینگونه پلازمیدها، پس از انجام تغییراتی بر روی آنها، برای انجاممهندسی ژنتیک در گیاهان، استفاده میشود.
Suwanto, A. , and S. Kaplan. 1989. Physical and genetic mapping of the Rhodobacter sphaeroides 2.4.1 genome: presence of two unique circular chromosomes. J. Bacteriol. 171: 5850-5859
Suwanto, A and S. Kaplan. 1992. Chromosome transfer in Rhodobacter sphaeroides: Hfr formation and genetic evidence for two unique circular chromosomes. J. Bacteriol. 174: 1135-1145
Trucksis et al. 1998. The Vibrio cholerae genome contains two unique circular chromosomes. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95: 14464-14469
Volff, J. -N. , and J. Altenbuchner. 2000. A new beginning with new ends: linearisation of circular chromosomes during bacterial evolution. FEMS Microbiol. Lett. 186: 143-150.
The image above contains clickable linksیکژن ناحیه ای ازDNA است که عملکرد را مشخص میکند. یککروموزوم شامل یک رشته طولانی از DNA بوده که حاوی ژنهای زیادی است. یک کروموزوم انسانی میتواند تا ۵۰۰ میلیونجفت باز DNA با هزاران ژن داشته باشد.