1. Plasmidele
Definiţia
Plasmidele sint elemente genetice spaţial separate de cromozomul bacterian (elemente
genetice extracromozomale).
Plasmidele reprezintă molecule de ADN circulare duble-catenare de dimensiuni mult mai mici
comparativ cu cormozomul bacterian (conţin de la 3000 la 100.000 perechi de baze).
Plasmidele sunt unităţi autonome de replicare care conţin origine proprie de preplicare şi se
replică independent de cromozomul bacterian, dar depind de metaboliţii celulari pentru
realizarea replicării.
Plasmidele conţin informaţie genetică neesenţială pentru creşterea celulelor normale ale
speciei-gazda, astfel încit pot fi dobîndite sau pierdute, fără a afecta viabilitatea acestora
(Lederberg, 1952 ; Novick, 1976)
Plasmidele celulelor procariote
Adesea au fost considerate ca avînd capacitate de replicare ,,autonoma", ceea ce este numai parţial
adevărat, datorita controlului exercitat de cromozomul bacterian. În categoria plasmidelor tipice
intra plasmidele 1'', Col, R, de toxigenitate etc.
Existenţa unor deosebiri nete intre plasmide si bacteriofagii temperati a dus la excluderea acestora
din urma din categoria plasmidelor, bazata pe următoarele proprietăţi (Helinski, 1979):
1) Plasmidele sunt limitate la o existenţa intracelulara, in timp ce fagii tipici pot exista si
extracelular sub forma unor particule virale infecţioase.
2) Plasmidele se replica, autonom, fără sa afecteze viabilitatea celulelor gazdă, in timp ce
replicarea fagului temperat este însoţită de sinteza a numeroaso proteine structuralo si enzimatice
si de moartea celulei-gazda;
3) În cazurile in care informaţa genetica fagică persista in celula, ca nu este autonoma, ci integrata
in cromozomul bacterian ca profag. Exista si excepţii, ca de exemplu fagul PI, la care profagul se
replica. liber fata de cromozomul bacterian (Ikeda, 1968), comportându-se ca o plasmida tipica, cu
toate ca, produsul replicării sale vegetative sunt particule fagică mature. In mod asemănător se
comporta formele replicativc ale fagilor fl, fd si M13 ai IS. coli, care sint moştenite intr-o stare
extra-cromozomală stabila, caracterizata prin producerea continua, de particulc fagice infecţioase
(Hofman-Berling, 1964).
Ţinând seama de o serie de fapte de observabile se poate afirma ca unele plasmide (PI, fd etc.) sint
fagi, dar cei mai mulţi fagi nu sin plasmide. Plasmidele au probabil o răspândire universală la
bacterii, fiind găsite intr-o anumita perioada a existenţei lor la toate speciile. Pînă in prezent au fost
izolate peste 1 000 de tipuri de plasmide diferite, prezente in mod natural, in special la bacteriile
Gram-negative. Numai de la E. coli au fost izolate 269 plasmide diferite (Birge, 1981)
La momentul actual au fost identificate cca 1000 tipuri de plasmide naturale, tipice în special
bacteriilor Gram-negative. La E.coli au foast descrise cca 269 diferite plasmide.
Plasmidele celulelor eucariote
Existenţa plasmidelor în sistemele eucariote este controversata. Structuri de tip plasmidial capabile
de replicare fizic autonoma au fost descrise in citoplasma sau in mitocondriile mai multor
organisme. Exista date privind prezenta unor plasmide ,,adevărate", fără nici o analogic cu AND
mitocondrial, la unele plante superioare ca Zea mays, Beta vulgaris si Viciia faba, desi Kemble si
Bedrook (1980) considera ca natura lor necesita confirmări suplimentare. Plasmide asociate cu
mitocondriile, dar independente de genomul acestora, au fost descrise la Nenrospora crassa, Y.
intermedia si Claviceps purpurea (Hollenberg, 1982). Cel mai mult studiate sint plasmidele
descrise la Saccharomyces cerevisiae. Astfel, plasinidele 2 µm, prezente la cele mai multe tulpini

2. in nucleoplasma, in ~ 50 de copii/celulă, au structura, de molecule de ADN dublu catenare
circulare închise covalent, cu o lungime de ~ 6 300 pb. ADN 2 µm este “împachetat" in
nucleosomi, care au un complement normal de histone. Asemenea celor mai multe plasmide
bacteriene, ADN 2µm are o singura origine a replicării. In plus, codifica doua funcţii ,,REP", care
amplifică, numărul plasmidelor 2 µm, cind numărul copiilor lor este scăzut. Ele asigura stabilitatea
ADN 2 µm in celulele levurilor.
In condiţii normale, plasmida 2 µm se replica cu aceeaşi viteză, ca si restul genomului. Cind
numărul copiilor scade, proteinele REP pot ,,să ignore" cuplarea normala a replicării plasmidelor
cu ciclul celular, iniţiind cicluri de replicări multiple ale ADN 2 µm pina cind numărul copiilor
acestuia este readus la 30—50 per celula (Watson si colab., 1983).
Clasificarea plasmidelor
Plasmidele sint denumite si clasificate in mod curent după efectul lor cel mai evident, produs
asupra celulelor-gazda (fertilitate, colicinogeneza, rezistenţa la antibiotice etc.). Utilizată, pentru
nevoile curente, această clasificare este nesatisfăcătoare, in primul rind pentru faptul ca multe
plasmide au mai mult de un efect (sprc exemplu, "plasmidele" JB pot purta în acelaşi timp
determinanţi genetici de conjugare şi de rezistenţa la antibiotice). In plus, plasmidele pot pierde
sau ciştiga prin recombinare diferite proprietăţi noi, caracteristice. Pentru a evita acete neajunsuri,
s-a propus clasificarea plasmidelor pe criteriul ,,incompatibilitaţii" lor, adica. al capacităţii" lor de
a exclude alte plasmide de aceleaşi tip de la coexistenţa in aceeaşi bacterie (Datfca, 1973). Pe acest
criteriu an fost descrise la bacteriile Gram-negative peste 30 de grupuri de incompatibilitale
(Helinski, 1977),
În funcţie de capacitatea lor de a media transferul de material genetic prin
conjugarea celulelor bacteriene, plasmidele aparţin la doua categorii diferite :
Plasmide conjugative (transmidibile sau infecţioase) sau factorii de sex. Acest tip de plasmidii
determină caracterele de donor a celulei-gazdă: apariţia pililor de sex etc. care realizează transferul
segmentelor de ADN de la celulele donor la celulele erceptor. Plasmidele conjugative sunt
cunoscuet sub numele: conjugoni, factori de fertilitate sau transferoni. Pe lînga genele de replicare
autonomă, ele posedă gene care stimulează, formarea de cupluri de încrucişare între bacterii. In
categoria plasmidelor conjugative intra plasmidele de sex, în diferitele lor variante (F, Hfr şi F’),
plasmidele ,,Entl" si unele plasmide ,,CCol" şi ,,R".
Plasmide neconjugative ca, de exemplu, celelalte tipuri de factori Col si R care nu conferă
trăsături de donor de ADN celulei-gazdă. Aceste plasmide nu sunt autotransmisibile,
transferul lor asigurîndu-se prin intermediul fagilor transductori sau graţie prezenţei în
celula gazdă a unei plasmide de sex care-i ”creează condiţii penru transfer. Ele sint lipsite
de genele tra, care asigura transferul prin conjugare al materialului genetic.
Plasmidele conjugative şi neconjugative (după Helinski, 1977, modificări)
Clasa Tipul de plasmidă Regiunile genetice conţinute
Comune Specifice
Plasmide conjugative
(plasmide de sex)
F, Col, R, Ent Replicarea autonomă
transfer (“tra”)
Gene provenite din
cromozomul bacterian
Producerea de colicine
Rezistenţa la antibiotice
Producerea de enterotoxine

3. Plasmide
neconjugative
Col (unele)
R
Replicarea autonomă Producere de colicine
Rezistenţala antibiotice
În funcţie de capacitatea de a se încadra în structura genomului bacterian plasmidele
formează două categorii:
Plasmide cu funcţii episomale (episom – corp adăugat; Jacob, 1958) pot exista fizic autonom în
citoplasma procariotă sau pot să se încadreze în structura genomului bacteriei-gazdă. În această
categorie intră plasmidele de sex F şi plasmidele Col E1.
Plasmidele lipsite de proprietăţi episomale, incapabile să se integreze în structura genomului
bacterian.
Plasmidele criptice formează categorie aparte, fara efect aparent asupra fenotipului celulei-gazda.
S-ar putea ca ele sa poarte informaţie numai pentru propria lor replicare sau sa codifice i o serieș
de funcţii adiţionale, care vor fi detectate numai cînd vor fi folosite teste adecvate.
Plasmidele de virulenţă Oskov si colab. (1975) au descris existenţa unor tulpini de E. E. coli care
produc îmbolnăviri severe de tip enteritic la copii, adulţi si animate domestice. Spre deosebire de
tulpinile de E. coli izolate de la oameni sănătoşi, tulpinile enteropatogene au o serie de proprietaţi
adiţionale: capacitatea de a elabora doua tipuri de enterotoxina (termolabilă TL şi termostabilă TS)
si capacitatea de a coloniza suprafaţa epiteliului intestinal, datorita unor autigene proteice, similare
pililor, pe suprafaţa celulelor bacteriene {antigenele de colonizare sau de aderenţă).1975; Elwell si
Shipiey, 19X0). Determinanţii genetici ai enterotoxicităţii şi ai antigenelor de suprafaţă sint
transmisibili, fiind purtaţi de plasmide specifice: plasmida enterotoxinei (M ~ 55—61 X 106 dal),
plasmida, antigenului de colonizare şi plasmida de virulentă a E. invadant, care produce infecţii
generalizate, extraintestinale la om şi animale. Elwd şi Shipley (1980) considera ca numărul
plasmidelor de acest gen este mult mai mare şi mai raspiinlit in populatiile bacteriene, unele
exeniple concrete fiind in curs de coiifirinarc.
Alte tipuri de plasmide:
1. plasmida de patogenitate si virulenta:
 toxina tetanica de la Clostridium tetanii este codoficata de o plasmida.
 tulpinile de E.coli posedă o plasmdăi de dimesiuni mari care codifica un factor de
colonizare care asigura aderenta acestor celule. Ea mai codifica o enterotoxina si o hemolizina.
2. plasmide ce asigură sinteza unor antibiotici (Tetracilcilenele).
3. plasmide responsabile de sinteza unor constituienti structurali cum sunt pilii de sex i iș
vacuolelor cu gaz.
4. bacterile fixatoare de N (gen Rhizobium cu numeroase specii azot)-la acestfixatoare libere
posedă o plasmida care asigură
 infectiozitatea celulelor de Rhizobium (capacitatea de a infecta radacinile plantelor).
 sinteza enzimei nitrogenaza=enzima inductibila sintetizata in lipsa N combinat din
mediu. Este sintetizata dupa stabilirea relatiei de simbioza bacterie-plantă.
6. Plasmide cu gene tumorigene (tumor inducing Ti) prezente în Agrobacterium tumefaciens
(tumori radiculare la pomii fructiferi).

4. 7. Plasmide catabolice (ex: la gen Lactobacillus, genele pentru sinteza Beta galactozidazei si
metabolizarea lactozei) au localizare plasmidiala. Alte plasmide catabolice pot con ine geneț
implicate in biodegradarea substan elor greu degradabile.ț
Structura moleculară a plasmidelor.
Plasmidele prezintă cromozomi în miniatură (“pitici”) constituiţi din molecule de ADN dublu
cuatenar circulare închise covalent. Circularitatea plasmidelor constituie î condiţie supremă a
“supravieţuirii” lor în celula procariotă. Rezultatele cercetărilor asupra palsmidiilor au arătat că
aceste structuri extracromozomale sunt, în esenţă similare cromozomului bacterian. Plasmidele
bacteriene pot fi caracterizate prin:
1. dimensiuni mici (cca 1-2% din mărimea cromozomului);
2. conţinutul bazelor G+C diferit de cel al cromozomului şi corespunzător şi informaţia genetică
este diferită;
3. proprietăţile structurale diferă de cele ale cromozomului ca de exemplu forma superhelocală;
4. încorporează informaţie genetică accesorie
5. funcţionează ca un replicon fizic independent procesul de replicare al căruia este corelat cu
ritmul de replicare al cromozomului.
6. plasmidele interacţionează cu cromozomul pe cale moleculară prin intermediul mezozomului
bacterian.
Masa imoleculară a plasmidelor variază între 1,5 x 106
si 150 x 106
dal (Sherratt, 1974), cele mat
mari dimensiuni fiind atinse de plasmidele conjugative (megaplasmide). Plasmidele Col
neconjugative au numai ~ 5 x 106
dal si o lungime de 2,3 µm (cromozomul E. coli are ~ 2,5 x 109
dal).
Cu ajutorul tehnicilor fizice s-a demonstrat ca ADN plasmidial poate fi găsit in celulele bacteriene in trei forme
diferite :
Configuraţiile spaţiale ale plasmidelor bacteriene
Plasmide circulare
Plasmidele bacteriene pot fi prezente în celula procariotă în trei forme:
1. Forma I numită CCC (covalent closed circular) sau D – moleculă dublu cuatenară circulare,
închis covalent pentru a forma un inel care are una sau două torsiuni ce conferă moleculei
aspect de superhelice. Această formă facilitează izolarea plasmidelor din celula bacteriană, prin
centrifugare în gradient de densitate.
2. Forma II sau F formă cirsualră deschisă care prezintă o catenă închisă şi una deschisă
3. Forme multimere sau oligomere – plasmide cu multipli genomi în structura sa care pot fi:
- legate cap la cap linear sau circular formînd structuri numite oligomere concatenare;

5. - în formă de lanţ format din molecule circulare închise superhelicale, molecule circulare
deschise monocatenar sau molecule circulare închise superhelicale şi molecule circulare
deschise monocatenar. Aceste forme sunt numite oligomere catenare
Oligomerii concatenari rezultă în urma unor procese de recombinare reciprocă sau în urma unor
erori ale replicării plasmidelor, iar cei catenari rezultă prin recombinare. Plasmidele recombinate
se deosebesc de formele menţionate prin faptul că sunt constituite din diferiţi genomi.
Plasmide liniare
Asemenea plasmide sunt alcătuite din ADN d.c. linear (L). Au fost descrise două tipuri de
plasmide lineare :
1. Plasmide lineare cu telomere hairpin (telomere în ac-de-păr). Acestea sunt întâlnite cu precădere
la plasmidele lineare de la Borrelia Spirochetele din genul Borrelia au structură genomică lineară:
toate speciile deBorrel ia examinate au un cromosom linear de 950-1000 kbşi mai multe plasmide
lineare cu dimensiuni cuprinse între 5 şi 200 kb (unele au şi plasmide CCC). Toate plasmidele
lineare de la Borrelia descrise până în prezent au telomere de tip hairpin. Telomerele hairpin se
caracterizează prin palindroame terminale bogate în A/T, la capete existînd o continuitate în
legatura de tip covalent între cele 2 catene. Asemenea structuri (ADN d.c. L cu telomere de
tiphairpin) mai există şi la ADNmt de la reprezentanţii genuluiPich ia, la poxvirusuri şi la
plasmidele lineare din mitocondriile de fungi.
2. Plasmide cu telomere invertroni Asemenea telomere sunt întâlnite la plasmidele lineare de la
genul Streptomyces – plasmide cu dimensiune cuprinsă între 9 şi 600 kbp. Caşi celehairpin,
telomereleinvertroni prezintăşi ele palindroame terminale bogate în A/T. Diferenţa constă însă în
faptul că nu există legatura covalentă între capetele celor 2 catene,şi, ca urmare, capetele 5’şi 3’
sunt libere. La capul 5’ al fiecărei catene este ataşată covalent o moleculă proteică denumită
proteina TP (“Telomeric Protein”) Asemenea structuri ADN, cu palindroame terminale bogate în
A/T şi cu proteina TP ataşată covalent la capul 5’ au fost definite de K.Sakaguchi (1990) ca fiind
elemente genetice mobile cu replicare autonomăa şi denumite INVERTRONI, similare funcţional
cu transposonii.
Telomerelei invertroni sunt caracteristice repliconilor lineari de la eucariote, în mod special la
plasmidele lineare din mitocondriile de fungi şi plante şi din citoplasma de fungi.
Structura genetică şi funcţiile plasmidelor
Plasmidele conţin în structura sa determinanţi genetici cu rol esenţail în porcesul de
“supravieţuire” a oragnismelor în condiţii extremale ale mediului. Ele prezintă entităţi ce se replică
fizic independent deoarece posedă în structura sa genele de replicare. Plasmidele mai conţin gene
care modifică fenotipul bacteriei-gazdă în cazul condiţiilor de stres. De asemenea în structura
plasmidelor au mai fost detectate gene a căror expresie fenotipică nu este cunoscută.
Hărţile genetice al plasmidelor care deja au fost deduse prin diferite metode au permis punerea în
evidenţă a mai multor determinanţi genetici:
- gene necesare pentru replicare;
- suprafeţe de legare pe mezozomi care asigură o sincronizare între replicarea plasmidei,
replicarea cromozomului bacterian şi diviziunea celulei, precum şi repartizarea copiilor
plasmidelor în celulel-fiice;

6. - secvenţe de inserţie (SI);
- la plasmidele de cojugare operoni de transfer;
- gene structurale acre determină apariţia caracterelor fenotipice noi în celula-gazdă.
Prezenţa plasmidelor în celulele procariote conferă acestora trăsături noi aşa ca:
1. rezistenţa la diferiţi agenţi bacterieni (antibiotice)
2. rezistenţa la metalele ca Hg2+,
Cd2+,
Bi, Pb şi ionii arsenaţi şi arsenit;
3. rezistenţă la acţiunea razelor UV;
4. producerea unor toxine sau/şi a factorilor de virulenţă şi aptogenitate ca enterotoxina,
hemolizina, factorul de virulenţă (ColV) la E.coli.
5. inducerea tumorilor la plante;
6. proprietatea de a utiliza substanţe netradiţionale ca camforul, hidrocarburi policiclice;
7. capacitatea de a metaboliza aşa substanţe ca lactoza;
8. fermentaţia lactică;
9. formarea vacuolelor gazoase;
10. capacitatea de a transfera materialul genetic prin conjugare (formarea sex pililor);
11. producerea antibioticelor.
În structura plasmidelor pot fi diferenţiate regiuni funcţionale stabile. Genele cu funcţii esenţiale
formează un segment aparte de cel al genelor cu funcţii neesenţiale. In general, in structura
plasmidelor, regiunile esenţiale si cele neesenţiale nu sunt amestecate. Astfel, genele răspunzătoare
de replicarea lor autonoma sint grupate intr-un segment relativ mic al moleculei, care include
regiunea corespunzătoare originii (ori) replicării (Timmis, 1978).
Cele mai frecvente categorii de gene purtate de plasmide sunt :
- gene de rezistenţă la antibiotice
Plasmidele de rezistenţă au fost descoperite în Japonia în anii 50 la izolate clinice de Shigella
dysenteriaeşi s-a constatat că aceste gene nu erau plasate pe cromosomul bacterian. Au fost
denumite factori R. Folosirea abuzivă şi/sau incorectă a antibioticelor au determinat, pe de o
parte, răspîndirea în populaţiile de bacterii patogene a determinanţilor de antibiorezistenţă, iar
pe de altă parte, dezvoltarea unor mecanisme de antibiorezistenţă extrem de eficiente.
În ceea ce priveşte originea genelor de antibiorezistenţă, au fost emise 2 ipoteze majore:
 genele de antibiorezistenţă existente în prezent în foarte multe bacterii patogene ar
avea originea în gene similare prezente în bacteriile ce produc antibiotice (şi care, de regulă, sunt
bacterii din sol); în această situaţie se presupune că ar fi avut loc evenimente de transfer de gene pe
orizontală între bacterii din sol şi bacterii patogene;
 genele de antibiorezistenţă ar fi evoluat din gene ″house-keeping″ (de exemplu:
proteinele ce efluxează tetraciclina ar putea să fi evoluat din proteinele de transport al
nutrienţilor).
- gene de toleranţă la metale grele (ioni mercurici, derivati organomercurici, nichel, cobalt,
plumb, cadmiu, bismut, antimoniu, zinc, argint)
- gene de rezistenţă la agenţi intercalanţi, radiaţii UV, radiaţii X, bacteriofagi, bacteriocine
- gene ce codifică factori de patogenitateşi de virulenţă
- gene ce codifică bacteriocine

7. - gene ce codifică antibiotice
- gene implicate în metabolismul opinelor (plasmideleTi de laAgrobacterium)
- gene ce codifică capacităţi metabolice deosebite, de exemplu folosirea unor substanţe
xenobiotice ca sursă unică de carbonşi energie la specii dePseudomonas
- gene fixatoare de azot (genelenif de la Rhizobium şi Bradirhiz obium)
- gene ce codifică enzime proteolitice, amilolitice etc
- gene ce codifică transferul plasmidelor pe orizontală prin proces de conjugare bacteriană
(regiuneatra)
Deci, în afară de genele implicate în propria replicare, stabilitateşi partiţie, plasmidele mai pot
purta şi gene ce codifică caractere - unele esenţiale, altele neesenţiale pentru bacteria gazdă.
Caracterele esenţiale reprezintă căi metabolice centrale ale celulei bacteriene, plasmidele
purtătoare fiind prezente la marea majoritate a izolatelor naturale ale unor tulpini bacteriene (de
exemplu, unele plasmide mari de la Agrobacterium tumefaciens, Rhizobium leguminosarum).
Unele caractere neesenţiale conferă avantaje selective gazdelor purtătoare, permiţând
supravieţuirea acestora în anumite condiţii de mediu. În această categorie intră genele plasmidiale
ce codifică rezistenţa la antibiotice şi toleranţa la metale grele (asemenea gene sunt prezente la
multe tulpini de bacterii patogene). În absenţa antibioticelor sau a metalelor grele ca factori de
presiune selectivă, procesele de replicare, menţinere şi partiţie a plasmidelor reprezintă un efort
metabolic suplimentar pentru celulele bacteriene. Ca urmare, în doar câteva pasaje, aceste
plasmide sunt eliminate din populaţia bacteriană prin subreplicare. Ele se menţin doar într-o
proporţie scăzuta a populaţiei bacteriene, fapt ce ar putea fi considerat o″economie″ metabolică la
nivelul întregii populaţii bacteriene.
În ansamblu, genomul bacterian se caracterizează printr-o intensă circulatie pe orizontală a
genelor, între diverşi indivizi bacterieni (H.Tschape 1994). Această circulaţie se desfaşoară prin
trei procese centrale - conjugare, transformareşi transducţie - dintre care, plasmidele sunt implicate
în primele două.
Acest flux continuu de gene pare să fie o caracteristică definitorie a lumii bacterieneşi să fi
contribuit esenţial la extrema versatilitate metabolică a bacteriilor în aproape toate mediile
naturale.
Esenţa autonomiei plasmidelor
Plasmidele prezintă o formă a simbiozei, fiind dependente de majoritatea funcţiilor vitale ale
celulei-gazdă. Individualitatea fizică a plasmidelor se manifestă doar în realizarea a aşa funcţii ca
replicarea şi distribuţia copiilor în celulele fiice. Novik în 1980 lucrînd cu plasmida RpI 258 de la
stafilococi a demonstrat că cca 1/10 din structura plasmidei prezintă aşa numita “zona interzisă”
deleţia căreia are ac urmare pierderea autonomiei plasmidei
În corespundere cu funcţiile pe care le realizează plasmidele formează următoarele categorii:
Plasmide criptice – plasmide ce nu manifestă un efect aparent asupra fenotipului celulelor
bacteriene-gazdă. Se presupune că ele poartă informaţia necesară doar pentru replicarea sa sau că
funcţiile lor nu pot fi depistate cu testele deja existente.
Plasmide de virulenţă – la unele tulpini de E.coli au fost descrie plasmide care determină sinteza
antigenelor de aderenţă (de colonizare), plasmida endotoxinei şi plasmida de virulenţă. Aceste
tulpini, graţie activităţii plasmidelor manifestă o capacitate mare de colonizare a intestinului uman
şi animal, secretă două endotoxine (termostabilă şi termolabilă).
Plasmide producătoare de antibiotice – unele palsmide sunt implicate în direct în sinteza
antibioticelor.
Plasmide cu funcţii metabolice – plasmide cu rol direct în metabolismul celular.