Fertilitätsplasmid

Synonyme: F-Plasmid, Fertilitätsfaktor, Fruchtbarkeitsplasmid, F-Faktor
Englisch: fertility factor

Definition

Fertilitätsplasmide, kurz F-Plasmide, vermitteln die Konjugation, also eine Form der Genübertragung zwischen Bakterien. Sie gehören zur Gruppe der Plasmide.

Biochemie

Plasmide sind ringförmige, doppelsträngige und extrachromosomale DNA-Moleküle, die in Bakterien vorkommen und sich autonom replizieren.

F-Plasmide verleihen Bakterien die Fähigkeit zur Konjugation (auch horizontaler Gentransfer genannt). Dabei nimmt der Donor (F⁺-Stamm) über eine sog. Plasmabrücke (Sexpilus) Kontakt zu einem Rezipienten (F^--Stamm) auf. Der Donor übergibt ihm die Kopie eines F-Plasmids, wodurch der Rezipient zum F⁺-Stamm wird.

Durch eine besondere Form der Replikation, die sog. Rolling-Circle-Replikation, wird die Kopie des F-Plasmids ermöglicht. Diese geht von einem eigenen Replikationsstartpunkt (Origin), oriT, aus. Die Replikation wird von Produkten spezieller Gene (mob-Gene) vorbereitet.

Die für den Gentransfer zuständigen Proteine kodieren 19 Transfer(tra)-Gene in der tra-Region des F-Plasmids. Ein Fertilitätsplasmid umfasst hierbei ca. 100 kbp (Kilobasenpaare). Selten integriert sich ein solches F-Plasmid in das bakterielle Chromosom. In dieser Situation überträgt der Donor neben den Plasmidsequenzen zusätzlich noch chromosomale DNA auf den Rezipienten. Die Auswahl der übertragenen Gene hängt vom Integrationsort des F-Plasmids ab. Die Integration des F-Plasmids in das Genom ist umkehrbar (reversibel), sodass manchmal Fehler auftreten können und dadurch ein Teil der chromosomalen DNA auf dem wiederhergestellten F-Plasmid erscheint. Ein solches modifiziertes Plasmid bezeichnet man als F'-Plasmid.

Neben den F-Plasmiden, die keine zusätzlichen Funktionen besitzen, existieren noch andere Plasmide (z.B. Resistenzplasmide), die Transfergene tragen und dadurch konjugativ sein können. Weil Transfergene einen großen Platz beanspruchen (30 kbp), sind kleinere Plasmide nicht dazu in der Lage, konjugativ aktiv zu werden. Jedoch können manche dieser inaktiven Plasmide in der Gegenwart eines F-Plasmids auf andere Bakterien übertragen werden. Sie sind also mobilisierbar. Voraussetzung dafür sind ein oriT (spezieller Replikationsursprung) und Gene, die die Rolling-Circle-Replikation vorbereiten.

Konjugativ aktive und mobilisierbare Plasmide sind für die Vermittlung des horizontalen Gentransfers zuständig. Sie übertragen (z.B. Resistenz- oder Virulenz)-Gene zwischen einzelnen, manchen aber auch eng verwandten Bakterien.

Literatur

"Duale Reihe Biochemie" - Joachim Rassow et. al., Thieme-Verlag, 3. Auflage