En plasmid är en cirkulär bit av DNA som finns i många bakterier. Den mest anmärkningsvärda egenskapen hos plasmider är att de replikerar oberoende av värdens huvud-DNA. Ofta används en plasmid i rekombinant kloningsteknologi för att klona nyligen isolerade gener. Det är också mycket vanligt att använda en rekombinant plasmid för att uttrycka stora mängder av en känd gen för att erhålla RNA eller protein från den. Sådant rekombinant genuttryck har varit oumbärligt för bioteknikindustrin.
Rekombinanta plasmider utvecklades först i labbråttan i bakterievärlden, Escherichia coli. Många andra typer av bakterier kan hysa sådana plasmider. Dessa bitar av självreplikerande DNA kan överföras naturligt mellan olika typer av bakterier. Trots detta var det ibland svårt att introducera de rekombinanta plasmiderna i andra typer av bakterier.
Den primära proceduren för att introducera DNA i andra celler kallas transformation, där bakterierna behandlas med kemikalier som gör dem mer benägna att ta upp främmande DNA. En annan teknik går ut på att chocka bakterierna med en elektrisk ström. Detta är känt som elektroporation.
Skälen för att skapa en rekombinant plasmid varierar. När DNA först isoleras från en viss vävnad eller organism, omvandlas det ofta till plasmider för att skapa ett bibliotek. Sedan kan DNA extraheras från enskilda kolonier. Därefter kan de screenas genom DNA-sekvensering för att fastställa vilka typer av gener som finns, om sekvenserna finns i en databas. Ibland klonas gener med okända funktioner.
I andra fall är genprodukten välkänd, men forskarna vill uttrycka stora mängder av den för vidare studier. Genen kan klonas in i rekombinanta plasmider som är överexpressionsvektorer. De är speciellt utformade för att producera stora mängder RNA eller protein. Detta har varit särskilt värdefullt för rekombinanta humana proteiner, som tidigare ofta bara var tillgängliga från kadaver, vilket gör det mycket svårt att studera funktionen hos en viss gen.
Flera faktorer är involverade i att konstruera en plasmid som kan användas vid molekylär kloning. Plasmiden måste ha en selekterbar markör. Detta gör det möjligt att välja en cell med genen. Normalt är populationen av celler som saknar genen med markören betydligt fler än mängden celler som bär den. I allmänhet har en rekombinant plasmid resistens mot ett antibiotikum, eller kan växa i frånvaro av en speciell aminosyra.
En sådan plasmid behöver ett replikationsursprung så att den kan börja syntetisera sitt rekombinanta DNA. Dessutom kräver en rekombinant plasmid en uppsättning speciella sekvenser för att tillåta ett restriktionsenzym att klyva DNA:t för att tillåta en gen att infogas i kloningsvektorn. Det finns ett stort antal restriktionsenzymer som är högt specialiserade för specifika DNA-sekvenser som måste finnas där genen börjar och slutar.
Traditionella bakteriestammar har använts för DNA-kloning i årtionden. Dessutom finns det nya kit som använder speciellt konstruerade bakteriestammar för att underlätta överuttryck av genprodukten. De kombinerar tekniken för att klona en gen med en metod som möjliggör enkel rening av proteinet som uttrycks från genen när det väl har klonats in i den rekombinanta plasmiden.