Plastider är specialiserade strukturer inom växtceller som tillverkar och lagrar mat och pigment till cellen. Trodde ha utvecklats från oberoende encelliga organismer som levde symbiotiskt med växter för över en miljard år sedan, de innehåller ett stort antal gener och tillverkar ett antal proteiner. Det finns ett stort intresse för att använda plastider som fabriker för att producera proteiner som är av farmaceutiskt intresse.
De mest kända plastiderna är kloroplasterna, som är platsen för fotosyntesen. Andra inkluderar kromoplaster som lagrar pigment, såsom karotenoider, som är ansvariga för att färga frukter och blommor. Leukoplaster lagrar stärkelse, lipider eller proteiner – alla potentiella matkällor. Förvaringsrötter, som potatis och morötter, kan innehålla leukoplaster fulla av stärkelse. Plastidtyper kan interkonvertera och bli andra typer av plastider, beroende på cellens tillstånd.
Kloroplaster innehåller pigmentet klorofyll som absorberar ljus och ger en grön färg till bladen. Klorofyll fångar energin från solljus och använder den för att dela av väte från syret i vattnet. Detta producerar syre som människor och djur andas. Vätet inkorporeras i koldioxid från luften. Denna fotosyntesprocess producerar glukos och andra föreningar som växten använder för metabolism.
Växtvävnader kan ha ett stort antal plastider i sin cytoplasma; en cell kan ha över 50 av dem. Dessa bildas från uppdelningen av befintliga plastider och ärvs endast från en förälder.
Plastider har ett inre dubbelt membran som skiljer dem från resten av cellen. Inom detta membran finns en mängd specialiserade egenskaper, såsom en serie ytterligare membran och plastomen, eller totalt DNA i plastiden. Detta plastidgenom kodar för cirka 100 av de gener som plastiden behöver, men resten kodas av cellens kärna. Således är plastiden inte helt oberoende av resten av cellen, även om den delar sig separat.
Det pågår aggressiv forskning för att använda kloroplaster som en källa för produktion av biologiska föreningar, såsom enzymer och antikroppar. Plastidomvandling har en stor fördel jämfört med traditionella metoder för att genmanipulera växter, eftersom plastiderna i de flesta fall inte finns i pollen. De bör alltså inte spridas till närliggande växter, och de genetiskt modifierade växterna skulle isoleras. Detta bör bidra till att lindra oron för spridningen av förändrade gener till miljön.
Att introducera gener i plastiden är mycket mer komplicerat än de traditionella metoderna för att introducera gener i cellens kärna, eftersom varje cell kan ha mer än 1,000 25 plastomer. Var och en måste modifieras på samma sätt för att denna teknik ska bli framgångsrik. När den är framgångsrik kan den introducerade genen emellertid utgöra upp till XNUMX % av allt cellulärt protein. Dessutom kan växter göra förändringar av proteiner som bakterier inte kan, vilket ger dem en fördel framför produktion i bakteriella överuttryckssystem.
Flera olika växtarter har framgångsrikt fått sina plastider transformerade. Plastidomvandling av växtembryon, eller unga celler, uppnås ofta med en partikelpistol. Denna teknik täcker guld- eller volframpartiklar med DNA och skjuter dem sedan in i vävnaden. Det DNA som används är en plasmid, en cirkulär enhet av DNA som innehåller den önskade genen. Den kommer också att innehålla en DNA-sekvens som gör att den kan replikera i cellen, och en gen för antibiotikaresistens för att identifiera vilka celler som har transformerats.