Ein bakterielles künstliches Chromosom (BAC) gehört zu einer Klasse von Werkzeugen, die als Vektoren bezeichnet werden und mit denen Mikrobiologen Gene in ein Bakterium – normalerweise E coli – einbringen. Das Einfügen von Genen verändert die Eigenschaften des Bakteriums in einem Prozess, der Transformation genannt wird. Ein Wissenschaftler kann einen Bakterienstamm mit einem BAC verändern und dann die veränderten Bakterien mit einem unveränderten Stamm vergleichen, um herauszufinden, welche Rolle die eingefügten Gene in der Zellbiologie spielen. Während alle Vektoren von Wissenschaftlern in ähnlicher Weise verwendet werden, zeichnet sich der BAC dadurch aus, dass er viel mehr genetisches Material tragen kann als konkurrierende Werkzeuge.
Im Laufe der Jahre haben Wissenschaftler verschiedene Arten von Vektoren entwickelt, um das Erbgut von Bakterien zu verändern. Der Großteil davon entsteht durch die Modifikation von Phagen – Viren, die nur Bakterienzellen infizieren – oder Strukturen, die als Plasmide bezeichnet werden. Das bakterielle künstliche Chromosom ist einer von mehreren Plasmid-basierten Vektoren. Plasmide sind frei schwebende DNA-Ringe, die viele Bakterien zusätzlich zu ihrer chromosomalen DNA enthalten. Sie gelten nicht als eigenständige Lebensform, verhalten sich aber dennoch so etwas wie ein Organismus im Organismus: Sie können sich unabhängig von den Bakterien, in denen sie „leben“, fortpflanzen.
Plasmide wie das bakterielle künstliche Chromosom werden in Bakterien mit einem Verfahren namens Elektroporation eingefügt. Bei der Elektroporation wird die Zellmembran durch einen elektrischen Schlag gestört, wodurch vorübergehende Öffnungen entstehen, durch die Moleküle eingeführt werden können. Vorläufer der BAC waren modifizierte Plasmide mit so exotischen Namen wie Cosmid und Fosmid. Diese oft frustrierten Forschungsversuche, weil sie nur wenige Zehntausende von DNA-Basenpaaren tragen konnten, genug, um nur sehr kleine Gene einzufügen.
Im Jahr 1992 wurde das erste bakterielle künstliche Chromosom von Hiroaki Shizuya, einem Forscher am California Institute of Technology, durch Modifikation eines Plasmids namens F-Faktor hergestellt. F-Faktor-Plasmide werden auf natürliche Weise von Bakterien verwendet, um in Zeiten von Umweltstress DNA von einer Zelle in eine andere zu übertragen, um die genetische Variabilität und die Überlebenswahrscheinlichkeit zu erhöhen. Im Gegensatz zu seinen Vorgängern könnte das BAC große Gene mit Hunderttausenden von DNA-Basenpaaren oder mehrere Gene gleichzeitig tragen.
Eine Reihe großer BAC-Bibliotheken werden jetzt von Universitäten, der Privatwirtschaft und Regierungsgruppen unterhalten. Neben den untersuchten Genen enthalten viele BACs Werkzeuge, die eine einfachere Forschung ermöglichen. Einige BACs enthalten beispielsweise Gene, die Bakterien blau färben oder leuchten lassen, um die Identifizierung zu erleichtern. Einige enthalten Gene, die den Wirt gegen bestimmte Antikörper resistent machen. Die Kulturen können gereinigt werden, indem sie mit dem fraglichen Antikörper gespült werden, wodurch alle Bakterien abgetötet werden, außer denen, die das BAC tragen.
Da Bakterien sich schnell vermehren, kann das künstliche Bakterienchromosom auch verwendet werden, um große Mengen einer bestimmten genetischen Sequenz zu Studienzwecken zu klonen. Dies hat eine bessere Untersuchung der Genome von Organismen ermöglicht, die unter Laborbedingungen langsam oder unvorhersehbar wachsen. Die Möglichkeit zum Klonen hat die Forschung zur Behandlung von Krankheiten beschleunigt, indem es eine schnellere Identifizierung wirksamer antiviraler und antibakterieller Medikamente ermöglicht. Es hat auch eine effektivere Produktion von Sequenzen ermöglicht, die bei der genetischen Modifikation anderer Organismen für Forschung und Industrie verwendet werden.