Bei vielen verschiedenen Bakterien finden sich im Zytoplasma kleine kreisförmige DNA-Stücke. Diese DNA-Kreise werden als Plasmide bezeichnet und sind getrennt von der chromosomalen DNA oder der DNA, die die Gene für die Bakterienzellen trägt. In der Bakterienzelle sind oft mehrere Kopien der Plasmide gleichzeitig vorhanden. Plasmide spielen eine sehr wichtige Rolle in der Gentechnik, insbesondere bei der Genklonierung.
Wenn Gene geklont werden, findet der Prozess normalerweise innerhalb von Bakterien statt. Um das zu klonierende Gen in die Bakterien zu bekommen, ist ein Vektor notwendig. Als Vektor wird ein Plasmid verwendet, da es leicht von einer Zelle in eine andere übergehen kann.
Bei der Genklonierung sind mehrere Schritte erforderlich, bevor ein Plasmid in eine Wirtszelle eingefügt wird. Zunächst muss das zu kopierende Gen sowie die als Vektoren zu verwendenden Plasmide isoliert werden. Danach muss das Gen in die Plasmid-DNA eingefügt werden. Das Plasmid wird dann zur Replikation in die bakterielle Wirtszelle eingefügt.
Um Plasmide aus Bakterienzellen zu isolieren, müssen die Zellen zunächst mit Enzymen behandelt werden, um die Zellwände der Bakterien abzubauen. Die größere chromosomale DNA wird mit einer Zentrifuge von den kleineren Plasmiden getrennt. In die isolierte Plasmid-DNA kann nun das Gen eingefügt werden.
Plasmide bestehen aus einem doppelsträngigen DNA-Kreis. Zur Insertion des gewünschten Gens wird die Plasmid-DNA mit Restriktionsenzymen geschnitten. Diese Enzyme schneiden DNA nur an sehr spezifischen Nukleotidsequenzen. Nach dem Schneiden der Plasmid-DNA werden an die losen Enden Linkersequenzen angefügt, die mit den Enden des einzufügenden Gens korrelieren. Dadurch wird sichergestellt, dass das Gen genau in das Plasmid passt.
Nachdem das Gen in das Plasmid eingefügt wurde, kann es nun in ein lebendes Bakterium eingefügt werden. Bakterien replizieren ihre Plasmide, sodass eine einzelne Zelle viele Kopien enthalten kann. Innerhalb eines Bakteriums können bis zu 200 Kopien eines einzelnen Plasmids vorhanden sein. Wird das Plasmid in viele Bakterienzellen eingebracht, können relativ schnell viele Kopien des Gens hergestellt werden, zumal sich Bakterienzellen etwa alle 20 Minuten vermehren.
Dies ist der Prozess, der verwendet wird, um Humaninsulin herzustellen. Das für Insulin kodierende Gen wurde isoliert und in ein Plasmid eingefügt. Alle Plasmide, die das Insulin-Gen enthielten, wurden dann in ein Bakterium eingeführt, wo sie repliziert wurden. Die Bakterien replizieren sich dann weiter, sodass in kürzester Zeit viele Millionen Zellen mit dem Insulin-Gen entstehen können. Dieses geklonte Gen bietet nun eine zuverlässige Quelle für Humaninsulin.