التحول والتحول والاقتران: نقل الجينات في بدائيات النوى

بدائيات النوى هي أحد نوعين من الخلايا على الأرض. الآخر هو حقيقيات النوى. بدائيات النوى هي الأصغر من الاثنين ، وتفتقر إلى عضيات مرتبطة بالغشاء ونواة محددة. بدائيات النوى ، وهي بكتيريا وعتائق ، هي في الغالب كائنات وحيدة الخلية.

تتكاثر حقيقيات النوى جنسيًا. على عكس حقيقيات النواة، بدائيات النوى تتكاثر بلا جنس ، تنسخ نفسها في عملية تسمى الانشطار الثنائي. عيب ل التكاثر اللاجنسي هو نقص التباين الجيني من جيل إلى جيل.

يزيد التكاثر الجنسي من التباين الجيني ، مما يوفر الحماية للأنواع ضد التغيرات البيئية مثل التقلبات في الموارد أو المجموعات المفترسة ، بالإضافة إلى عوامل أخرى مثل الطفرة العشوائية التي لديها القدرة على القضاء على معظم تعداد السكان. إذا كان هناك تنوع في تجمع الجينات ، تكون الأنواع أكثر متانة ويمكنها تحمل العديد من المصاعب غير المتوقعة.

لا تتمتع بدائيات النوى بفائدة التكاثر الجنسي ، لكن لا يزال لديها القدرة على زيادة التنوع الجيني من خلال عدة أنواع من نقل الجينات. يُطلق على واحدة من أهم الطرق التي تنخرط فيها بدائيات النوى (خاصة البكتيريا) في نقل الجينات ، عملية النقل ، وتعتمد على مساعدة الفيروسات.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)

بدائيات النوى هي في الغالب كائنات وحيدة الخلية. يتكاثرون لاجنسيًا من خلال عملية تسمى الانشطار الثنائي. هناك ثلاثة أنواع من نقل الجينات في بدائيات النوى التي تزيد من تنوعها الجيني. هم التحول ، الاقتران والتنبيغ.

التنبيغ مهم بسبب آثاره على البحث العلمي ومقاومة المضادات الحيوية البكتيرية. يحدث التنبيغ عندما يستخدم الفيروس خلية بكتيرية لتكرار نفسها عن طريق اختطافها.

يقوم الفيروس أحيانًا بطريق الخطأ بتعبئة بعض الحمض النووي للبكتيريا في فج (مكون الخلية الفيروسية) بدلاً من الحمض النووي الخاص به. إذا حدث ذلك ، ستنتقل العاثية إلى بكتيريا أخرى لتصيبها ، لكن العاثية ستحقن فقط الحمض النووي للبكتيريا الأولى في البكتيريا المتلقية ، حيث سيتم دمج الحمض النووي.

يشار أحيانًا إلى نقل الجينات بين العتائق وخاصة البكتيريا بالنقل الجيني "الأفقي" أو "الجانبي". هذا بسبب المادة الوراثية لا ينتقل من الخلايا البكتيرية الأم إلى الخلايا الذرية ، ولكن بين الخلايا البكتيرية من نفس الجيل. تتحرك المعلومات الجينية أفقيًا على شجرة العائلة ، بدلاً من نقلها عموديًا.

تم اكتشاف التنبيغ في الخمسينيات من قبل علماء الأحياء الدقيقة نورمان زيندر وجوشوا ليدربيرج أثناء دراستهم السالمونيلا. وهو أحد أهم أنواع عمليات نقل الجينات ، حيث يسمح للحمض النووي البكتيري بالانتقال بين الخلايا.

الفيروسات التي تصيب البكتيريا ، والتي تسمى العاثيات ، تجعل عملية النقل ممكنة. نظرًا لأنهم ينتقلون من خلية بكتيرية إلى أخرى كعوامل معدية ، فإنهم في بعض الأحيان يلتقطون عن غير قصد قطعًا من الحمض النووي البكتيري من خلية مضيفة واحدة ويضعونها في الخلية التالية التي يرتبطون بها.

•••علم

•••علم

لا يمكن للفيروسات أن تتكاثر من تلقاء نفسها. بدلاً من ذلك ، يجب عليهم استخدام بيولوجيا الخلية التناسلية الأكثر تقدمًا للبكتيريا لعمل نسخ من أنفسهم. للقيام بذلك ، تقوم العاثيات باختطاف الخلايا المضيفة.

عندما تواجه العاثية أ خلية بكتيرية، فإنه يرتبط بالخلية ويحقن الحمض النووي من خلال غشاء البلازما في الخلية. هناك ، يتولى قيادة السلوك التناسلي للخلية. بدلاً من استنساخ مادتها الجينية ، تبدأ البكتيريا في تكرار جديد جسيمات فج - مكونات الخلايا الفيروسية.

تتحلل الجينات البكتيرية بواسطة العاثيات خلال هذه العملية. ما تبقى من البكتيريا هو آلة استنساخ للفيروس.

يستخدم الفيروس الخلية البكتيرية لتركيب سقالات البروتين التي يحتاجها لمكوناته. في بعض الأحيان ، تقوم بطريق الخطأ بتجميع الحمض النووي البكتيري الضال في بعض العاثيات جنبًا إلى جنب مع الحمض النووي الفيروسي المتكرر.

بمجرد أن يصبح كل شيء جاهزًا ، الفيروس ليسيس الخلية البكتيرية. تنفجر الخلية البكتيرية ، وتطلق العاثيات لترتبط بالخلايا البكتيرية الأخرى وتصيبها. بمجرد الارتباط ، ستحقن بعض العاثيات المادة الوراثية البكتيرية التي تحملها بدلاً من الحمض النووي الفيروسي في البكتيريا الجديدة.

نظرًا لأن بعض العاثيات تحمل فقط قطعًا من الحمض النووي البكتيري ، فلا يمكنها إصابة الخلية المستقبلة الجديدة أو تحللها. إذا كان الدنا البكتيري المتبرع مناسبًا للكروموسوم البكتيري الجديد ، فإن الخلية ستعبر عن الجينات كما لو كانت موجودة دائمًا.

يمكن أن يغير التنبيغ بسرعة التركيب الجيني للمجموعات البكتيرية على الرغم من تكاثرها اللاجنسي. هذا النوع من نقل الجينات لديه القدرة على إحداث تأثيرات عميقة على البكتيريا والموائل التي تؤثر عليها.

على سبيل المثال ، من المعروف أن العديد من سلالات البكتيريا تصيب وتسبب المرض للإنسان والكائنات الحية الأخرى. المضادات الحيوية هي علاج فعال عادة لمواجهة الالتهابات البكتيرية التي يحتمل أن تكون خطيرة أو حتى مميتة. يصعب استئصال بعض السلالات البكتيرية بشكل خاص ، وتتطلب مضادات حيوية خاصة جدًا.

لذلك ، فإن الأمر يثير قلقًا كبيرًا عندما تطور البكتيريا مقاومة للمضادات الحيوية - فبدون استخدام المضادات الحيوية ، يمكن أن يتوج ذلك بالعدوى التي تنتشر في الجسم دون رادع.

يلعب التنبيغ دورًا في مقاومة المضادات الحيوية. تتمتع بعض الخلايا البكتيرية بمقاومة طبيعية للمضادات الحيوية على أغشية خلاياها ، مما يجعل من الصعب على المضاد الحيوي الالتصاق بها. قد يكون هذا بسبب أ طفرة عشوائية ولن تؤثر على الفعالية الكلية للمضاد الحيوي.

ومع ذلك ، إذا أصابت العاثية خلية بكتيرية مقاومة للمضادات الحيوية ثم نقلت ذلك الجين المتحور إلى خلايا بكتيرية أخرى عن طريق التنبيغ ، سيكون المزيد من الخلايا مقاومة للمضادات الحيوية ، ومع تكاثرها عن طريق الانشطار الثنائي ، يمكن أن يزداد عدد الخلايا البكتيرية المقاومة للمضادات الحيوية أضعافا مضاعفة.

ومع ذلك ، فإن التنبيغ له آثار إيجابية على البشر وأشكال الحياة العليا الأخرى. ركز البحث العلمي على تقنيات ونتائج التنبيغ الخاضع للرقابة مع العديد من التطبيقات المحتملة.

يهتم بعض العلماء بابتكار أدوية جديدة أو توصيل دواء أفضل. يهتم آخرون بإنشاء خلايا معدلة وراثيًا لزيادة الفهم العلمي لها علم الوراثة، أو لمجالات جديدة من العلاج الطبي. حتى أنهم يجرون تجارب لمراقبة التنبيغ في الخلايا غير البكتيرية.

التنبيغ ليس هو النوع الوحيد من نقل الجينات في بدائيات النوى. هناك نوعان أكثر بروزًا:

• اقتران
• تحويل

الاقتران مشابه للتنبيغ في ذلك الحمض النووي ينتقل مباشرة من خلية بكتيرية إلى أخرى. ومع ذلك ، هناك العديد من الاختلافات المهمة ؛ والجدير بالذكر أن الاقتران لا يعتمد على الفيروس لتسهيل نقل الجينات.

تحتوي البكتيريا على جينات خارج بنية الكروموسوم البكتيري. تسمى هذه الجينات بالبلازميدات وتتشكل عادة في حلقات مكونة من حلزونات مزدوجة. أثناء الاقتران ، ينمو البلازميد في الخلية المانحة نتوءًا يخرج من غشاء بلازمي وانضم إلى الخلية بخلية متلقية. بمجرد الانضمام ، ينقل نسخة من حمضه النووي الجديد إلى المتلقي قبل فصله.

التحول هو طريقة لنقل الجينات تم اكتشافه في منتصف القرن العشرين. لعب هذا الاكتشاف دورًا في اكتشاف أن الحمض النووي هو معلومات السمات الموروثة لجميع أشكال الحياة على الأرض. أثناء التحول ، تلتقط البكتيريا الحمض النووي من البيئة خارج الخلية. إذا تناسبت مع البكتيريا كروموسوم، يصبح جزءًا من مادتهم الجينية الدائمة.