Transformace, transdukce a konjugace: přenos genů u prokaryot

Prokaryoty jsou jedním ze dvou typů buněk na Zemi. Druhou jsou eukaryoty. Prokaryotes jsou menší ze dvou, postrádající organely vázané na membránu a definované jádro. Prokaryoty, které jsou bakteriemi a archeami, jsou většinou jednobuněčné organismy.

Eukaryota se reprodukují sexuálně. Na rozdíl od eukaryoty, prokaryoty, které se reprodukují nepohlavně, kopírují se v procesu zvaném binární dělení. Nevýhodou nepohlavní reprodukce je nedostatek genetické variability mezi generacemi.

Sexuální reprodukce zvyšuje genetickou variabilitu, která poskytuje druhům ochranu před změnami prostředí, jako jsou fluktuace ve zdrojích nebo populacích dravců, stejně jako další faktory, jako je náhodná mutace, která má potenciál vyhladit většinu populace. Pokud existuje rozmanitost v genofondu je tento druh robustnější a vydrží mnoho nepředvídaných těžkostí.

Prokaryoty nemají výhodu sexuálního rozmnožování, ale stále mají schopnost zvyšovat genetickou rozmanitost pomocí několika typů přenosu genů. Jeden z nejdůležitějších způsobů, kterými se prokaryoty (zejména bakterie) účastní přenosu genů, se nazývá transdukce a spoléhá se na pomoc virů.

TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)

Prokaryoty jsou většinou jednobuněčné organismy. Reprodukují se asexuálně prostřednictvím procesu zvaného binární štěpení. U prokaryot existují tři druhy přenosu genů, které zvyšují jejich genetickou rozmanitost. Jsou to transformace, konjugace a transdukce.

Transdukce je důležitá z důvodu důsledků pro vědecký výzkum a odolnost bakteriálních antibiotik. K transdukci dochází, když virus použije bakteriální buňku k replikaci únosem.

Virus někdy náhodně zabalí část DNA bakterií do fága (složka virové buňky) namísto vlastní DNA. Pokud k tomu dojde, fág přejde do jiné bakterie, aby ji infikoval, ale fág vstřikuje pouze DNA první bakterie do bakterie příjemce, kde bude DNA začleněna.

Přenos genů mezi archaeami a zejména bakteriemi se někdy označuje jako „horizontální“ nebo „laterální“ přenos genů. To je proto, že genetický materiál není předáván z rodičovských bakteriálních buněk na potomstvo, ale mezi bakteriálními buňkami stejné generace. Genetická informace se na rodokmenu pohybuje horizontálně, nikoli vertikálně.

Transdukci objevili v padesátých letech minulého století mikrobiologové Norman Zinder a Joshua Lederberg při studiu salmonely. Je to jeden z nejdůležitějších typů genových přenosů, který umožňuje bakteriální DNA pohybovat se mezi buňkami.

Viry, které infikují bakterie, nazývané bakteriofágy, umožňují transdukci. Vzhledem k tomu, že se pohybují z jedné bakteriální buňky do druhé jako infekční agens, někdy nechtěně popadnou kousky bakteriální DNA z jedné hostitelské buňky a uloží ji do další buňky, na kterou se váží.

•••Vědění

•••Vědění

Viry se samy nemohou reprodukovat. Místo toho musí k vytváření kopií použít pokročilejší biologii reprodukčních buněk bakterií. K tomu bakteriofágy unesou hostitelské buňky.

Když bakteriofág narazí na a bakteriální buňka, váže se na buňku a vstřikuje fágovou DNA plazmatickou membránou do buňky. Tam přebírá velení nad reprodukčním chováním buňky. Místo replikace vlastního genetického materiálu se bakterie začne replikovat nové částice fága - složky virových buněk.

Bakteriální geny jsou během tohoto procesu degradovány fágy. Z bakterie zbývá replikační stroj na virus.

Virus používá bakteriální buňku k syntéze proteinového lešení, které potřebuje pro své složky. Někdy náhodně zabalí zbloudilou bakteriální DNA do některých fágů spolu s replikovanou virovou DNA.

Jakmile je vše připraveno, virus lýzy bakteriální buňka. Bakteriální buňky prasknou a uvolní fágy, aby se vážily a infikovaly další bakteriální buňky. Po navázání některé z fágů injektují bakteriální genetický materiál, který přenášejí, místo virové DNA do nové bakterie.

Protože některé z fágů nesou pouze kousky bakteriální DNA, nemohou infikovat nebo lyžovat novou buňku příjemce. Pokud se bakteriální DNA dárce vejde do nového bakteriálního chromozomu, buňka bude exprimovat geny, jako by tam vždy byly.

Transdukce může rychle změnit genetickou výbavu bakteriálních populací, i když se reprodukují nepohlavně. Tento typ přenosu genů má potenciál hlubokých účinků na bakterie a stanoviště, která ovlivňují.

Například je známo, že mnoho kmenů bakterií infikuje a způsobuje onemocnění u lidí a jiných organismů. Antibiotika jsou léčba, která je obvykle účinná proti potenciálně nebezpečným nebo dokonce smrtelným bakteriálním infekcím. Některé bakteriální kmeny je zvláště obtížné vymýtit a vyžadují velmi specifická antibiotika.

Proto je velmi znepokojivé, když si bakterie vytvoří rezistenci na antibiotika - bez použití antibiotik by to mohlo vyvrcholit infekcemi, které se nekontrolovaně šíří v těle.

Transdukce hraje roli v rezistenci na antibiotika. Některé bakteriální buňky mají přirozenou rezistenci na antibiotika na svých buněčných membránách, což ztěžuje jejich navázání. Může to být způsobeno a náhodná mutace a neovlivnilo by to celkovou účinnost antibiotika.

Pokud však bakteriofág infikuje bakteriální buňku rezistentní na antibiotika a poté transdukcí převede tento mutovaný gen do dalších bakteriálních buněk, více buněk bude rezistentních na antibiotika a protože se budou množit binárním štěpením, počet bakteriálních buněk rezistentních na antibiotika by se mohl zvýšit exponenciálně.

Transdukce má však pozitivní důsledky pro člověka a další vyšší formy života. Vědecký výzkum se zaměřuje na techniky a výsledky řízené transdukce s mnoha potenciálními aplikacemi.

Někteří vědci se zajímají o vytváření nových léků nebo lepší podávání léků. Jiní se zajímají o vytváření geneticky modifikovaných buněk pro další vědecké poznání genetika, nebo pro nové oblasti lékařských ošetření. Dokonce provádějí experimenty, aby sledovali transdukci v nebakteriálních buňkách.

Transdukce není jediným typem přenosu genů u prokaryot. Existují dva další prominentní druhy:

• Časování
• Proměna

Konjugace je podobná transdukci, kdy se DNA přesouvá přímo z jedné bakteriální buňky do druhé. Existuje však několik důležitých rozdílů; nejvýznamnější je, že konjugace nespoléhá na virus k usnadnění přenosu genu.

Bakterie mají geny mimo strukturu bakteriálních chromozomů. Tyto geny se nazývají plazmidy a obvykle se tvoří v prstencích vytvořených z dvojitých šroubovic. Během konjugace roste plazmid v dárcovské buňce projekcí, která opouští plazmatická membrána a připojte buňku k buňce příjemce. Jakmile se připojí, předá kopii své nové DNA příjemci, než se oddělí.

Transformace je metoda přenosu genů, která byla objevena v polovině 20. století; tento objev hrál roli při objevu, že DNA je zděděná informace o vlastnostech pro celý život na Zemi. Během transformace bakterie sbírají DNA z prostředí mimo buňku. Pokud to zapadá do jejich bakterií chromozóm, stává se součástí jejich permanentního genetického materiálu.