Prokaryoter er en af to typer celler på jorden. Den anden er eukaryoter. Prokaryoter er de mindste af de to, mangler membranbundne organeller og en defineret kerne. Prokaryoter, som er bakterier og arkæer, er for det meste encellede organismer.
Eukaryoter reproducerer seksuelt. I modsætning til eukaryoter, prokaryoter, de reproducerer aseksuelt, og kopierer sig selv i en proces kaldet binær fission. En ulempe ved aseksuel reproduktion er manglen på genetisk varians fra generation til generation.
Seksuel reproduktion øger den genetiske variation, som giver arten beskyttelse mod miljømæssige ændringer såsom udsving i ressourcer eller rovdyrpopulationer såvel som andre faktorer såsom en tilfældig mutation, der har potentialet til at udslette det meste af en befolkning. Hvis der er mangfoldighed i genpuljen er arten mere robust og kan modstå mange uforudsete vanskeligheder.
Prokaryoter har ikke fordelen ved seksuel reproduktion, men de har stadig evnen til at øge den genetiske mangfoldighed gennem flere typer genoverførsel. En af de vigtigste måder, hvorpå prokaryoter (især bakterier) deltager i genoverførsel, kaldes transduktion og er afhængig af hjælp fra vira.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
Prokaryoter er for det meste encellede organismer. De reproducerer aseksuelt gennem en proces kaldet binær fission. Der er tre slags genoverførsler i prokaryoter, der øger deres genetiske mangfoldighed. De er transformation, konjugation og transduktion.
Transduktion er vigtig på grund af dens implikationer for videnskabelig forskning og bakteriel antibiotikaresistens. Transduktion sker, når en virus bruger en bakteriecelle til at replikere sig selv ved at kapre den.
Nogle gange pakker virussen ved et uheld nogle af bakteriens DNA i en fag (viral cellekomponent) i stedet for sit eget DNA. Hvis det sker, vil fagen gå til en anden bakterie for at inficere den, men fagen vil kun injicere den første bakteries DNA i modtagerbakterien, hvor DNA'et vil blive inkorporeret.
Hvad er transduktion i prokaryoter?
Genoverførsel mellem arkæer og især bakterier omtales undertiden som "vandret" eller "lateral" genoverførsel. Dette er fordi genetisk materiale overføres ikke fra forældrebakterieceller til afkomceller, men mellem bakterieceller af samme generation. Den genetiske information bevæger sig vandret på stamtræet i stedet for lodret.
Transduktion blev opdaget i 1950'erne af mikrobiologer Norman Zinder og Joshua Lederberg, da de studerede salmonella. Det er en af de vigtigste typer genoverførsler, der tillader bakterielt DNA at bevæge sig mellem celler.
Virus, der inficerer bakterier, kaldet bakteriofager, muliggør transduktion. Da de bevæger sig fra en bakteriecelle til en anden som infektiøse stoffer, griber de undertiden utilsigtet stykker bakterielt DNA fra en værtscelle og deponerer den i den næste celle, de binder til.
•••Videnskabelig
•••Videnskabelig
Processen med bakteriel transduktion
Virus kan ikke reproducere alene. I stedet skal de bruge bakteriens mere avancerede reproduktive cellebiologi til at lave kopier af sig selv. For at gøre det kaprer bakteriofager værtsceller.
Når en bakteriofag møder en bakteriecelle, det binder til cellen og injicerer fag-DNA gennem plasmamembranen i cellen. Der tager det kommandoen over cellens reproduktive adfærd. I stedet for at replikere sit eget genetiske materiale begynder bakterien at replikere nyt fagpartikler - komponenter i virusceller.
De bakterielle gener nedbrydes af fagerne under denne proces. Hvad der er tilbage af bakterien er en replikeringsmaskine til virussen.
Virussen bruger bakteriecellen til at syntetisere det proteinstillads, det har brug for til dets komponenter. Nogle gange pakker det tilfældigt bakteriel DNA i nogle af fagene sammen med det replikerede virale DNA.
Når alt er klar, er virussen lyser bakteriecellen. Bakteriecellen brister op og frigiver fagerne til at binde til og inficere andre bakterieceller. Når de er bundet, vil nogle af fagerne injicere det bakterielle genetiske materiale, de bærer, i stedet for viralt DNA i den nye bakterie.
Da nogle af fagerne kun bærer stykker af bakterielt DNA, kan de ikke inficere eller lysere den nye modtagercelle. Hvis donorbakterielt DNA passer ind i det nye bakteriekromosom, vil cellen udtrykke generne som om de altid havde været der.
Hvorfor er transduktion vigtig?
Transduktion kan hurtigt ændre den genetiske sammensætning af bakteriepopulationer, selvom de reproducerer aseksuelt. Denne type genoverførsel har potentialet for dybe virkninger på bakterier og de levesteder, de påvirker.
For eksempel vides det, at mange bakteriestammer inficerer og forårsager sygdom hos mennesker og andre organismer. Antibiotika er en behandling, der normalt er effektiv til at modvirke potentielt farlige eller endog dødelige bakterielle infektioner. Nogle bakteriestammer er særligt vanskelige at udrydde og kræver meget specifikke antibiotika.
Det er derfor meget bekymrende, når bakterier udvikler resistens over for antibiotika - uden brug af antibiotika kan dette kulminere i infektioner, der spredes ukontrolleret i kroppen.
Transduktion spiller en rolle i antibiotikaresistens. Nogle bakterieceller har en naturlig modstandsdygtighed over for antibiotika på deres cellemembraner, hvilket gør det svært for antibiotikumet at binde sig der. Dette kan skyldes en tilfældig mutation og vil ikke påvirke antibiotikas samlede effektivitet.
Men hvis en bakteriofag inficerer en antibiotikaresistent bakteriecelle og derefter overfører det muterede gen til andre bakterieceller ved transduktion, flere celler vil være antibiotikaresistente, og da de reproducerer ved binær fission, kan antallet af antibiotikaresistente bakterieceller øges eksponentielt.
Brug af transduktion i medicin
Transduktion har dog positive konsekvenser for mennesker og andre højere livsformer. Videnskabelig forskning har fokuseret på teknikker og resultater af kontrolleret transduktion med mange potentielle anvendelser.
Nogle forskere er interesserede i at skabe nye lægemidler eller bedre levering af medicin. Andre er interesserede i at skabe genetisk modificerede celler til yderligere videnskabelig forståelse af genetikeller til nye områder med medicinsk behandling. De udfører endda eksperimenter for at observere transduktion i ikke-bakterielle celler.
Andre former for DNA-overførsel
Transduktion er ikke den eneste type genoverførsel i prokaryoter. Der er to mere fremtrædende slags:
- Bøjning
- Transformation
Konjugering svarer til transduktion, idet DNA flyttes direkte fra en bakteriecelle til en anden. Der er dog flere vigtige forskelle; især er konjugation ikke afhængig af en virus for at lette genoverførslen.
Bakterier har gener uden for den bakterielle kromosomstruktur. Disse gener kaldes plasmider og dannes typisk i ringe lavet af dobbelthelixer. Under konjugering vokser et plasmid i donorcellen en fremspring, der går ud af plasma membran og slutte cellen til en modtagercelle. Når den er tilsluttet, overfører den en kopi af sit nye DNA til modtageren, inden de løsnes.
Transformation er en metode til genoverførsel, der blev opdaget i midten af det 20. århundrede; denne opdagelse spillede en rolle i opdagelsen af, at DNA er den nedarvede egenskabsinformation for alt liv på jorden. Under transformation opfanger bakterier DNA fra miljøet uden for cellen. Hvis det passer ind i deres bakterie kromosom, det bliver en del af deres permanente genetiske materiale.
