Prokaryoten sind eine von zwei Zelltypen auf der Erde. Das andere sind Eukaryoten. Prokaryoten sind die kleineren der beiden, denen membrangebundene Organellen und ein definierter Zellkern fehlen. Prokaryoten, bei denen es sich um Bakterien und Archaeen handelt, sind meist einzellige Organismen.
Eukaryoten vermehren sich geschlechtlich. nicht wie Eukaryoten, Prokaryonten, die sie sich ungeschlechtlich vermehren und sich in einem Prozess namens. kopieren Zellteilung. Ein Nachteil für asexuelle Reproduktion ist der Mangel an genetischer Varianz von einer Generation zur nächsten.
Die sexuelle Fortpflanzung erhöht die genetische Varianz, was die Art vor Umweltveränderungen wie Schwankungen schützt in Ressourcen oder Raubtierpopulationen, sowie andere Faktoren wie eine zufällige Mutation, die das Potenzial hat, die meisten a. auszulöschen Population. Wenn da ist Vielfalt im Genpool ist die Art robuster und hält vielen unvorhergesehenen Strapazen stand.
Prokaryoten haben nicht den Vorteil der sexuellen Fortpflanzung, aber sie haben immer noch die Fähigkeit, die genetische Vielfalt durch verschiedene Arten von Gentransfer zu erhöhen. Eine der wichtigsten Methoden, mit denen Prokaryoten (insbesondere Bakterien) am Gentransfer beteiligt sind, wird als Transduktion bezeichnet und beruht auf der Hilfe von Viren.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Prokaryonten sind meist einzellige Organismen. Sie vermehren sich ungeschlechtlich durch einen Prozess, der als Binärspaltung bezeichnet wird. Es gibt drei Arten des Gentransfers bei Prokaryonten, die ihre genetische Vielfalt erhöhen. Sie sind Transformation, Konjugation und Transduktion.
Die Transduktion ist wegen ihrer Bedeutung für die wissenschaftliche Forschung und die bakterielle Antibiotikaresistenz wichtig. Transduktion geschieht, wenn ein Virus eine Bakterienzelle verwendet, um sich selbst zu replizieren, indem es sie entführt.
Manchmal verpackt das Virus versehentlich einen Teil der DNA des Bakteriums in einen Phagen (virale Zellkomponente) anstelle seiner eigenen DNA. In diesem Fall wird der Phagen zu einem anderen Bakterium gehen, um es zu infizieren, aber der Phagen injiziert nur die DNA des ersten Bakteriums in das Empfängerbakterium, wo die DNA eingebaut wird.
Was ist Transduktion bei Prokaryoten?
Der Gentransfer zwischen Archaeen und insbesondere Bakterien wird manchmal als „horizontaler“ oder „lateraler“ Gentransfer bezeichnet. Das ist weil Genmaterial wird nicht von den Elternzellen an die Nachkommen weitergegeben, sondern zwischen Bakterienzellen derselben Generation. Die genetische Information bewegt sich im Stammbaum horizontal statt vertikal.
Die Transduktion wurde in den 1950er Jahren von den Mikrobiologen Norman Zinder und Joshua Lederberg bei der Untersuchung von Salmonellen entdeckt. Es ist eine der wichtigsten Arten des Gentransfers, die es der bakteriellen DNA ermöglicht, sich zwischen den Zellen zu bewegen.
Viren, die Bakterien infizieren, sogenannte Bakteriophagen, ermöglichen die Transduktion. Da sie als Infektionserreger von einer Bakterienzelle zur anderen wandern, greifen sie manchmal versehentlich Stücke bakterieller DNA aus einer Wirtszelle und lagern sie in der nächsten Zelle ab, an die sie binden.
•••Wissenschaft
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Der Prozess der bakteriellen Transduktion
Viren können sich nicht selbst vermehren. Stattdessen müssen sie die fortschrittlichere reproduktive Zellbiologie der Bakterien nutzen, um Kopien von sich selbst herzustellen. Dazu entführen Bakteriophagen Wirtszellen.
Wenn ein Bakteriophage auf a trifft Bakterienzelle, bindet es an die Zelle und injiziert Phagen-DNA durch die Plasmamembran in die Zelle. Dort übernimmt es die Kontrolle über das Fortpflanzungsverhalten der Zelle. Anstatt sein eigenes genetisches Material zu replizieren, beginnt das Bakterium, sich neu zu replizieren Phagenpartikel – Bestandteile von Viruszellen.
Die bakteriellen Gene werden dabei von den Phagen abgebaut. Was von dem Bakterium übrig bleibt, ist eine Replikationsmaschine für das Virus.
Das Virus nutzt die Bakterienzelle, um das Proteingerüst zu synthetisieren, das es für seine Bestandteile benötigt. Manchmal verpackt es versehentlich verirrte bakterielle DNA zusammen mit der replizierten viralen DNA in einige der Phagen.
Sobald alles fertig ist, der Virus lysiert die Bakterienzelle. Die Bakterienzelle platzt auf und setzt die Phagen frei, um sich an andere Bakterienzellen zu binden und diese zu infizieren. Nach der Bindung injizieren einige der Phagen das bakterielle genetische Material, das sie tragen, anstelle der viralen DNA in das neue Bakterium.
Da einige der Phagen nur Stücke bakterieller DNA tragen, können sie die neue Empfängerzelle nicht infizieren oder lysieren. Passt die bakterielle DNA des Spenders in das neue Bakterienchromosom, exprimiert die Zelle die Gene, als wären sie schon immer dort gewesen.
Warum ist Transduktion wichtig?
Die Transduktion kann das Erbgut von Bakterienpopulationen schnell verändern, auch wenn sie sich asexuell vermehren. Diese Art des Gentransfers hat das Potenzial, tiefgreifende Auswirkungen auf Bakterien und die von ihnen betroffenen Lebensräume zu haben.
Zum Beispiel ist bekannt, dass viele Bakterienstämme Menschen und andere Organismen infizieren und Krankheiten verursachen. Antibiotika sind eine Behandlung, die normalerweise wirksam ist, um potenziell gefährliche oder sogar tödliche bakterielle Infektionen zu bekämpfen. Einige Bakterienstämme sind besonders schwer auszurotten und erfordern sehr spezifische Antibiotika.
Daher ist es sehr besorgniserregend, wenn Bakterien Resistenzen gegen Antibiotika entwickeln – ohne den Einsatz von Antibiotika könnte dies zu Infektionen führen, die sich unkontrolliert im Körper ausbreiten.
Die Transduktion spielt eine Rolle bei der Antibiotikaresistenz. Einige Bakterienzellen haben eine natürliche Resistenz gegen Antibiotika auf ihren Zellmembranen, was es dem Antibiotikum erschwert, sich dort zu binden. Dies könnte an einem liegen zufällige Mutation und würde die Gesamtwirksamkeit des Antibiotikums nicht beeinträchtigen.
Wenn jedoch ein Bakteriophage eine antibiotikaresistente Bakterienzelle infiziert und dann das mutierte Gen durch Transduktion auf andere Bakterienzellen überträgt, mehr Zellen werden antibiotikaresistent sein, und da sie sich durch binäre Spaltung vermehren, könnte die Zahl der antibiotikaresistenten Bakterienzellen zunehmen exponentiell.
Verwendung der Transduktion in der Medizin
Die Transduktion hat jedoch positive Auswirkungen auf den Menschen und andere höhere Lebensformen. Die wissenschaftliche Forschung hat sich auf Techniken und Ergebnisse der kontrollierten Transduktion mit vielen möglichen Anwendungen konzentriert.
Einige Wissenschaftler sind daran interessiert, neue Medikamente oder eine bessere Medikamentenverabreichung zu entwickeln. Andere sind daran interessiert, genetisch veränderte Zellen zu erzeugen, um das wissenschaftliche Verständnis von Genetik, oder für neue medizinische Behandlungsfelder. Sie führen sogar Experimente durch, um die Transduktion in nicht-bakteriellen Zellen zu beobachten.
Andere Formen des DNA-Transfers
Die Transduktion ist nicht die einzige Art des Gentransfers in Prokaryonten. Es gibt zwei weitere prominente Arten:
- Konjugation
- Transformation
Die Konjugation ähnelt der Transduktion, da die DNA direkt von einer Bakterienzelle zur anderen transportiert wird. Es gibt jedoch einige wichtige Unterschiede; vor allem beruht die Konjugation nicht auf einem Virus, um den Gentransfer zu erleichtern.
Bakterien haben Gene außerhalb der bakteriellen Chromosomenstruktur. Diese Gene werden Plasmide genannt und werden typischerweise in Ringen gebildet, die aus Doppelhelices bestehen. Während der Konjugation bildet ein Plasmid in der Spenderzelle einen Vorsprung, der die Plasma Membran und verbinden Sie die Zelle mit einer Empfängerzelle. Sobald es beigetreten ist, überträgt es eine Kopie seiner neuen DNA an den Empfänger, bevor er sich trennt.
Transformation ist eine Methode des Gentransfers, die Mitte des 20. Jahrhunderts entdeckt wurde; Diese Entdeckung spielte eine Rolle bei der Entdeckung, dass die DNA die ererbte Merkmalsinformation für alles Leben auf der Erde ist. Während der Transformation nehmen Bakterien DNA aus der Umgebung außerhalb der Zelle auf. Wenn es in ihre Bakterien passt Chromosom, wird es Teil ihres permanenten genetischen Materials.
