Prokaryootit ovat yksi maapallon kahdesta solutyypistä. Toinen on eukaryootit. Prokaryootit ovat pienempiä kahdesta, joista puuttuu kalvoon sitoutuneita organelleja ja määritelty ydin. Prokaryootit, jotka ovat bakteereja ja arkkia, ovat enimmäkseen yksisoluisia organismeja.
Eukaryootit lisääntyvät seksuaalisesti. Toisin kuin eukaryootit, prokaryootit ne lisääntyvät aseksuaalisesti kopioidakseen itsensä prosessissa nimeltä binaarinen fissio. Haitta suvuton lisääntyminen on geneettisen varianssin puute sukupolvelta toiselle.
Seksuaalinen lisääntyminen lisää geneettistä varianssia, mikä suojaa lajeja ympäristömuutoksilta, kuten vaihteluilta resursseissa tai saalistajapopulaatioissa, samoin kuin muut tekijät, kuten satunnainen mutaatio, joka voi pyyhkiä suurimman osan väestö. Jos on monimuotoisuus geenivarannossa laji on tukevampi ja kestää monia odottamattomia vaikeuksia.
Prokaryooteilla ei ole etua seksuaalisesta lisääntymisestä, mutta niillä on silti kyky lisätä geneettistä monimuotoisuutta monenlaisten geenisiirtojen kautta. Yksi tärkeimmistä tavoista, joilla prokaryootit (erityisesti bakteerit) osallistuvat geeninsiirtoon, kutsutaan transduktioksi, ja se perustuu virusten apuun.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Prokaryootit ovat enimmäkseen yksisoluisia organismeja. Ne lisääntyvät aseksuaalisesti prosessilla, jota kutsutaan binaarisiksi fissioiksi. Prokaryooteissa on kolmenlaisia geeninsiirtoja, jotka lisäävät niiden geneettistä monimuotoisuutta. Ne ovat transformaatio, konjugaatio ja transduktio.
Transduktio on tärkeä, koska sillä on vaikutuksia tieteelliseen tutkimukseen ja bakteerien antibioottiresistenssiin. Transduktio tapahtuu, kun virus käyttää bakteerisolua replikoitumaan kaappaamalla sen.
Joskus virus pakkaa vahingossa osan bakteerien DNA: sta faagiin (virussolukomponenttiin) oman DNA: nsa sijaan. Jos näin tapahtuu, faagi menee toiseen bakteeriin tartuttamaan sen, mutta faagi pistää ensimmäisen bakteerin DNA: n vain vastaanottajabakteeriin, johon DNA sisällytetään.
Mikä on transduktio prokaryooteissa?
Geeninsiirtoa arkkien ja erityisesti bakteerien välillä kutsutaan joskus "horisontaaliseksi" tai "lateraaliseksi" geenisiirroksi. Tämä johtuu siitä, että geneettinen materiaali ei siirretä vanhemmista bakteerisoluista jälkeläissoluihin, vaan saman sukupolven bakteerisolujen välillä. Geneettinen tieto liikkuu vaakasuorassa sukupuussa pystysuoran sijasta.
Mikrobiologit Norman Zinder ja Joshua Lederberg löysivät transduktion 1950-luvulla, kun he tutkivat salmonellaa. Se on yksi tärkeimmistä geeninsiirtotyypeistä, jolloin bakteerien DNA voi liikkua solujen välillä.
Bakteereja infektoivat virukset, joita kutsutaan bakteriofageiksi, mahdollistavat transduktion. Koska ne siirtyvät bakteerisolusta toiseen tarttuvina aineina, ne toisinaan tahattomasti tarttuvat bakteeri-DNA-kappaleisiin yhdestä isäntäsolusta ja tallettavat sen seuraavaan soluun, johon ne sitoutuvat.
•••Tutkiminen
•••Tutkiminen
Bakteerien transduktioprosessi
Virukset eivät voi lisääntyä yksin. Sen sijaan heidän on käytettävä bakteerien kehittyneempää lisääntymissolubiologiaa kopioiden tekemiseen itsestään. Tätä varten bakteriofaagit kaappaavat isäntäsolut.
Kun bakteriofagi kohtaa a bakteerisolu, se sitoutuu soluun ja ruiskuttaa faagi-DNA: ta plasmamembraanin läpi soluun. Siellä se ohjaa solun lisääntymiskäyttäytymistä. Sen sijaan, että bakteeri replikoisi omaa geneettistä materiaaliaan, se alkaa replikoitua uutta faagipartikkelit - virussolujen komponentit.
Faagit hajottavat bakteerigeenit tämän prosessin aikana. Bakteerista on jäljellä viruksen replikointikone.
Virus synnyttää bakteerisolun komponentteihinsa tarvitsemansa proteiinitelineet. Joskus se pakkaa kadonneen bakteeri-DNA: n joihinkin faageihin replikoidun virus-DNA: n kanssa.
Kun kaikki on valmis, virus hajoaa bakteerisolu. Bakteerisolu puhkeaa auki vapauttaen faagit sitoutumaan muihin bakteerisoluihin ja tartuttamaan niitä. Sitoutuessaan jotkut faagit injektoivat bakteerigeenimateriaalia, jota ne kantavat virus-DNA: n sijasta, uuteen bakteeriin.
Koska jotkut faagit kantavat vain bakteeri-DNA-palasia, ne eivät voi tartuttaa tai hajottaa uutta vastaanottajasolua. Jos luovuttajabakteeri-DNA sopii uuteen bakteerikromosomiin, solu ilmentää geenejä ikään kuin ne olisivat aina olleet siellä.
Miksi transduktio on tärkeää?
Transduktio voi nopeasti muuttaa bakteeripopulaatioiden geneettistä koostumusta, vaikka ne lisääntyvät aseksuaalisesti. Tämän tyyppisellä geenisiirrolla voi olla syvällisiä vaikutuksia bakteereihin ja niiden elinympäristöihin.
Esimerkiksi monien bakteerikantojen tiedetään tartuttavan ja aiheuttavan sairauksia ihmisillä ja muilla organismeilla. Antibiootit ovat hoito, joka on yleensä tehokas torjumaan mahdollisesti vaarallisia tai jopa kuolemaan johtavia bakteeri-infektioita. Joitakin bakteerikantoja on erityisen vaikea hävittää, ja ne edellyttävät hyvin spesifisiä antibiootteja.
Siksi on erittäin huolestuttavaa, kun bakteereilla kehittyy resistenssi antibiooteille - ilman antibioottien käyttöä tämä voi huipentua infektioihin, jotka leviävät kehossa tarkastamatta.
Transduktiolla on rooli antibioottiresistenssissä. Joillakin bakteerisoluilla on luonnollinen resistenssi solukalvojen antibiooteille, mikä vaikeuttaa antibiootin sitoutumista siihen. Tämä voi johtua a satunnainen mutaatio ja se ei vaikuta antibiootin yleiseen tehokkuuteen.
Kuitenkin, jos bakteriofaagi tartuttaa antibioottiresistentin bakteerisolun ja siirtää sitten mutatoidun geenin muille bakteerisoluille transduktiolla, useammat solut ovat antibioottiresistenttejä, ja kun ne lisääntyvät binaarifissiolla, antibioottiresistenttien bakteerisolujen määrä voi kasvaa eksponentiaalisesti.
Transduktion käyttö lääketieteessä
Transduktiolla on kuitenkin myönteisiä vaikutuksia ihmisiin ja muihin korkeampiin elämänmuotoihin. Tieteellinen tutkimus on keskittynyt kontrolloidun transduktion tekniikoihin ja tuloksiin monilla mahdollisilla sovelluksilla.
Jotkut tutkijat ovat kiinnostuneita luomaan uusia lääkkeitä tai parantamaan lääkkeiden toimittamista. Toiset ovat kiinnostuneita luomaan muuntogeenisiä soluja tieteellisen ymmärtämisen lisäämiseksi genetiikkatai uusille lääketieteellisten hoitojen aloille. He tekevät jopa kokeita tarkkailemaan transduktiota ei-bakteerisoluissa.
Muut DNA-siirron muodot
Transduktio ei ole ainoa geeninsiirtotyyppi prokaryooteissa. On olemassa kaksi merkittävämpää tyyppiä:
- Konjugaatio
- Muutos
Konjugaatio on samanlainen kuin transduktio siinä, että DNA siirtyy suoraan bakteerisolusta toiseen. On kuitenkin useita tärkeitä eroja; varsinkin konjugaatio ei ole riippuvainen viruksesta geeninsiirron helpottamiseksi.
Bakteereilla on geenejä bakteerikromosomirakenteen ulkopuolella. Näitä geenejä kutsutaan plasmideiksi, ja ne muodostuvat tyypillisesti renkaista, jotka on valmistettu kaksoiskierteistä. Konjugaation aikana luovuttajasolun plasmidi kasvattaa projektiota, joka poistuu plasmakalvo ja liitä solu vastaanottavaan soluun. Liityttyään se siirtää kopion uudesta DNA: sta vastaanottajalle ennen heidän irtoamista.
Transformaatio on geenisiirtomenetelmä, joka löydettiin 1900-luvun puolivälissä; tällä löydöllä oli merkitys havainnossa, että DNA on perinnöllinen ominaisuusinformaatio koko maapallon elämälle. Transformaation aikana bakteerit ottavat DNA: n solun ulkopuolisesta ympäristöstä. Jos se sopii heidän bakteereihinsa kromosomi, siitä tulee osa heidän pysyvää geneettistä materiaaliaan.