Prokarioti su jedna od dvije vrste stanica na Zemlji. Drugi su eukarioti. Prokarioti su manja od dvije, kojima nedostaju membrane vezane organele i definirana jezgra. Prokarioti, koji su bakterije i arheje, uglavnom su jednostanični organizmi.
Eukarioti se reproduciraju spolnim putem. Za razliku od eukarioti, prokarioti koje reproduciraju nespolnim putem, kopiraju se u procesu tzv binarna fisija. Nedostatak za bespolna reprodukcija je nedostatak genetske varijance iz generacije u generaciju.
Spolno razmnožavanje povećava genetske varijance, što pruža zaštitu vrstama od promjena u okolišu poput fluktuacija u resursima ili populacijama grabežljivaca, kao i drugi čimbenici poput slučajne mutacije koja može izbrisati većinu populacija. Ako ima raznolikost u genofondu je vrsta snažnija i može podnijeti mnoge nepredviđene poteškoće.
Prokarioti nemaju korist od spolne reprodukcije, ali svejedno imaju sposobnost povećavanja genetske raznolikosti kroz nekoliko vrsta prijenosa gena. Jedan od najvažnijih načina na koji prokarioti (posebno bakterije) sudjeluju u prijenosu gena naziva se transdukcija i oslanja se na pomoć virusa.
TL; DR (predugo; Nisam pročitao)
Prokarioti su uglavnom jednoćelijski organizmi. Aseksualno se razmnožavaju kroz proces koji se naziva binarna fisija. Postoje tri vrste prijenosa gena u prokariota koje povećavaju njihovu genetsku raznolikost. Oni su transformacija, konjugacija i transdukcija.
Transdukcija je važna zbog svojih implikacija na znanstvena istraživanja i rezistenciju na bakterijske antibiotike. Transdukcija se događa kada virus koristi bakterijsku stanicu da bi se replicirao otmicom.
Ponekad virus slučajno pakira neke od DNK bakterija u fag (komponenta virusnih stanica) umjesto u vlastitu DNK. Ako se to dogodi, fag će otići drugoj bakteriji da je zarazi, ali fag će samo ubrizgati prvu DNA bakterije u bakteriju primatelja, gdje će DNA biti ugrađena.
Što je transdukcija u prokariota?
Prijenos gena među arhejama, a posebno bakterijama, ponekad se naziva "vodoravnim" ili "bočnim" prijenosom gena. Ovo je zbog genetski materijal ne prenosi se s matičnih bakterijskih stanica na potomstvene stanice, već između bakterijskih stanica iste generacije. Genetske informacije kreću se vodoravno na obiteljskom stablu, umjesto vertikalno.
Transdukciju su pedesetih godina otkrili mikrobiolozi Norman Zinder i Joshua Lederberg dok su proučavali salmonelu. To je jedna od najvažnijih vrsta prijenosa gena, koja omogućuje bakterijskoj DNA da se kreće između stanica.
Virusi koji zaraze bakterije, zvani bakteriofagi, omogućuju transdukciju. Budući da se premještaju iz jedne bakterijske stanice u drugu kao zarazni agensi, ponekad nehotice zgrabe komade bakterijske DNA iz jedne stanice domaćina i odlože je u sljedeću stanicu na koju se vežu.
•••Znanstveno
•••Znanstveno
Proces bakterijske transdukcije
Virusi se ne mogu sami razmnožavati. Umjesto toga, moraju se koristiti naprednijom biološkom reproduktivnom stanicom bakterija kako bi napravili svoje kopije. Da bi to učinili, bakteriofagi otimaju stanice domaćina.
Kada bakteriofag naiđe na bakterijska stanica, veže se na stanicu i ubrizgava fagovsku DNA kroz plazemsku membranu u stanicu. Tamo je potrebno zapovijedanje reproduktivnim ponašanjem stanice. Umjesto da replicira vlastiti genetski materijal, bakterija počinje replicirati novi fagove čestice - komponente virusnih stanica.
Fagi tijekom ovog procesa razgrađuju bakterijske gene. Ono što je ostalo od bakterije je stroj za replikaciju virusa.
Virus koristi bakterijsku stanicu za sintezu proteinske skele potrebne za svoje komponente. Ponekad slučajno spakira zalutalu DNA bakterija u neke od faga zajedno s repliciranom virusnom DNA.
Kad je sve spremno, virus lize bakterijska stanica. Bakterijska stanica puca, otvarajući fage da se vežu i zaraze druge bakterijske stanice. Jednom kad se vežu, neki će fagi ubrizgati genetski materijal bakterija koji nose umjesto virusne DNA u novu bakteriju.
Budući da neki od faga nose samo dijelove bakterijske DNA, oni ne mogu zaraziti ili lizirati novu stanicu primatelja. Ako se donatorska bakterijska DNA uklopi u novi bakterijski kromosom, stanica će eksprimirati gene kao da su oduvijek bili tamo.
Zašto je transdukcija važna?
Transdukcija može brzo promijeniti genetski sastav bakterijskih populacija iako se razmnožavaju nespolno. Ova vrsta prijenosa gena može duboko utjecati na bakterije i staništa na koja utječu.
Na primjer, poznato je da mnogi sojevi bakterija zaražavaju i uzrokuju bolesti kod ljudi i drugih organizama. Antibiotici su tretman koji je obično učinkovit u suzbijanju potencijalno opasnih ili čak fatalnih bakterijskih infekcija. Neke je sojeve bakterija posebno teško iskorijeniti i zahtijevaju vrlo specifične antibiotike.
Stoga je vrlo zabrinjavajuće kada bakterije razviju otpornost na antibiotike - bez upotrebe antibiotika to bi moglo kulminirati infekcijama koje se nekontrolirano šire u tijelu.
Transdukcija igra ulogu u rezistenciji na antibiotike. Neke bakterijske stanice imaju prirodnu rezistenciju na antibiotike na staničnim membranama, zbog čega se antibiotik tamo teško veže. To bi moglo biti posljedica slučajna mutacija i ne bi utjecao na ukupnu učinkovitost antibiotika.
Međutim, ako bakteriofag zarazi bakterijsku stanicu rezistentnu na antibiotike, a zatim taj mutirani gen transdukcijom prenese u druge bakterijske stanice, više će stanica biti otporno na antibiotike, a kako se razmnožavaju binarnom cijepanjem, broj bakterijskih stanica otpornih na antibiotike mogao bi se povećati eksponencijalno.
Korištenje transdukcije u medicini
Transdukcija, međutim, ima pozitivne implikacije na ljude i druge više oblike života. Znanstveno istraživanje usredotočilo se na tehnike i ishode kontrolirane transdukcije s mnogim potencijalnim primjenama.
Neki su znanstvenici zainteresirani za stvaranje novih lijekova ili bolju isporuku lijekova. Drugi su zainteresirani za stvaranje genetski modificiranih stanica za daljnje znanstveno razumijevanje genetikaili za nova područja medicinskih tretmana. Oni čak provode eksperimente kako bi promatrali transdukciju u nebakterijskim stanicama.
Ostali oblici prijenosa DNA
Transdukcija nije jedina vrsta prijenosa gena u prokariota. Postoje još dvije istaknute vrste:
- Konjugacija
- Transformacija
Konjugacija je slična transdukciji jer se DNA premješta izravno iz jedne bakterijske stanice u drugu. Međutim, postoji nekoliko važnih razlika; što je najvažnije, konjugacija se ne oslanja na virus koji olakšava prijenos gena.
Bakterije imaju gene izvan bakterijske kromosomske strukture. Ti se geni nazivaju plazmidi i obično se formiraju u prstenovima izrađenim od dvostrukih spirala. Tijekom konjugacije, plazmid u donatorskoj stanici raste projekciju koja izlazi iz plazma membrana i pridružite ćeliju ćeliji primatelja. Jednom kad se pridruži, primaocu prenosi kopiju svoje nove DNA prije nego što se odvoje.
Transformacija je metoda prijenosa gena koja je otkrivena sredinom 20. stoljeća; ovo je otkriće imalo ulogu u otkriću da je DNA naslijeđena informacija o svojstvima čitavog života na Zemlji. Tijekom transformacije, bakterije uzimaju DNK iz okoline izvan stanice. Ako se uklapa u njihovu bakteriju kromosom, postaje dio njihovog trajnog genetskog materijala.