A prokarióták a Föld két sejttípusának egyike. A másik az eukarióták. Prokarióták a kisebbek a kettő közül, hiányoznak a membránhoz kötött organellák és egy meghatározott mag. A prokarióták, amelyek baktériumok és archeák, többnyire egysejtű szervezetek.
Az eukarióták nemi úton szaporodnak. nem úgy mint eukarióták, prokarióták, ivartalanul szaporodnak, önmagukat lemásolják az úgynevezett folyamatban bináris hasadás. Hátrány a aszexuális szaporodás a genetikai változatosság hiánya az egyik generációról a másikra.
A nemi szaporodás növeli a genetikai változatosságot, ami védelmet nyújt a fajoknak a környezeti változásokkal, például az ingadozásokkal szemben erőforrásokban vagy ragadozó populációkban, valamint egyéb tényezők, például egy véletlenszerű mutáció, amely képes népesség. Ha van sokféleség a génállományban a faj erőteljesebb és számos előre nem látható nehézségnek ellenáll.
A prokarióták nem rendelkeznek a nemi szaporodás előnyével, de mégis képesek a géntranszfer többféle típusával növelni a genetikai sokféleséget. A prokarióták (különösen a baktériumok) géntranszferben való részvételének egyik legfontosabb módját transzdukciónak nevezik, és a vírusok segítségére támaszkodik.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
A prokarióták többnyire egysejtű szervezetek. A nem bináris hasadásnak nevezett folyamat révén ivartalanul szaporodnak. A prokariótákban háromféle géntranszfer létezik, amelyek növelik genetikai sokféleségüket. Ezek transzformáció, konjugáció és transzdukció.
A transzdukció fontos a tudományos kutatás szempontjából és a baktériumok antibiotikumokkal szembeni rezisztenciája miatt. A transzdukció akkor következik be, amikor a vírus egy baktériumsejtet felhasználva replikálja önmagát eltérítéssel.
Néha a vírus véletlenül a baktériumok DNS-jének egy részét fágba (vírussejt-komponensbe) csomagolja a saját DNS-e helyett. Ha ez megtörténik, a fág egy másik baktériumhoz kerül, hogy megfertőzze, de a fág csak az első baktérium DNS-ét injektálja a befogadó baktériumba, ahol a DNS beépül.
Mi a transzdukció a prokariótákban?
Az archeák és különösen a baktériumok közötti génátadást néha „horizontális” vagy „laterális” génátadásnak nevezik. Ez azért van, mert genetikai anyag nem a szülő baktérium sejtekből származik az utód sejtekbe, hanem az azonos nemzedék baktérium sejtjei között. A genetikai információ vízszintesen mozog a családfán, függőlegesen.
A transzdukciót az 1950-es években fedezték fel Norman Zinder és Joshua Lederberg mikrobiológusok, amikor a szalmonellát tanulmányozták. Ez a géntranszferek egyik legfontosabb típusa, amely lehetővé teszi a baktériumok DNS-jének a sejtek közötti mozgását.
A baktériumokat megfertőző vírusok, az úgynevezett bakteriofágok lehetővé teszik a transzdukciót. Mivel fertőző ágensként egyik baktériumsejtből a másikba költöznek, időnként akaratlanul is felkapják az egyik gazdasejtből a baktérium DNS-darabjait, és lerakják a következő sejtbe, amelyhez kötődnek.
•••Tudományosság
•••Tudományosság
A baktériumok transzdukciójának folyamata
A vírusok önmagukban nem képesek szaporodni. Ehelyett a baktériumok fejlettebb reproduktív sejtbiológiáját kell felhasználniuk, hogy másolatot készítsenek magukról. Ehhez a bakteriofágok eltérítik a gazdasejteket.
Amikor egy bakteriofág találkozik a baktérium sejt, kötődik a sejthez, és a plazma membránon keresztül fág DNS-t injektál a sejtbe. Ott parancsot kap a sejt reproduktív viselkedésére. Ahelyett, hogy reprodukálná saját genetikai anyagát, a baktérium újraszaporodni kezd fágrészecskék - vírussejtek komponensei.
A baktériumok génjeit a fágok lebontják ebben a folyamatban. A baktériumból megmaradt a vírus replikációs gépe.
A vírus a baktériumsejt segítségével szintetizálja a komponenseihez szükséges fehérje állványokat. Előfordul, hogy véletlenül a kóbor baktérium DNS-t egyes fágokba csomagolja a replikált vírus DNS-sel együtt.
Miután minden készen van, a vírus lizák a baktérium sejt. A baktériumsejt felszakad, felszabadítva a fágokat, hogy megkötődjenek és megfertőzzék más baktériumsejteket. A fágok megkötése után a vírusos DNS helyett az általuk hordozott bakteriális genetikai anyagot injektálják az új baktériumba.
Mivel egyes fágok csak bakteriális DNS-darabokat hordoznak, nem képesek megfertőzni vagy lizálni az új befogadó sejtet. Ha a donor baktérium DNS beilleszkedik az új bakteriális kromoszómába, a sejt úgy fejezi ki a géneket, mintha mindig ott lennének.
Miért fontos a transzdukció?
A transzdukció gyorsan megváltoztathatja a baktériumok populációinak genetikai összetételét, annak ellenére, hogy ivartalanul szaporodnak. Ez a fajta génátvitel mélyreható hatást gyakorolhat a baktériumokra és az általuk érintett élőhelyekre.
Például számos baktériumtörzs köztudottan megfertőzi és betegséget okoz emberben és más organizmusokban. Az antibiotikumok olyan kezelés, amely általában hatékonyan képes megvédeni a potenciálisan veszélyes vagy akár halálos baktériumos fertőzéseket. Egyes baktériumtörzseket különösen nehéz kiirtani, és nagyon specifikus antibiotikumokra van szükség.
Ezért nagy aggodalomra ad okot, amikor a baktériumok rezisztenciát fejtenek ki az antibiotikumokkal szemben - antibiotikumok használata nélkül ez fertőzésekhez vezethet, amelyek ellenőrizetlenül terjednek a szervezetben.
A transzdukció szerepet játszik az antibiotikum-rezisztenciában. Egyes baktériumsejtek természetes rezisztenciát mutatnak sejtmembránjuk antibiotikumokkal szemben, ami megnehezíti az antibiotikum megkötését ott. Ennek oka lehet a véletlenszerű mutáció és nem befolyásolná az antibiotikum általános hatékonyságát.
Ha azonban egy bakteriofág megfertőz egy antibiotikum-rezisztens baktériumsejtet, majd ezt a mutált gént transzdukcióval átviszi más baktériumsejtekbe, több sejt lesz antibiotikum-rezisztens, és mivel bináris hasadással szaporodnak, nőhet az antibiotikum-rezisztens baktériumsejtek száma exponenciálisan.
A transzdukció alkalmazása az orvostudományban
A transzdukciónak azonban pozitív következményei vannak az emberekre és más magasabb életformákra nézve. A tudományos kutatás sok lehetséges alkalmazással az ellenőrzött transzdukció technikáira és eredményeire összpontosított.
Egyes tudósokat új gyógyszerek létrehozása vagy jobb gyógyszerellátás érdekel. Mások érdeklődnek a géntechnológiával módosított sejtek létrehozása iránt, a tudományos megértés érdekében genetika, vagy az orvosi kezelések új területeire. Még kísérleteket is végeznek a nem baktériumos sejtekben történő transzdukció megfigyelésére.
A DNS-transzfer egyéb formái
A transzdukció nem az egyetlen típusú géntranszfer a prokariótákban. Két további ismert típus létezik:
- Konjugáció
- átalakítás
A konjugáció hasonló a transzdukcióhoz, mivel a DNS közvetlenül egyik baktériumsejtből a másikba kerül. Számos fontos különbség van; leginkább a konjugáció nem támaszkodik egy vírusra a géntranszfer megkönnyítésére.
A baktériumok olyan génekkel rendelkeznek, amelyek a bakteriális kromoszóma szerkezetén kívül vannak. Ezeket a géneket plazmidoknak nevezzük, és jellemzően kettős hélixekből álló gyűrűkben képződnek. A konjugáció során a donorsejtben lévő plazmid egy vetületet növeszt, amely kilép a plazma membrán és csatlakoztassa a cellát a befogadó cellához. Csatlakozás után új DNS-példányát továbbítja a befogadónak, mielőtt leválnának.
A transzformáció egy olyan génátviteli módszer, amelyet a 20. század közepén fedeztek fel; ez a felfedezés szerepet játszott abban a felfedezésben, hogy a DNS a Föld minden életének öröklött tulajdonságinformációja. Az átalakulás során a baktériumok a sejten kívüli környezetből veszik fel a DNS-t. Ha ez belefér a baktériumukba kromoszóma, állandó genetikai anyaguk részévé válik.
