形質転換、形質導入および接合：原核生物における遺伝子導入

原核生物は、地球上の2種類の細胞のうちの1つです。 もう1つは真核生物です。 原核生物 2つのうち小さい方で、膜に結合した細胞小器官と定義された核がありません。 細菌や古細菌である原核生物は、ほとんどが単細胞生物です。

真核生物は有性生殖をします。 とは異なり 真核生物、原核生物は無性生殖し、 二分裂. の不利な点 無性生殖 ある世代から次の世代への遺伝的差異の欠如です。

有性生殖は遺伝的分散を増加させ、変動などの環境変化から種を保護します 資源や捕食者の個体数、およびほとんどを一掃する可能性のあるランダムな突然変異などの他の要因 人口。 もしあれば 多様性 遺伝子プールでは、種はより頑丈で、多くの予期せぬ困難に耐えることができます。

原核生物には有性生殖の利点はありませんが、いくつかの種類の遺伝子導入を通じて遺伝的多様性を高める能力はあります。 原核生物（特に細菌）が遺伝子導入に関与する最も重要な方法の1つは形質導入と呼ばれ、ウイルスの助けに依存しています。

TL; DR（長すぎる; 読んでいない）

原核生物は主に単細胞生物です。 それらは、二分裂と呼ばれるプロセスを通じて無性生殖します。 原核生物には、遺伝的多様性を高める3種類の遺伝子導入があります。 それらは、形質転換、接合、そして形質導入です。

形質導入は、科学的研究と細菌の抗生物質耐性に影響を与えるため、重要です。 形質導入は、ウイルスが細菌細胞を使用して、それを乗っ取って自分自身を複製するときに起こります。

ウイルスは、細菌のDNAの一部を、それ自体のDNAではなくファージ（ウイルス細胞成分）に誤ってパッケージ化することがあります。 その場合、ファージは別の細菌に感染して感染しますが、ファージは最初の細菌のDNAをレシピエントの細菌に注入するだけで、そこでDNAが組み込まれます。

古細菌、特に細菌間の遺伝子導入は、「水平」または「側方」遺伝子導入と呼ばれることもあります。 それの訳は 遺伝物質 親細菌細胞から子孫細胞に受け継がれるのではなく、同じ世代の細菌細胞間で受け継がれます。 遺伝情報は、垂直方向ではなく、家系図上を水平方向に移動します。

形質導入は、1950年代に微生物学者のNormanZinderとJoshuaLederbergがサルモネラ菌を研究しているときに発見されました。 これは最も重要なタイプの遺伝子導入の1つであり、細菌のDNAが細胞間を移動できるようにします。

バクテリオファージと呼ばれる細菌に感染するウイルスは、形質導入を可能にします。 それらは感染性病原体としてある細菌細胞から別の細菌細胞に移動するため、ある宿主細胞から細菌DNAの断片を不注意につかみ、それらが結合する次の細胞に沈着させることがあります。

•••科学

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ウイルスはそれ自体では繁殖できません。 代わりに、彼らは自分自身のコピーを作成するために細菌のより高度な生殖細胞生物学を使用しなければなりません。 そのために、バクテリオファージは宿主細胞を乗っ取ります。

バクテリオファージが遭遇したとき バクテリア細胞、それは細胞に結合し、原形質膜を介して細胞にファージDNAを注入します。 そこでは、細胞の生殖行動を指揮します。 細菌はそれ自身の遺伝物質を複製する代わりに、新しい複製を開始します ファージ粒子 –ウイルス細胞の成分。

バクテリアの遺伝子は、このプロセスの間にファージによって分解されます。 バクテリアに残っているのはウイルスの複製機です。

ウイルスは細菌細胞を使用して、その構成要素に必要なタンパク質足場を合成します。 時々、それは複製されたウイルスDNAと一緒にいくつかのファージに漂遊細菌DNAを誤ってパッケージします。

すべての準備ができたら、ウイルス 溶解 バクテリア細胞。 バクテリア細胞が破裂して開き、ファージを放出して他のバクテリア細胞に結合して感染します。 結合すると、ファージのいくつかは、ウイルスDNAの代わりにそれらが運んでいる細菌の遺伝物質を新しい細菌に注入します。

一部のファージは細菌のDNAの断片しか運んでいないため、新しいレシピエント細胞に感染したり溶解したりすることはできません。 ドナーの細菌のDNAが新しい細菌の染色体に収まると、細胞は遺伝子を常にそこにあったかのように発現します。

形質導入は、無性生殖を行ったとしても、細菌集団の遺伝的構成を急速に変化させる可能性があります。 この種の遺伝子導入は、バクテリアとそれらが影響を与える生息地に深刻な影響を与える可能性があります。

たとえば、細菌の多くの菌株は、人間や他の生物に感染して病気を引き起こすことが知られています。 抗生物質は、潜在的に危険な、あるいは致命的な細菌感染に対抗するために通常効果的な治療法です。 一部の細菌株は、根絶するのが特に難しく、非常に特異的な抗生物質を必要とします。

したがって、細菌が抗生物質に対する耐性を発達させるとき、それは大きな懸念です–抗生物質を使用しないと、これはチェックされずに体内に広がる感染症に至る可能性があります。

形質導入は抗生物質耐性に関与します。 一部の細菌細胞は、細胞膜上の抗生物質に対して自然な耐性を持っているため、抗生物質がそこに結合するのが困難です。 これは、 ランダム突然変異 抗生物質の全体的な有効性に影響を与えることはありません。

しかし、バクテリオファージが抗生物質耐性菌に感染し、その変異した遺伝子を形質導入によって他の菌細胞に移すと、 より多くの細胞が抗生物質耐性になり、二分裂によって繁殖するにつれて、抗生物質耐性菌の数が増える可能性があります 指数関数的に。

しかし、形質導入は、人間や他のより高い生命体にプラスの影響を及ぼします。 科学研究は、多くの潜在的なアプリケーションを備えた制御された形質導入の技術と結果に焦点を合わせてきました。

一部の科学者は、新しい薬の作成やより良い薬の投与に興味を持っています。 他の人々は、遺伝子組み換え細胞を作成して、 遺伝学、または医療の新しい分野のために。 彼らは、非細菌細胞での形質導入を観察するための実験さえ行っています。

原核生物における遺伝子導入の種類は形質導入だけではありません。 さらに2つの顕著な種類があります。

• 活用
• 変換

接合は、DNAが1つの細菌細​​胞から別の細菌細胞に直接移動するという点で形質導入に似ています。 ただし、いくつかの重要な違いがあります。 最も注目すべきことに、接合は遺伝子導入を促進するためにウイルスに依存していません。

バクテリアはバクテリアの染色体構造の外に遺伝子を持っています。 これらの遺伝子はプラスミドと呼ばれ、通常、二重らせんでできたリングで形成されます。 接合中、ドナー細胞内のプラスミドは、 原形質膜 セルを受信者セルに結合します。 参加すると、受信者が切り離す前に、新しいDNAのコピーを受信者に転送します。

形質転換は、20世紀半ばに発見された遺伝子導入の方法です。 この発見は、DNAが地球上のすべての生命の遺伝形質情報であるという発見に役割を果たしました。 形質転換中、バクテリアは細胞外の環境からDNAを拾います。 それが彼らのバクテリアに合うならば 染色体、それは彼らの永続的な遺伝物質の一部になります。