გარდაქმნა, ტრანსდუქცია და შერწყმა: გენების გადატანა პროკარიოტებში

პროკარიოტები დედამიწაზე ორი ტიპის უჯრედიდან ერთ – ერთია. სხვა არის ეუკარიოტები. პროკარიოტები ორიდან უფრო მცირეა, არ აქვთ მემბრანა შეკრული ორგანულები და განსაზღვრული ბირთვი. პროკარიოტები, რომლებიც ბაქტერიები და არქეებია, ძირითადად ერთუჯრედიანი ორგანიზმებია.

ეუკარიოტები მრავლდებიან სქესობრივი გზით. განსხვავებით ეუკარიოტები, პროკარიოტები ისინი ასექსუალურად მრავლდებიან, თავად კოპირებენ პროცესს ე.წ. ორობითი დაშლა. მინუსი უსქესო გამრავლება არის თაობიდან მეორე თაობაში გენეტიკური ვარიანტის ნაკლებობა.

სქესობრივი გამრავლება ზრდის გენეტიკურ ვარიაციას, რაც უზრუნველყოფს სახეობის დაცვას გარემოს ისეთი ცვლილებებისგან, როგორიცაა რყევები რესურსებში ან მტაცებელ პოპულაციებში, ისევე როგორც სხვა ფაქტორებში, როგორიცაა შემთხვევითი მუტაცია, რომელსაც აქვს პოტენციალი მოსპოს უმეტესი ნაწილი მოსახლეობა. Თუ იქ არის მრავალფეროვნება გენოფონდში, სახეობა უფრო მტკიცეა და უძლებს ბევრ გაუთვალისწინებელ გაჭირვებას.

პროკარიოტებს არ აქვთ სექსუალური გამრავლების სარგებელი, მაგრამ მათ მაინც აქვთ უნარი გაზარდონ გენეტიკური მრავალფეროვნება გენების გადაცემის რამდენიმე ტიპით. პროკარიოტები (განსაკუთრებით ბაქტერიები) ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი გზაა, რომელიც გენის გადატანაში ხდება, ტრანსდუქცია ეწოდება და ვირუსების დახმარებას ეყრდნობა.

TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)

პროკარიოტები ძირითადად ერთუჯრედიანი ორგანიზმებია. ისინი მრავლდებიან უსქესო გზით პროცესის საშუალებით, რომელსაც ეწოდება ორობითი განხეთქილება. პროკარიოტებში არსებობს გენების გადაცემის სამი სახეობა, რომლებიც ზრდის მათ გენეტიკურ მრავალფეროვნებას. ეს არის ტრანსფორმაცია, კონიუგაცია და ტრანსდუქცია.

ტრანსდუქცია მნიშვნელოვანია, რადგან ეს გავლენას ახდენს სამეცნიერო კვლევებზე და ბაქტერიულ ანტიბიოტიკულ რეზისტენტობაზე. ტრანსდუქცია ხდება მაშინ, როდესაც ვირუსი იყენებს ბაქტერიის უჯრედს საკუთარი თავის რეპლიკაციისთვის მისი გატაცებით.

ზოგჯერ ვირუსი შემთხვევით ათავსებს ბაქტერიის ზოგიერთ დნმ-ს ფაგში (ვირუსული უჯრედის კომპონენტი) საკუთარი დნმ-ის ნაცვლად. თუ ეს მოხდება, ფაგი გადავა სხვა ბაქტერიაში, რომ დააინფიციროს, მაგრამ ფაგი მხოლოდ პირველი ბაქტერიის დნმ-ს შეჰყავს მიმღებ ბაქტერიაში, სადაც დნმ-ს შემადგენლობაში შევა.

გენების გადატანას არქეებში და განსაკუთრებით ბაქტერიებს შორის ზოგჯერ უწოდებენ "ჰორიზონტალურ" ან "გვერდითი" გენების გადაცემას. ეს იმიტომ გენეტიკური მატერიალი არ გადადის მშობელი ბაქტერიული უჯრედებიდან შთამომავლობის უჯრედებში, მაგრამ იმავე თაობის ბაქტერიულ უჯრედებს შორის. გენეტიკური ინფორმაცია ჰორიზონტალურად მოძრაობს ოჯახის ხეზე, ვერტიკალური ნაცვლად.

ტრანსდუქცია აღმოაჩინეს 1950-იან წლებში მიკრობიოლოგებმა ნორმან ზინდერმა და ჯოშუა ლედერბერგმა, როდესაც ისინი სალმონელას სწავლობდნენ. ეს არის გენების გადაცემის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ტიპი, რომელიც საშუალებას აძლევს ბაქტერიულ დნმ-ს უჯრედებს შორის გადაადგილება.

ვირუსები, რომლებიც აინფიცირებენ ბაქტერიებს, ე.წ. ბაქტერიოფაგებს, შესაძლებლობას აძლევს ტრანსდუქციას. მას შემდეგ, რაც ისინი ინფექციური აგენტების სახით გადადიან ერთი ბაქტერიული უჯრედიდან მეორეში, ისინი ზოგჯერ უნებლიედ იტაცებენ ბაქტერიული დნმ-ის ნაწილებს ერთი მასპინძელი უჯრედიდან და ათავსებენ შემდეგ უჯრედში, რომელთანაც დაკავშირებულია.

•••მეცნიერება

•••მეცნიერება

ვირუსებს არ შეუძლიათ საკუთარი თავის გამრავლება. ამის ნაცვლად, მათ უნდა გამოიყენონ ბაქტერიების უფრო მოწინავე რეპროდუქციული უჯრედების ბიოლოგია, რომ შექმნან საკუთარი თავის ასლები. ამისათვის ბაქტერიოფაგები იტაცებენ მასპინძელ უჯრედებს.

როდესაც ბაქტერიოფაგს შეხვდება ა ბაქტერიული უჯრედი, ის უჯრედს უკავშირდება და პლაზმის მემბრანის საშუალებით უჯრედში შეჰყავს ფაგის დნმ. იქ იგი იღებს კონტროლს უჯრედის რეპროდუქციულ ქცევაზე. იმის ნაცვლად, რომ გაიმეოროს საკუთარი გენეტიკური მასალა, ბაქტერია იწყებს ახლის გამრავლებას ფაგის ნაწილაკები - ვირუსის უჯრედების კომპონენტები.

ამ პროცესის დროს ბაქტერიული გენები დეგრადირდება ფაგების მიერ. ბაქტერიისგან დარჩენილია ვირუსის რეპლიკაციური მანქანა.

ვირუსი იყენებს ბაქტერიულ უჯრედს მისი კომპონენტებისათვის საჭირო ცილის ხარაჩოს ​​სინთეზისთვის. ზოგჯერ, ის შემთხვევით ათავსებს მაწანწალა ბაქტერიულ დნმ-ს ზოგიერთ ფაგში, ტირაჟირებულ ვირუსულ დნმ-თან ერთად.

მას შემდეგ, რაც ყველაფერი მზად იქნება, ვირუსი ლიზისები ბაქტერიული უჯრედი. ბაქტერიული უჯრედი იხსნება და ფაგებს ათავისუფლებს სხვა ბაქტერიულ უჯრედებთან დასაკავშირებლად და აინფიცირებს. შეკავშირების შემდეგ, ზოგიერთ ფაგს ახალ ბაქტერიაში შეჰყავს ბაქტერიული გენეტიკური მასალა, რომელსაც ისინი ატარებენ ვირუსული დნმ-ის ნაცვლად.

იმის გამო, რომ ზოგიერთ ფაგს მხოლოდ ბაქტერიული დნმ-ის ნაჭრები აქვს, მათ არ შეუძლიათ ახალი მიმღები უჯრედის ინფექცია ან ლიზირება. თუ დონორი ბაქტერიული დნმ მოთავსდება ახალ ბაქტერიულ ქრომოსომაში, უჯრედი გამოხატავს გენებს ისე, როგორც ისინი ყოველთვის იქ იყვნენ.

ტრანსდუქციამ შეიძლება სწრაფად შეცვალოს ბაქტერიული პოპულაციების გენეტიკური შემადგენლობა, მიუხედავად იმისა, რომ ისინი სქესობრივად მრავლდებიან. ამ ტიპის გენების გადაცემას აქვს სერიოზული ზემოქმედება ბაქტერიებსა და მათზე მოქმედ ჰაბიტატებზე.

მაგალითად, როგორც ცნობილია, ბაქტერიების მრავალი შტამი აინფიცირებს და იწვევს დაავადებებს ადამიანებში და სხვა ორგანიზმებში. ანტიბიოტიკები არის მკურნალობა, რომელიც, როგორც წესი, ეფექტურია პოტენციურად საშიში ან თუნდაც ფატალური ბაქტერიული ინფექციების საწინააღმდეგოდ. ზოგიერთი ბაქტერიული შტამი განსაკუთრებით რთულია მათი აღმოსაფხვრელად და საჭიროებს ძალიან სპეციფიკურ ანტიბიოტიკებს.

ამიტომ დიდი შეშფოთება იწვევს, როდესაც ბაქტერიები ანტიბიოტიკების მიმართ რეზისტენტობას იჩენენ - ანტიბიოტიკების გამოყენების გარეშე, ეს შეიძლება კულმინაციას მიაღწიოს ინფექციებით, რომლებიც ორგანიზმში ვრცელდება გაუმოწმებლად.

ტრანსდუქცია როლს ასრულებს ანტიბიოტიკების რეზისტენტობაში. ზოგიერთ ბაქტერიულ უჯრედს აქვს ბუნებრივი წინააღმდეგობა უჯრედის მემბრანის ანტიბიოტიკების მიმართ, რაც ართულებს ანტიბიოტიკის იქ შეკავშირებას. ეს შეიძლება იყოს ა შემთხვევითი მუტაცია და ეს გავლენას არ მოახდენს ანტიბიოტიკის საერთო ეფექტურობაზე.

ამასთან, თუ ბაქტერიოფაგი აინფიცირებს ანტიბიოტიკებისადმი გამძლე ბაქტერიულ უჯრედს და შემდეგ გადააქვს ეს მუტირებული გენი სხვა ბაქტერიულ უჯრედებზე ტრანსდუქციით, მეტი უჯრედები იქნება ანტიბიოტიკების მიმართ მდგრადი და რადგან ისინი მრავლდებიან ორობითი გახლეჩით, ანტიბიოტიკებისადმი მდგრადი ბაქტერიული უჯრედების რაოდენობა შეიძლება გაიზარდოს ექსპონენციალურად.

ამასთან, ტრანსდუქციას აქვს დადებითი გავლენა ადამიანისა და სხვა უმაღლესი ცხოვრების ფორმების მიმართ. სამეცნიერო კვლევა ფოკუსირებულია კონტროლირებადი გატარების ტექნიკასა და შედეგებზე მრავალი პოტენციური პროგრამით.

ზოგი მეცნიერი დაინტერესებულია ახალი მედიკამენტების შექმნით ან უკეთესი მედიკამენტების მიღებით. სხვები დაინტერესებულნი არიან გენმოდიფიცირებული უჯრედების შექმნით, შემდგომი მეცნიერული გაგებით გენეტიკა, ან სამედიცინო მკურნალობის ახალი დარგებისთვის. ისინი კი ატარებენ ექსპერიმენტებს არაბაქტერიულ უჯრედებში ტრანსდუქციაზე დასაკვირვებლად.

ტრანსდუქცია არ არის პროკარიოტებში გენების გადაცემის ერთადერთი ტიპი. არსებობს კიდევ ორი ​​თვალსაჩინო სახეობა:

• უღლება
• ტრანსფორმაცია

კონიუგაცია ტრანსდუქციის მსგავსია იმაში, რომ დნმ გადადის პირდაპირ ერთი ბაქტერიული უჯრედიდან მეორეში. რამდენიმე მნიშვნელოვანი განსხვავებაა; განსაკუთრებით აღსანიშნავია, რომ კონიუგაცია ვირუსს არ ეყრდნობა, რომ ხელი შეუწყოს გენის გადატანას.

ბაქტერიებს აქვთ გენები ბაქტერიული ქრომოსომის სტრუქტურის გარეთ. ამ გენებს პლაზმიდებს უწოდებენ და, როგორც წესი, წარმოიქმნება ორმაგი ხვეულებით დამზადებული რგოლები. კონიუგირების დროს დონორულ უჯრედში პლაზმიდი ზრდის პროექციას, რომელიც გამოდის იქიდან პლაზმური მემბრანა და შეუერთეთ უჯრედი მიმღებ უჯრედს. მას შემდეგ, რაც შეუერთდება, ის გადასცემს მისი ახალი დნმ-ის ასლს ადრესატს, სანამ ისინი გამოყოფენ.

ტრანსფორმაცია არის გენის გადაცემის მეთოდი, რომელიც მე -20 საუკუნის შუა პერიოდში აღმოაჩინეს; ამ აღმოჩენამ თავისი როლი ითამაშა იმ აღმოჩენაში, რომ დნმ არის მემკვიდრეობითი თვისება ინფორმაცია დედამიწაზე მთელი ცხოვრებისათვის. ტრანსფორმაციის დროს, ბაქტერიები იღებენ დნმ-ს უჯრედის გარემოს გარემოდან. თუ ეს ჯდება მათ ბაქტერიულ ქრომოსომა, ეს ხდება მათი მუდმივი გენეტიკური მასალის ნაწილი.