Transformacija, perdavimas ir konjugacija: genų perkėlimas į prokariotus

Prokariotai yra vienas iš dviejų Žemės ląstelių tipų. Kitas yra eukariotai. Prokariotai yra mažesni iš dviejų, trūksta su membrana susijusių organelių ir apibrėžto branduolio. Prokariotai, kurie yra bakterijos ir archėjos, dažniausiai yra vienaląsčiai organizmai.

Eukariotai dauginasi seksualiai. Skirtingai eukariotai, prokariotai jie dauginasi nelytiniu būdu, kopijuodami save vadinamame procese dvejetainis dalijimasis. Trūkumas nelytinis dauginimasis yra genetinės dispersijos trūkumas iš kartos į kartą.

Lytinis dauginimasis padidina genetinę dispersiją, o tai apsaugo rūšis nuo aplinkos pokyčių, tokių kaip svyravimai išteklių ar plėšrūnų populiacijose, taip pat kitus veiksnius, pavyzdžiui, atsitiktinę mutaciją, kuri gali sunaikinti didžiąją dalį gyventojų. Jeigu ten yra įvairovė genofonde rūšis yra tvirtesnė ir gali atlaikyti daugybę nenumatytų sunkumų.

Prokariotai neturi lytinio dauginimosi pranašumų, tačiau vis tiek turi galimybę padidinti genetinę įvairovę per kelis genų perkėlimo tipus. Vienas iš svarbiausių būdų, kaip prokariotai (ypač bakterijos) užsiima genų perkėlimu, vadinamas transdukcija ir priklauso nuo virusų pagalbos.

TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)

Prokariotai dažniausiai yra vienaląsčiai organizmai. Jie dauginasi nelytiniu būdu per procesą, vadinamą dvejetainiu dalijimusi. Prokariotuose yra trijų rūšių genų perkėlimas, padidinantis jų genetinę įvairovę. Jie yra transformacija, konjugacija ir perdavimas.

Transdukcija yra svarbi dėl jos įtakos moksliniams tyrimams ir bakterijų atsparumo antibiotikams. Transdukcija įvyksta, kai virusas naudoja bakterijos ląstelę, kad pasikartotų ją užgrobdamas.

Kartais virusas netyčia dalį bakterijų DNR supakuoja į fagą (viruso ląstelių komponentą), o ne savo DNR. Jei taip atsitiks, fagas pateks į kitą bakteriją, kad ją užkrėstų, tačiau fagas pirmosios bakterijos DNR suleis tik į recipiento bakteriją, kur DNR bus inkorporuota.

Genų perdavimas tarp archėjų ir ypač bakterijų kartais vadinamas „horizontaliu“ arba „šoniniu“ genų perdavimu. Tai yra, nes genetinė medžiaga nėra perduodamas iš pirminių bakterijų ląstelių palikuonių ląstelėms, bet tarp tos pačios kartos bakterijų ląstelių. Genetinė informacija šeimos medyje juda horizontaliai, o ne vertikaliai.

Transdukciją 1950-aisiais atrado mikrobiologai Normanas Zinderis ir Joshua Lederbergas, tyrinėdami salmoneles. Tai yra vienas iš svarbiausių genų perkėlimo tipų, leidžiantis bakterijų DNR judėti tarp ląstelių.

Virusai, užkrėtę bakterijas, vadinami bakteriofagais, leidžia perduoti. Kadangi jie perkelia iš vienos bakterinės ląstelės į kitą kaip infekcijos sukėlėjai, jie kartais netyčia sugriebia bakterijų DNR gabalėlius iš vienos ląstelės-šeimininkės ir nusėda kitoje ląstelėje, prie kurios prisijungia.

•••Mokslo

•••Mokslo

Virusai negali patys daugintis. Vietoj to, jie turi naudoti pažangesnę bakterijų reprodukcinių ląstelių biologiją, kad padarytų savo kopijas. Norėdami tai padaryti, bakteriofagai užgrobia ląsteles šeimininkes.

Kai bakteriofagas susiduria a bakterinė ląstelė, jis prisijungia prie ląstelės ir per plazmos membraną į ląstelę suleidžia fago DNR. Ten reikia valdyti ląstelės reprodukcinį elgesį. Užuot atkartojusi savo genetinę medžiagą, bakterija pradeda daugintis nauja fago dalelės - viruso ląstelių komponentai.

Šio proceso metu fagai skaido bakterijų genus. Likusios iš bakterijos yra viruso replikacijos mašina.

Virusas naudoja bakterijų ląstelę sintetindamas baltymų pastolius, kurių reikia komponentams. Kartais jis atsitiktinai pakelia klajojančią bakterinę DNR į kai kuriuos fagus kartu su replikuota viruso DNR.

Kai viskas bus paruošta, virusas lizuoja bakterinės ląstelės. Bakterijų ląstelės prasiveržia, išlaisvindamos fagus, kad prisijungtų ir užkrėstų kitas bakterijų ląsteles. Kai jie bus surišti, kai kurie fagai vietoj viruso DNR suleis bakterijų genetinę medžiagą, kurią jie neša, į naują bakteriją.

Kadangi kai kuriuose faguose yra tik bakterijų DNR gabalėliai, jie negali užkrėsti ar lizuoti naujos recipiento ląstelės. Jei donoro bakterijos DNR telpa į naują bakterijų chromosomą, ląstelė genus ekspresuos taip, lyg jie visada būtų buvę.

Transdukcija gali greitai pakeisti bakterijų populiacijų genetinę struktūrą, nors jos dauginasi nelytiniu būdu. Šio tipo genų perkėlimas gali labai paveikti bakterijas ir jų veikiamas buveines.

Pavyzdžiui, žinoma, kad daugybė bakterijų padermių užkrėsta ir sukelia ligas žmonėms ir kitiems organizmams. Antibiotikai yra gydymas, kuris paprastai yra veiksmingas siekiant įveikti potencialiai pavojingas ar net mirtinas bakterines infekcijas. Kai kurias bakterijų padermes ypač sunku išnaikinti, todėl reikia labai specifinių antibiotikų.

Todėl tai kelia didelį susirūpinimą, kai bakterijoms atsiranda atsparumas antibiotikams - nenaudojant antibiotikų, tai gali baigtis infekcijomis, kurios netikrinamos organizme.

Transdukcija atlieka atsparumo antibiotikams vaidmenį. Kai kurių bakterijų ląstelių ląstelių membranos turi natūralų atsparumą antibiotikams, todėl antibiotikui ten sunku prisijungti. Tai galėjo lemti a atsitiktinė mutacija ir neturėtų įtakos bendram antibiotiko veiksmingumui.

Tačiau, jei bakteriofagas užkrėstų antibiotikams atsparias bakterijų ląsteles ir pernešęs tą mutavusį geną perneštų kitas bakterijų ląsteles, daugiau ląstelių bus atsparios antibiotikams, o kai jos dauginasi dvejetainiu dalijimusi, antibiotikams atsparių bakterijų ląstelių skaičius gali padidėti eksponentiškai.

Tačiau perdavimas daro teigiamą poveikį žmonėms ir kitoms aukštesnėms gyvybės formoms. Moksliniuose tyrimuose daugiausia dėmesio buvo skiriama kontroliuojamo transdukcijos metodams ir rezultatams, naudojant daugybę galimų programų.

Kai kurie mokslininkai yra suinteresuoti kurti naujus vaistus ar geresnį vaistų pristatymą. Kiti yra suinteresuoti sukurti genetiškai modifikuotas ląsteles, kad būtų galima geriau suprasti genetikaarba naujoms medicinos gydymo sritims. Jie netgi atlieka eksperimentus, kad stebėtų transdukciją ne bakterinėse ląstelėse.

Transdukcija nėra vienintelis genų perkėlimo tipas prokariotuose. Yra dar dvi žinomos rūšys:

• Konjugacija
• Transformacija

Konjugacija panaši į transdukciją, nes DNR tiesiogiai perkeliama iš vienos bakterinės ląstelės į kitą. Tačiau yra keletas svarbių skirtumų; visų pirma, konjugacija nesiremia virusu, palengvinančiu genų perdavimą.

Bakterijos turi genų, esančių už bakterijų chromosomų struktūros ribų. Šie genai vadinami plazmidėmis ir paprastai susidaro žieduose, pagamintuose iš dvigubų spiralių. Konjugacijos metu ląstelės donoro plazmidėje auga projekcija, išeinanti iš plazmos membrana ir sujunkite langelį su ląstele gavėja. Prisijungęs, jis perduoda savo naujos DNR kopiją recipientui, kol jie neatsijungia.

Transformacija yra genų perkėlimo metodas, kuris buvo atrastas 20 amžiaus viduryje; šis atradimas suvaidino vaidmenį atradime, kad DNR yra paveldima informacija apie visą Žemės gyvybę. Transformacijos metu bakterijos surenka DNR iš aplinkos, esančios už ląstelės ribų. Jei jis tinka jų bakterijai chromosomos, tai tampa jų nuolatinės genetinės medžiagos dalimi.