Prokarioti ir viens no diviem šūnu veidiem uz Zemes. Otrs ir eikarioti. Prokarioti ir mazākais no abiem, bez membrānām saistītu organellu un noteikta kodola. Prokarioti, kas ir baktērijas un arhejas, lielākoties ir vienšūnas organismi.
Eikarioti vairojas seksuāli. Atšķirībā no eikarioti, prokariotes viņi vairojas neaktīvi, kopējot sevi procesā, ko sauc binārā skaldīšana. Trūkums bezdzimuma reprodukcija ir ģenētiskās dispersijas trūkums no paaudzes paaudzē.
Seksuālā reprodukcija palielina ģenētisko dispersiju, kas sugai nodrošina aizsardzību pret vides izmaiņām, piemēram, svārstībām resursu vai plēsēju populācijās, kā arī citi faktori, piemēram, nejauša mutācija, kas var iznīcināt lielāko daļu populācija. Ja tur ir daudzveidība genofondā suga ir izturīgāka un spēj izturēt daudzas neparedzētas grūtības.
Prokariotiem nav priekšrocības dzimum reprodukcijā, taču tām joprojām ir iespēja palielināt ģenētisko daudzveidību, izmantojot vairākus gēnu pārneses veidus. Viens no vissvarīgākajiem veidiem, kā prokariotes (īpaši baktērijas) iesaistās gēnu pārnešanā, tiek saukta par transdukciju un paļaujas uz vīrusu palīdzību.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Prokarioti galvenokārt ir vienšūnu organismi. Viņi vairojas aseksuāli, izmantojot procesu, ko sauc par bināro skaldīšanu. Prokariotos ir trīs veidu gēnu pārnešana, kas palielina to ģenētisko daudzveidību. Tie ir transformācija, konjugācija un transdukcija.
Transdukcija ir svarīga, jo tā ietekmē zinātniskos pētījumus un baktēriju rezistenci pret antibiotikām. Transdukcija notiek, ja vīruss izmanto baktērijas šūnu, lai atkārtotu sevi, nolaupot to.
Dažreiz vīruss daļu baktēriju DNS nejauši iepako fāgā (vīrusa šūnu sastāvdaļā), nevis savu DNS. Ja tas notiks, fāgs nonāks pie citas baktērijas, lai to inficētu, bet fāgs injicēs pirmās baktērijas DNS tikai saņēmēja baktērijā, kur DNS tiks iestrādāta.
Kas ir transdukcija prokariotos?
Gēnu pārnešanu starp arhejām un jo īpaši baktērijām dažreiz sauc par “horizontālu” vai “sānu” gēnu pārnešanu. Tas ir tāpēc, ka ģenētiskais materiāls netiek nodots no vecāku baktēriju šūnām pēcnācēju šūnām, bet gan starp vienas un tās pašas paaudzes baktēriju šūnām. Ģenētiskā informācija kustas ciltskokā horizontāli, nevis vertikāli.
Transdukciju 1950. gados atklāja mikrobiologi Normans Zinders un Džošua Lederbergs, pētot salmonellu. Tas ir viens no vissvarīgākajiem gēnu pārneses veidiem, kas ļauj baktēriju DNS pārvietoties starp šūnām.
Vīrusi, kas inficē baktērijas, ko sauc par bakteriofagiem, padara iespējamu transdukciju. Tā kā viņi pārvietojas no vienas baktēriju šūnas uz citu kā infekcijas izraisītāji, dažreiz viņi neviļus no vienas saimniekšūnas paņem baktēriju DNS gabalus un noglabā to nākamajā šūnā, pie kuras tie ir saistīti.
•••Zinātniskā
•••Zinātniskā
Baktēriju transdukcijas process
Vīrusi nevar vairoties paši. Tā vietā viņiem jāizmanto progresīvākā baktēriju reproduktīvo šūnu bioloģija, lai izveidotu sevis kopijas. Lai to izdarītu, bakteriofāgi nolaupa saimniekorganisma šūnas.
Kad bakteriofāgs sastop a baktēriju šūna, tas saistās ar šūnu un injicē fāga DNS caur plazmas membrānu šūnā. Tur tas pārvalda šūnas reproduktīvo uzvedību. Tā vietā, lai atkārtotu savu ģenētisko materiālu, baktērija sāk atkārtot jaunu fāga daļiņas - vīrusu šūnu sastāvdaļas.
Šajā procesā fāgi noārda baktēriju gēnus. Tas, kas palicis pāri no baktērijas, ir vīrusa replikācijas mašīna.
Vīruss izmanto baktēriju šūnu, lai sintezētu olbaltumvielu sastatnes, kas nepieciešamas tā sastāvdaļām. Dažreiz tas nejauši iesaiņo klaiņojošu baktēriju DNS dažos fāgos kopā ar replikēto vīrusa DNS.
Kad viss ir gatavs, vīruss lizas baktēriju šūna. Baktēriju šūna pārsprāgst, atbrīvojot fāgus, lai saistītos un inficētu citas baktēriju šūnas. Pēc saistīšanas daži fāgi jaunajā baktērijā injicēs baktēriju ģenētisko materiālu, ko tie satur vīrusu DNS vietā.
Tā kā daži fāgi nes tikai baktēriju DNS gabalus, tie nevar inficēt vai lizēt jauno recipienta šūnu. Ja donora baktērijas DNS iekļaujas jaunajā baktēriju hromosomā, šūna izteiks gēnus tā, it kā tie vienmēr būtu tur bijuši.
Kāpēc transdukcija ir svarīga?
Transdukcija var ātri izmainīt baktēriju populāciju ģenētisko sastāvu, kaut arī tās vairojas aseksuāli. Šāda veida gēnu pārnešana var dziļi ietekmēt baktērijas un to ietekmētos biotopus.
Piemēram, ir zināms, ka daudzi baktēriju celmi inficē un izraisa slimības cilvēkiem un citiem organismiem. Antibiotikas ir ārstēšana, kas parasti ir efektīva, lai apkarotu potenciāli bīstamas vai pat letālas bakteriālas infekcijas. Dažus baktēriju celmus ir īpaši grūti iznīcināt, un tiem nepieciešamas ļoti specifiskas antibiotikas.
Tāpēc tas rada lielas bažas, kad baktērijām rodas rezistence pret antibiotikām - bez antibiotiku lietošanas tas var vainagoties ar infekcijām, kas organismā izplatās nekontrolēti.
Transdukcijai ir nozīme antibiotiku rezistencē. Dažām baktēriju šūnām ir dabiska rezistence pret antibiotikām to šūnu membrānās, tāpēc antibiotikai ir grūti tur saistīties. Tas varētu būt saistīts ar a nejauša mutācija un tas neietekmētu antibiotiku vispārējo efektivitāti.
Tomēr, ja bakteriofāgs inficē baktēriju šūnas, kas izturīgas pret antibiotikām, un pēc tam ar mutāciju pārnes šo mutācijas gēnu citām baktēriju šūnām, vairāk šūnu būs izturīgas pret antibiotikām, un, vairojoties ar bināro šķelšanos, varētu palielināties pret antibiotikām rezistentu baktēriju šūnu skaits eksponenciāli.
Transdukcijas izmantošana medicīnā
Transdukcijai tomēr ir pozitīva ietekme uz cilvēkiem un citām augstākas dzīves formām. Zinātniskie pētījumi ir koncentrējušies uz kontrolētas transdukcijas paņēmieniem un rezultātiem ar daudziem iespējamiem pielietojumiem.
Daži zinātnieki ir ieinteresēti radīt jaunus medikamentus vai labāk piegādāt medikamentus. Citi ir ieinteresēti radīt ģenētiski modificētas šūnas, lai veicinātu zinātnisku izpratni par ģenētika, vai jaunām ārstniecības jomām. Viņi pat veic eksperimentus, lai novērotu transdukciju ne-baktēriju šūnās.
Citas DNS nodošanas formas
Transdukcija nav vienīgais gēnu pārneses veids prokariotos. Ir vēl divi pamanāmi veidi:
- Konjugācija
- Pārvērtības
Konjugācija ir līdzīga transdukcijai, jo DNS tiek tieši pārvietots no vienas baktēriju šūnas uz otru. Tomēr ir vairākas būtiskas atšķirības; Konkrētāk, konjugācija nav balstīta uz vīrusu, lai atvieglotu gēnu pārnešanu.
Baktērijām ir gēni ārpus baktēriju hromosomu struktūras. Šos gēnus sauc par plazmīdām, un tie parasti veidojas gredzenos, kas izgatavoti no dubultām spirālēm. Konjugācijas laikā plazmīdā donora šūnā izaug projekcija, kas iziet no plazmas membrāna un pievienojiet šūnu saņēmēja šūnai. Pēc pievienošanās tā nodod jaunās DNS kopiju saņēmējam, pirms viņi atvienojas.
Transformācija ir gēnu pārneses metode, kas tika atklāta 20. gadsimta vidū; šim atklājumam bija nozīme atklājumā, ka DNS ir iedzimta informācija par īpašībām visai dzīvībai uz Zemes. Transformācijas laikā baktērijas uzņem DNS no vides ārpus šūnas. Ja tas iekļaujas viņu baktērijās hromosomu, tas kļūst par daļu no viņu pastāvīgā ģenētiskā materiāla.