Prokaryoten zijn een van de twee soorten cellen op aarde. De andere is eukaryoten. prokaryoten zijn de kleinste van de twee, zonder membraangebonden organellen en een gedefinieerde kern. Prokaryoten, die bacteriën en archaea zijn, zijn meestal eencellige organismen.
Eukaryoten planten zich seksueel voort. in tegenstelling tot eukaryoten, prokaryoten die ze ongeslachtelijk voortplanten, waarbij ze zichzelf kopiëren in een proces genaamd binaire splijting. Een nadeel om ongeslachtelijke voortplanting is het gebrek aan genetische variantie van de ene generatie op de andere.
Seksuele reproductie verhoogt de genetische variantie, wat de soort beschermt tegen veranderingen in de omgeving, zoals fluctuaties in hulpbronnen of populaties van roofdieren, evenals andere factoren, zoals een willekeurige mutatie die het potentieel heeft om het grootste deel van een bevolking. Als er is diversiteit in de genenpool is de soort steviger en kan hij veel onvoorziene ontberingen weerstaan.
Prokaryoten hebben niet het voordeel van seksuele reproductie, maar ze hebben nog steeds het vermogen om de genetische diversiteit te vergroten door middel van verschillende soorten genoverdracht. Een van de belangrijkste manieren waarop prokaryoten (vooral bacteriën) genoverdracht uitvoeren, wordt transductie genoemd en is afhankelijk van de hulp van virussen.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Prokaryoten zijn meestal eencellige organismen. Ze planten zich ongeslachtelijk voort via een proces dat binaire splitsing wordt genoemd. Er zijn drie soorten genoverdracht in prokaryoten die hun genetische diversiteit vergroten. Ze zijn transformatie, conjugatie en transductie.
Transductie is belangrijk vanwege de implicaties voor wetenschappelijk onderzoek en bacteriële antibioticaresistentie. Transductie vindt plaats wanneer een virus een bacteriecel gebruikt om zichzelf te repliceren door deze te kapen.
Soms verpakt het virus per ongeluk een deel van het DNA van de bacterie in een faag (virale celcomponent) in plaats van zijn eigen DNA. Als dat gebeurt, gaat de faag naar een andere bacterie om hem te infecteren, maar de faag injecteert alleen het DNA van de eerste bacterie in de ontvangende bacterie, waar het DNA wordt ingebouwd.
Wat is transductie in prokaryoten?
Genoverdracht tussen archaea en vooral bacteriën wordt soms "horizontale" of "laterale" genoverdracht genoemd. Dit is zo omdat genetisch materiaal wordt niet doorgegeven van ouderlijke bacteriecellen naar nakomelingencellen, maar tussen bacteriecellen van dezelfde generatie. De genetische informatie beweegt horizontaal op de stamboom, in plaats van verticaal.
Transductie werd in de jaren vijftig ontdekt door microbiologen Norman Zinder en Joshua Lederberg terwijl ze salmonella bestudeerden. Het is een van de belangrijkste soorten genoverdracht, waardoor bacterieel DNA tussen cellen kan bewegen.
Virussen die bacteriën infecteren, bacteriofagen genaamd, maken transductie mogelijk. Omdat ze als infectieuze agentia van de ene bacteriecel naar de andere gaan, grijpen ze soms onbedoeld stukjes bacterieel DNA van de ene gastheercel en zetten deze af in de volgende cel waaraan ze binden.
•••Wetenschap
•••Wetenschap
Het proces van bacteriële transductie
Virussen kunnen zich niet zelfstandig voortplanten. In plaats daarvan moeten ze de meer geavanceerde reproductieve celbiologie van de bacteriën gebruiken om kopieën van zichzelf te maken. Om dat te doen kapen bacteriofagen gastheercellen.
Wanneer een bacteriofaag een bacteriële cel, het bindt aan de cel en injecteert faag-DNA door het plasmamembraan in de cel. Daar neemt het de leiding over het voortplantingsgedrag van de cel. In plaats van zijn eigen genetisch materiaal te repliceren, begint de bacterie nieuwe te repliceren faagdeeltjes – componenten van viruscellen.
Tijdens dit proces worden de bacteriële genen afgebroken door de fagen. Wat overblijft van de bacterie is een replicatiemachine voor het virus.
Het virus gebruikt de bacteriële cel om de eiwitsteiger te synthetiseren die het nodig heeft voor zijn componenten. Soms verpakt het per ongeluk verdwaald bacterieel DNA in sommige van de fagen samen met het gerepliceerde virale DNA.
Als alles klaar is, het virus lyses de bacteriecel. De bacteriële cel barst open, waardoor de fagen vrijkomen om te binden aan andere bacteriële cellen en deze te infecteren. Eenmaal gebonden, injecteren sommige van de fagen het bacteriële genetische materiaal dat ze dragen in plaats van viraal DNA in de nieuwe bacterie.
Omdat sommige fagen alleen stukjes bacterieel DNA dragen, kunnen ze de nieuwe ontvangende cel niet infecteren of lyseren. Als het bacteriële DNA van de donor in het nieuwe bacteriële chromosoom past, zal de cel de genen tot expressie brengen alsof ze er altijd al waren geweest.
Waarom is transductie belangrijk?
Transductie kan de genetische samenstelling van bacteriepopulaties snel veranderen, ook al reproduceren ze zich ongeslachtelijk. Dit type genoverdracht heeft het potentieel voor diepgaande effecten op bacteriën en de habitats die ze beïnvloeden.
Het is bijvoorbeeld bekend dat veel bacteriestammen mensen en andere organismen infecteren en ziekten veroorzaken. Antibiotica zijn een behandeling die meestal effectief is om potentieel gevaarlijke of zelfs dodelijke bacteriële infecties tegen te gaan. Sommige bacteriestammen zijn bijzonder moeilijk uit te roeien en vereisen zeer specifieke antibiotica.
Het is daarom een grote zorg wanneer bacteriën resistent worden tegen antibiotica – zonder het gebruik van antibiotica zou dit kunnen uitmonden in infecties die zich ongecontroleerd in het lichaam verspreiden.
Transductie speelt een rol bij antibioticaresistentie. Sommige bacteriecellen hebben een natuurlijke resistentie tegen antibiotica op hun celmembranen, waardoor het moeilijk is voor het antibioticum om zich daar te binden. Dit kan te wijten zijn aan een willekeurige mutatie en zou de algehele effectiviteit van het antibioticum niet beïnvloeden.
Als een bacteriofaag echter een antibioticaresistente bacteriële cel infecteert en vervolgens dat gemuteerde gen door transductie naar andere bacteriële cellen overdraagt, meer cellen zullen antibioticaresistent zijn, en naarmate ze zich voortplanten door binaire splitsing, zou het aantal antibioticaresistente bacteriële cellen kunnen toenemen exponentieel.
Transductie in de geneeskunde gebruiken
Transductie heeft echter positieve implicaties voor mensen en andere hogere levensvormen. Wetenschappelijk onderzoek heeft zich gericht op technieken en resultaten van gecontroleerde transductie met veel potentiële toepassingen.
Sommige wetenschappers zijn geïnteresseerd in het creëren van nieuwe medicijnen of een betere medicijnafgifte. Anderen zijn geïnteresseerd in het creëren van genetisch gemodificeerde cellen om het wetenschappelijke begrip van genetica, of voor nieuwe gebieden van medische behandelingen. Ze voeren zelfs experimenten uit om transductie in niet-bacteriële cellen te observeren.
Andere vormen van DNA-overdracht
Transductie is niet het enige type genoverdracht in prokaryoten. Er zijn nog twee prominente soorten:
- Conjugatie
- transformatie
Conjugatie is vergelijkbaar met transductie in die zin dat DNA rechtstreeks van de ene bacteriële cel naar de andere wordt verplaatst. Er zijn echter een aantal belangrijke verschillen; met name is conjugatie niet afhankelijk van een virus om de genoverdracht te vergemakkelijken.
Bacteriën hebben genen buiten de bacteriële chromosoomstructuur. Deze genen worden plasmiden genoemd en worden meestal gevormd in ringen gemaakt van dubbele helices. Tijdens conjugatie groeit een plasmide in de donorcel een projectie die de. verlaat plasma membraan en voeg de cel toe aan een ontvangende cel. Eenmaal verbonden, draagt het een kopie van zijn nieuwe DNA over aan de ontvanger voordat deze zich losmaakt.
Transformatie is een methode van genoverdracht die halverwege de 20e eeuw werd ontdekt; deze ontdekking speelde een rol bij de ontdekking dat DNA de erfelijke eigenschapinformatie is voor al het leven op aarde. Tijdens transformatie nemen bacteriën DNA op uit de omgeving buiten de cel. Als het in hun bacterie past? chromosoom, wordt het onderdeel van hun permanente genetische materiaal.