Prokarionty to jeden z dwóch typów komórek na Ziemi. Drugi to eukarionty. Prokariota są mniejsze, pozbawione organelli związanych z błoną i określonego jądra. Prokariota, czyli bakterie i archeony, to w większości organizmy jednokomórkowe.
Eukarionty rozmnażają się płciowo. w odróżnieniu eukarionty, prokarionty rozmnażają się bezpłciowo, kopiując się w procesie zwanym binarne rozczepienie. Wadą dla rozmnażanie bezpłciowe jest brak zmienności genetycznej z pokolenia na pokolenie.
Rozmnażanie płciowe zwiększa zmienność genetyczną, co zapewnia gatunkowi ochronę przed zmianami środowiskowymi, takimi jak fluktuacje w zasobach lub populacjach drapieżników, a także inne czynniki, takie jak losowa mutacja, która może wymazać większość populacja. Jeśli jest różnorodność w puli genowej gatunek jest bardziej wytrzymały i może wytrzymać wiele nieprzewidzianych trudności.
Prokarionty nie mają korzyści z rozmnażania płciowego, ale nadal mają zdolność do zwiększania różnorodności genetycznej poprzez kilka rodzajów transferu genów. Jednym z najważniejszych sposobów, w jaki prokariota (zwłaszcza bakterie) angażują się w transfer genów, jest transdukcja i opiera się na pomocy wirusów.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Prokarionty to głównie organizmy jednokomórkowe. Rozmnażają się bezpłciowo w procesie zwanym rozszczepieniem binarnym. Istnieją trzy rodzaje transferu genów u prokariontów, które zwiększają ich różnorodność genetyczną. Są to transformacja, koniugacja i transdukcja.
Transdukcja jest ważna ze względu na jej implikacje dla badań naukowych i antybiotykooporności bakterii. Transdukcja ma miejsce, gdy wirus wykorzystuje komórkę bakteryjną do replikacji poprzez przejęcie jej.
Czasami wirus przypadkowo pakuje część DNA bakterii do faga (składnika komórki wirusa) zamiast własnego DNA. Jeśli tak się stanie, fag przejdzie do innej bakterii, aby go zainfekować, ale fag wstrzyknie tylko DNA pierwszej bakterii do bakterii biorcy, gdzie zostanie on włączony.
Co to jest transdukcja u prokariontów?
Transfer genów między archeonami, a zwłaszcza bakteriami, jest czasami określany jako „poziomy” lub „boczny” transfer genów. To dlatego, że materiał genetyczny nie jest przekazywany z macierzystych komórek bakteryjnych do komórek potomnych, ale między komórkami bakteryjnymi tego samego pokolenia. Informacja genetyczna porusza się poziomo na drzewie genealogicznym, a nie pionowo.
Transdukcja została odkryta w latach 50. XX wieku przez mikrobiologów Normana Zindera i Joshuę Lederberga, którzy badali salmonellę. Jest to jeden z najważniejszych rodzajów transferów genów, umożliwiający przemieszczanie się bakteryjnego DNA między komórkami.
Wirusy infekujące bakterie, zwane bakteriofagami, umożliwiają transdukcję. Ponieważ przenoszą się z jednej komórki bakteryjnej do drugiej jako czynniki zakaźne, czasami przypadkowo chwytają fragmenty bakteryjnego DNA z jednej komórki gospodarza i odkładają je w następnej komórce, z którą się wiążą.
•••Nauka
•••Nauka
Proces transdukcji bakterii
Wirusy nie mogą się rozmnażać samodzielnie. Zamiast tego muszą wykorzystać bardziej zaawansowaną biologię komórek rozrodczych bakterii, aby wykonać kopie samych siebie. W tym celu bakteriofagi porywają komórki gospodarza.
Gdy bakteriofag napotka komórka bakteryjna, wiąże się z komórką i wstrzykuje fagowy DNA przez błonę plazmatyczną do komórki. Tam przejmuje kontrolę nad zachowaniem reprodukcyjnym komórki. Zamiast replikować własny materiał genetyczny, bakteria zaczyna replikować nowy cząstki fagów – składniki komórek wirusa.
Podczas tego procesu geny bakteryjne są degradowane przez fagi. To, co pozostało z bakterii, to maszyna do replikacji wirusa.
Wirus wykorzystuje komórkę bakteryjną do syntezy rusztowania białkowego, którego potrzebuje dla swoich składników. Czasami przypadkowo pakuje zabłąkany bakteryjny DNA do niektórych fagów wraz ze zreplikowanym wirusowym DNA.
Gdy wszystko będzie gotowe, wirus lizy komórka bakteryjna. Komórka bakteryjna pęka, uwalniając fagi do wiązania się i infekowania innych komórek bakteryjnych. Po związaniu niektóre fagi wstrzykną do nowej bakterii bakteryjny materiał genetyczny, który niosą zamiast wirusowego DNA.
Ponieważ niektóre fagi niosą tylko fragmenty bakteryjnego DNA, nie mogą one zainfekować ani zlizować nowej komórki biorcy. Jeśli DNA bakterii dawcy pasuje do nowego chromosomu bakteryjnego, komórka wykaże ekspresję genów tak, jakby zawsze tam były.
Dlaczego transdukcja jest ważna?
Transdukcja może szybko zmienić strukturę genetyczną populacji bakterii, nawet jeśli rozmnażają się one bezpłciowo. Ten rodzaj transferu genów może mieć głęboki wpływ na bakterie i siedliska, na które wpływają.
Na przykład wiadomo, że wiele szczepów bakterii infekuje i powoduje choroby u ludzi i innych organizmów. Antybiotyki to leczenie, które zwykle skutecznie przeciwdziała potencjalnie groźnym, a nawet śmiertelnym infekcjom bakteryjnym. Niektóre szczepy bakterii są szczególnie trudne do zwalczenia i wymagają bardzo specyficznych antybiotyków.
Dlatego bardzo niepokojące jest, gdy bakterie rozwijają oporność na antybiotyki – bez użycia antybiotyków może to doprowadzić do infekcji, które w niekontrolowany sposób rozprzestrzeniają się w organizmie.
Transdukcja odgrywa rolę w oporności na antybiotyki. Niektóre komórki bakteryjne mają naturalną odporność na antybiotyki na swoich błonach komórkowych, co utrudnia wiązanie się tam antybiotyku. Może to być spowodowane losowa mutacja i nie wpłynie na ogólną skuteczność antybiotyku.
Jeśli jednak bakteriofag zainfekuje oporną na antybiotyki komórkę bakteryjną, a następnie przeniesie zmutowany gen do innych komórek bakteryjnych poprzez transdukcję, więcej komórek będzie opornych na antybiotyki, a gdy rozmnażają się przez rozszczepienie binarne, liczba opornych na antybiotyki komórek bakteryjnych może wzrosnąć wykładniczo.
Wykorzystanie transdukcji w medycynie
Transdukcja ma jednak pozytywne implikacje dla ludzi i innych wyższych form życia. Badania naukowe koncentrują się na technikach i wynikach kontrolowanej transdukcji o wielu potencjalnych zastosowaniach.
Niektórzy naukowcy są zainteresowani tworzeniem nowych leków lub lepszym dostarczaniem leków. Inni są zainteresowani tworzeniem genetycznie zmodyfikowanych komórek w celu dalszego naukowego zrozumienia understanding genetykalub dla nowych dziedzin leczenia. Przeprowadzają nawet eksperymenty, aby obserwować transdukcję w komórkach niebakteryjnych.
Inne formy transferu DNA
Transdukcja nie jest jedynym rodzajem transferu genów u prokariontów. Istnieją dwa bardziej widoczne rodzaje:
- Koniugacja
- Transformacja
Koniugacja jest podobna do transdukcji, ponieważ DNA jest przenoszone bezpośrednio z jednej komórki bakteryjnej do drugiej. Istnieje jednak kilka ważnych różnic; przede wszystkim koniugacja nie opiera się na wirusie ułatwiającym transfer genu.
Bakterie mają geny poza strukturą chromosomu bakteryjnego. Geny te nazywane są plazmidami i zazwyczaj tworzą pierścienie zbudowane z podwójnych helis. Podczas koniugacji plazmid w komórce dawcy wytwarza wypustkę, która wychodzi z błona plazmatyczna i połączyć komórkę z komórką biorcy. Po dołączeniu przenosi kopię swojego nowego DNA do biorcy, zanim się odłączy.
Transformacja to metoda transferu genów odkryta w połowie XX wieku; to odkrycie odegrało rolę w odkryciu, że DNA jest odziedziczoną informacją o cechach całego życia na Ziemi. Podczas transformacji bakterie pobierają DNA ze środowiska poza komórką. Jeśli pasuje do ich bakterii chromosom, staje się częścią ich stałego materiału genetycznego.