Трансформация, трансдукция и конъюгация: перенос генов у прокариот

Прокариоты - это один из двух типов клеток на Земле. Другой - эукариоты. Прокариоты являются меньшими из двух, в них отсутствуют мембраносвязанные органеллы и определенное ядро. Прокариоты, представляющие собой бактерии и археи, в основном одноклеточные организмы.

Эукариоты размножаются половым путем. в отличие эукариотыпрокариот они размножаются бесполым путем, копируя себя в процессе, называемом двойное деление. Недостаток бесполое размножение это отсутствие генетической изменчивости от поколения к поколению.

Половое размножение увеличивает генетическую изменчивость, что обеспечивает защиту вида от изменений окружающей среды, таких как колебания. в ресурсах или популяциях хищников, а также другие факторы, такие как случайная мутация, которая может уничтожить большую часть Население. Если там есть разнообразие в генофонде вид более устойчив и может выдержать множество непредвиденных невзгод.

Прокариоты не обладают преимуществом полового размножения, но они все же обладают способностью увеличивать генетическое разнообразие с помощью нескольких типов передачи генов. Один из наиболее важных способов, которыми прокариоты (особенно бактерии) участвуют в переносе генов, называется трансдукцией и основан на помощи вирусов.

TL; DR (слишком длинный; Не читал)

Прокариоты - это в основном одноклеточные организмы. Они размножаются бесполым путем посредством процесса, называемого двойным делением. У прокариот существует три типа переноса генов, которые увеличивают их генетическое разнообразие. Это трансформация, конъюгация и трансдукция.

Трансдукция важна из-за ее значения для научных исследований и устойчивости бактерий к антибиотикам. Трансдукция происходит, когда вирус использует бактериальную клетку для репликации, захватывая ее.

Иногда вирус случайно упаковывает часть ДНК бактерий во фаг (компонент вирусной клетки) вместо своей собственной ДНК. Если это произойдет, фаг перейдет к другой бактерии, чтобы заразить ее, но фаг будет вводить ДНК только первой бактерии в реципиентную бактерию, где ДНК будет встроена.

Перенос генов среди архей и особенно бактерий иногда называют «горизонтальным» или «боковым» переносом генов. Это потому что генетический материал не передается от родительских бактериальных клеток к потомкам, а между бактериальными клетками того же поколения. Генетическая информация движется по генеалогическому древу горизонтально, а не вертикально.

Трансдукция была открыта в 1950-х годах микробиологами Норманом Зиндером и Джошуа Ледербергом, когда они изучали сальмонеллу. Это один из наиболее важных типов переноса генов, позволяющий бактериальной ДНК перемещаться между клетками.

Вирусы, заражающие бактерии, называемые бактериофагами, делают возможной трансдукцию. Поскольку они перемещаются от одной бактериальной клетки к другой как инфекционные агенты, они иногда непреднамеренно захватывают фрагменты бактериальной ДНК из одной клетки-хозяина и откладывают ее в следующей клетке, с которой они связываются.

•••Наука

•••Наука

Вирусы не могут воспроизводиться сами по себе. Вместо этого они должны использовать более продвинутую биологию репродуктивных клеток бактерий, чтобы делать копии самих себя. Для этого бактериофаги захватывают клетки-хозяева.

Когда бактериофаг встречает бактериальная клетка, он связывается с клеткой и вводит фаговую ДНК через плазматическую мембрану в клетку. Там он берет на себя управление репродуктивным поведением клетки. Вместо того, чтобы воспроизводить свой собственный генетический материал, бактерия начинает воспроизводить новые фаговые частицы - компоненты вирусных клеток.

Во время этого процесса бактериальные гены разрушаются фагами. То, что осталось от бактерии, - это машина репликации вируса.

Вирус использует бактериальную клетку для синтеза белковой основы, необходимой для его компонентов. Иногда он случайно упаковывает случайную бактериальную ДНК в некоторые фаги вместе с реплицированной вирусной ДНК.

Как только все будет готово, вирус лизирует бактериальная клетка. Бактериальная клетка разрывается, высвобождая фаги, чтобы связываться с другими бактериальными клетками и инфицировать их. После связывания некоторые из фагов будут вводить бактериальный генетический материал, который они несут, вместо вирусной ДНК в новую бактерию.

Поскольку некоторые из фагов несут только части бактериальной ДНК, они не могут инфицировать или лизировать новую реципиентную клетку. Если донорская бактериальная ДНК вписывается в новую бактериальную хромосому, клетка будет экспрессировать гены, как если бы они всегда были там.

Трансдукция может быстро изменить генетический состав популяций бактерий, даже если они размножаются бесполым путем. Этот тип переноса генов может серьезно повлиять на бактерии и среду обитания, на которую они влияют.

Например, известно, что многие штаммы бактерий инфицируют и вызывают заболевания людей и других организмов. Антибиотики - это лечение, которое обычно эффективно для борьбы с потенциально опасными или даже смертельными бактериальными инфекциями. Некоторые штаммы бактерий особенно трудно искоренить, и для них требуются очень специфические антибиотики.

Поэтому возникает серьезная проблема, когда бактерии развивают устойчивость к антибиотикам - без использования антибиотиков это может привести к инфекциям, которые бесконтрольно распространяются по организму.

Трансдукция играет роль в устойчивости к антибиотикам. Некоторые бактериальные клетки обладают естественной устойчивостью к антибиотикам на своих клеточных мембранах, что затрудняет связывание антибиотика там. Это могло произойти из-за случайная мутация и не повлияет на общую эффективность антибиотика.

Однако, если бактериофаг заражает устойчивую к антибиотикам бактериальную клетку, а затем передает этот мутированный ген другим бактериальным клеткам путем трансдукции, большее количество клеток будет устойчиво к антибиотикам, и по мере их размножения путем бинарного деления количество устойчивых к антибиотикам бактериальных клеток может увеличиться. экспоненциально.

Однако трансдукция имеет положительные последствия для людей и других высших форм жизни. Научные исследования были сосредоточены на методах и результатах контролируемой трансдукции с множеством потенциальных применений.

Некоторые ученые заинтересованы в создании новых лекарств или улучшении их доставки. Другие заинтересованы в создании генетически модифицированных клеток для дальнейшего научного понимания генетика, или для новых областей лечения. Они даже проводят эксперименты по наблюдению трансдукции в небактериальных клетках.

Трансдукция - не единственный тип переноса генов у прокариот. Есть еще два основных вида:

• Конъюгация
• Трансформация

Конъюгация аналогична трансдукции в том, что ДНК перемещается непосредственно от одной бактериальной клетки к другой. Однако есть несколько важных отличий; в частности, конъюгация не зависит от вируса для облегчения переноса гена.

Бактерии имеют гены вне структуры бактериальной хромосомы. Эти гены называются плазмидами и обычно образуют кольца, состоящие из двойных спиралей. Во время конъюгации плазмида в донорской клетке вырастает выступ, выходящий из плазматическая мембрана и присоединить ячейку к ячейке-получателю. После присоединения он передает копию своей новой ДНК получателю, прежде чем они отключаются.

Трансформация - это метод передачи генов, открытый в середине 20 века; это открытие сыграло роль в открытии того, что ДНК является унаследованной информацией о признаках всей жизни на Земле. Во время трансформации бактерии захватывают ДНК из окружающей среды вне клетки. Если это вписывается в их бактериальную хромосома, он становится частью их постоянного генетического материала.