Prokaryoty sú jedným z dvoch typov buniek na Zemi. Druhým sú eukaryoty. Prokaryotes sú menšie z týchto dvoch, chýbajúce na membráne viazané organely a definované jadro. Prokaryoty, ktoré sú baktériami a archeami, sú väčšinou jednobunkové organizmy.
Eukaryoty sa reprodukujú sexuálne. Na rozdiel od eukaryoty, prokaryoty sa reprodukujú nepohlavne, kopírujú sa procesom tzv binárne delenie. Nevýhodou asexuálne rozmnožovanie je nedostatok genetických rozdielov medzi generáciami.
Pohlavné rozmnožovanie zvyšuje genetickú variáciu, ktorá poskytuje druhovi ochranu pred zmenami v prostredí, ako sú napríklad fluktuácie v populáciách zdrojov alebo predátorov, ako aj ďalšie faktory, ako napríklad náhodná mutácia, ktorá má potenciál zničiť väčšinu populácia. Ak existuje rôznorodosť v genofonde je druh robustnejší a vydrží aj veľa nepredvídaných ťažkostí.
Prokaryoty nemajú výhodu sexuálneho rozmnožovania, ale stále majú schopnosť zvyšovať genetickú diverzitu prostredníctvom niekoľkých druhov génového prenosu. Jeden z najdôležitejších spôsobov, ako sa prokaryoty (najmä baktérie) zúčastňujú prenosu génov, sa nazýva transdukcia a spolieha sa na pomoc vírusov.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Prokaryoty sú väčšinou jednobunkové organizmy. Rozmnožujú sa nepohlavne procesom nazývaným binárne štiepenie. U prokaryot existujú tri druhy génového prenosu, ktoré zvyšujú ich genetickú diverzitu. Sú to transformácia, konjugácia a transdukcia.
Transdukcia je dôležitá z dôvodu dôsledkov pre vedecký výskum a odolnosť bakteriálnych antibiotík. K transdukcii dôjde, keď vírus použije bunku baktérie na svoju replikáciu únosom.
Vírus niekedy namiesto vlastnej DNA náhodne zabalí časť DNA baktérií do fágu (zložka vírusovej bunky). Ak sa to stane, fág prejde do inej baktérie, aby ju infikoval, ale fág vstrekne DNA prvej baktérie iba do prijímajúcej baktérie, kde bude DNA zabudovaná.
Čo je transdukcia u prokaryot?
Génový prenos medzi archeami a najmä baktériami sa niekedy označuje ako „horizontálny“ alebo „bočný“ génový prenos. To je preto, že genetický materiál sa neprenáša z rodičovských bakteriálnych buniek na bunky potomkov, ale medzi bakteriálnymi bunkami rovnakej generácie. Genetická informácia sa pohybuje na rodokmeni horizontálne, nie vertikálne.
Transdukciu objavili v 50. rokoch minulého storočia mikrobiológovia Norman Zinder a Joshua Lederberg pri štúdiu salmonely. Je to jeden z najdôležitejších typov génových prenosov, ktorý umožňuje bakteriálnej DNA pohybovať sa medzi bunkami.
Vírusy, ktoré infikujú baktérie, nazývané bakteriofágy, umožňujú transdukciu. Pretože prechádzajú z jednej bakteriálnej bunky do druhej ako infekční agens, niekedy nechtiac chytia kúsky bakteriálnej DNA z jednej hostiteľskej bunky a uložia ju do ďalšej bunky, na ktorú sa naviažu.
•••Vedenie
•••Vedenie
Proces bakteriálnej transdukcie
Vírusy sa samy nemôžu množiť. Namiesto toho musia na vytvorenie kópií použiť pokročilejšiu biológiu reprodukčných buniek baktérií. Za týmto účelom bakteriofágy unesú hostiteľské bunky.
Keď bakteriofág narazí na a bakteriálna bunka, viaže sa na bunku a vstrekuje fágovú DNA cez plazmatickú membránu do bunky. Tam preberá velenie nad reprodukčným správaním bunky. Namiesto replikácie vlastného genetického materiálu sa baktéria začína replikovať nová fágové častice - zložky vírusových buniek.
Bakteriálne gény sa počas tohto procesu degradujú fágmi. Z baktérie zostal replikačný stroj na vírus.
Vírus využíva bakteriálnu bunku na syntézu bielkovinového lešenia, ktoré potrebuje pre svoje zložky. Niekedy náhodne zabalí túlavú bakteriálnu DNA do niektorých fágov spolu s replikovanou vírusovou DNA.
Akonáhle je všetko pripravené, vírus lýzy bakteriálna bunka. Bakteriálna bunka sa otvorí a uvoľní fágy, aby sa naviazali a infikovali ďalšie bakteriálne bunky. Po naviazaní niektoré z fágov vnesú do novej baktérie namiesto vírusovej DNA bakteriálny genetický materiál, ktorý prenášajú.
Pretože niektoré z fágov nesú iba kúsky bakteriálnej DNA, nemôžu infikovať alebo lýzovať novú bunku príjemcu. Ak sa bakteriálna DNA darcu zmestí do nového bakteriálneho chromozómu, bunka exprimuje gény, akoby tam vždy boli.
Prečo je transdukcia dôležitá?
Transdukcia môže rýchlo zmeniť genetickú výbavu bakteriálnych populácií, aj keď sa množia nepohlavne. Tento typ génového prenosu má potenciál závažných účinkov na baktérie a na biotopy, na ktoré pôsobia.
Je napríklad známe, že mnoho kmeňov baktérií infikuje a spôsobuje choroby u ľudí a iných organizmov. Antibiotiká sú liečbou, ktorá je zvyčajne účinná na potlačenie potenciálne nebezpečných alebo dokonca smrteľných bakteriálnych infekcií. Niektoré bakteriálne kmene sa eradikujú obzvlášť ťažko a vyžadujú veľmi špecifické antibiotiká.
Preto je veľké znepokojenie, keď si baktérie vytvoria rezistenciu na antibiotiká - bez použitia antibiotík by to mohlo vyvrcholiť infekciami, ktoré sa nekontrolovane šíria v tele.
Transdukcia hrá úlohu v rezistencii na antibiotiká. Niektoré bakteriálne bunky majú prirodzenú rezistenciu na antibiotiká na svojich bunkových membránach, čo znemožňuje ich naviazanie na antibiotikum. Môže to byť spôsobené a náhodná mutácia a neovplyvnilo by to celkovú účinnosť antibiotika.
Ak však bakteriofág infikuje bakteriálnu bunku rezistentnú na antibiotiká a potom tento mutovaný gén transdukciou prenesie do ďalších bakteriálnych buniek, viac buniek bude rezistentných na antibiotiká a keďže sa množia binárnym štiepením, počet bakteriálnych buniek rezistentných na antibiotiká by sa mohol zvýšiť exponenciálne.
Využitie transdukcie v medicíne
Transdukcia má však pozitívne dôsledky pre ľudí a ďalšie vyššie formy života. Vedecký výskum sa zameriava na techniky a výsledky riadenej transdukcie s mnohými potenciálnymi aplikáciami.
Niektorí vedci sa zaujímajú o vývoj nových liekov alebo lepšie dodanie liekov. Iní sa zaujímajú o vytváranie geneticky modifikovaných buniek pre ďalšie vedecké poznanie genetika, alebo pre nové oblasti lekárskych ošetrení. Robia dokonca experimenty na pozorovanie transdukcie v nebakteriálnych bunkách.
Iné formy prenosu DNA
Transdukcia nie je jediným typom génového prenosu u prokaryotov. Existujú ešte dva prominentné druhy:
- Konjugácia
- Transformácia
Konjugácia je podobná transdukcii, keď sa DNA premiestňuje priamo z jednej bakteriálnej bunky do druhej. Existuje však niekoľko dôležitých rozdielov; predovšetkým, konjugácia sa nespolieha na vírus, ktorý uľahčí prenos génov.
Baktérie majú gény mimo štruktúry bakteriálnych chromozómov. Tieto gény sa nazývajú plazmidy a sú zvyčajne tvorené v krúžkoch vytvorených z dvojitých špirál. Počas konjugácie rastie plazmid v bunke darcu výstupok, ktorý opúšťa plazmatická membrána a pripojte bunku k bunke príjemcu. Po pripojení prenesie kópiu svojej novej DNA na príjemcu skôr, ako sa oddelia.
Transformácia je metóda prenosu génov, ktorá bola objavená v polovici 20. storočia; tento objav zohral úlohu pri objave, že DNA je dedičnou informáciou o vlastnostiach pre celý život na Zemi. Počas transformácie baktérie zachytávajú DNA z prostredia mimo bunky. Ak sa to hodí do ich bakteriálneho chromozóm, stáva sa súčasťou ich permanentného genetického materiálu.