Prokarionti so ena od dveh vrst celic na Zemlji. Drugi so evkarionti. Prokarionti so manjši od obeh, brez membransko vezanih organelov in določenega jedra. Prokarionti, ki so bakterije in arheje, so večinoma enocelični organizmi.
Eukarioti se razmnožujejo spolno. Za razliko evkarionti, prokarionti, ki jih razmnožujejo nespolno, kopirajo se v postopku, imenovanem binarna fisija. Pomanjkljivost nespolno razmnoževanje je pomanjkanje genetske variacije med generacijami.
Spolno razmnoževanje povečuje genetske razlike, kar zagotavlja zaščito vrste pred okoljskimi spremembami, kot so nihanja v populacijah virov ali plenilcev, pa tudi drugi dejavniki, kot je naključna mutacija, ki lahko uniči večino prebivalstva. Če obstaja raznolikost v genskem bazenu je vrsta bolj trpežna in lahko prenese številne nepredvidene stiske.
Prokarioti nimajo prednosti spolnega razmnoževanja, vendar imajo kljub temu sposobnost povečati gensko raznolikost z več vrstami prenosa genov. Eden najpomembnejših načinov, kako prokarionti (zlasti bakterije) sodelujejo pri prenosu genov, se imenuje transdukcija in se zanaša na pomoč virusov.
TL; DR (predolgo; Nisem prebral)
Prokarionti so večinoma enocelični organizmi. Razmnožujejo se nespolno s postopkom, imenovanim binarna cepitev. Obstajajo tri vrste prenosa genov v prokariontih, ki povečajo njihovo gensko raznolikost. So transformacija, konjugacija in transdukcija.
Transdukcija je pomembna zaradi svojih posledic za znanstvene raziskave in odpornost na bakterije. Transdukcija se zgodi, ko virus s pomočjo ugrabitve bakterijsko celico razmnoži.
Včasih virus naključno zapakira nekaj bakterijske DNA v fag (komponenta virusne celice) namesto v svojo lastno DNA. Če se to zgodi, bo fag šel k drugi bakteriji, da jo okuži, toda fag bo vbrizgal le prvo bakterijsko DNA v bakterijo prejemnico, kjer bo DNA vključena.
Kaj je transdukcija v prokariontih?
Prenos genov med arhejami in zlasti bakterijami se včasih imenuje "horizontalni" ali "lateralni" prenos genov. To je zato, ker genski material se ne prenaša iz matičnih bakterijskih celic v potomce, temveč med bakterijske celice iste generacije. Genetske informacije se premikajo vodoravno po družinskem drevesu, namesto navpično.
Transdukcijo sta v petdesetih letih prejšnjega stoletja odkrila mikrobiologa Norman Zinder in Joshua Lederberg, ko sta preučevala salmonelo. Je ena najpomembnejših vrst genskih prenosov, ki omogoča, da se bakterijska DNK premika med celicami.
Virusi, ki okužijo bakterije, imenovani bakteriofagi, omogočajo transdukcijo. Ker se iz ene bakterijske celice v drugo prenašajo kot povzročitelji okužbe, včasih nenamerno zgrabijo koščke bakterijske DNA iz ene gostiteljske celice in jo odložijo v naslednjo celico, na katero se vežejo.
•••Učenje
•••Učenje
Proces bakterijske transdukcije
Virusi se ne morejo razmnoževati sami. Namesto tega morajo za izdelavo kopij uporabiti naprednejšo biološko reproduktivno celično bakterijo. Da bi to naredili, bakteriofagi ugrabijo gostiteljske celice.
Ko bakteriofag naleti na bakterijska celicase veže na celico in skozi plazemsko membrano v celico vbrizga fagovo DNA. Tam prevzame poveljstvo reproduktivnega vedenja celice. Namesto da razmnožuje svoj genski material, začne bakterija razmnoževati novo delci faga - sestavine virusnih celic.
Fagi med tem postopkom razgradijo bakterijske gene. Od bakterije je ostal stroj za razmnoževanje virusa.
Virus uporablja bakterijsko celico za sintezo beljakovinskega odra, ki ga potrebuje za svoje sestavne dele. Včasih nenamerno zapakira zalutalo bakterijsko DNA v nekatere fage skupaj s replicirano virusno DNA.
Ko je vse pripravljeno, virus lize bakterijske celice. Bakterijska celica se razpoči in sprosti fage, da se vežejo in okužijo druge bakterijske celice. Ko bodo nekateri fagi vezani, bodo v novo bakterijo vbrizgali bakterijski genski material, ki ga nosijo, namesto virusne DNA.
Ker nekateri fagi nosijo le koščke bakterijske DNA, ne morejo okužiti ali lizirati nove celice prejemnice. Če se bakterijska DNA darovalca prilega novemu bakterijskemu kromosomu, bo celica izrazila gene, kot da bi bila tam od nekdaj.
Zakaj je transdukcija pomembna?
Transdukcija lahko hitro spremeni genetsko sestavo bakterijskih populacij, čeprav se razmnožujejo nespolno. Ta vrsta prenosa genov lahko močno vpliva na bakterije in habitate, na katere vplivajo.
Na primer, znano je, da številni sevi bakterij okužijo in povzročajo bolezni pri ljudeh in drugih organizmih. Antibiotiki so zdravljenje, ki je običajno učinkovito za boj proti potencialno nevarnim ali celo usodnim bakterijskim okužbam. Nekatere bakterijske seve je še posebej težko izkoreniniti in zahtevajo zelo specifične antibiotike.
Zato je zelo zaskrbljujoče, če bakterije razvijejo odpornost na antibiotike - brez uporabe antibiotikov bi to lahko doseglo okužbe, ki se v telesu nenadzorovano širijo.
Transdukcija igra pomembno vlogo pri odpornosti na antibiotike. Nekatere bakterijske celice imajo na svojih celičnih membranah naravno odpornost proti antibiotikom, zato se antibiotik tam težko veže. To je lahko posledica naključna mutacija in ne bi vplival na splošno učinkovitost antibiotika.
Če pa bakteriofag okuži bakterijsko celico, odporno na antibiotike, in nato ta mutirani gen s transdukcijo prenese v druge bakterijske celice, več celic bo odpornih na antibiotike, in ko se razmnožujejo z binarno cepitvijo, se lahko število bakterijskih odpornih celic poveča eksponentno.
Uporaba transdukcije v medicini
Transdukcija pa ima pozitivne posledice za ljudi in druge višje življenjske oblike. Znanstvene raziskave se osredotočajo na tehnike in izide nadzorovane transdukcije s številnimi potencialnimi aplikacijami.
Nekatere znanstvenike zanima ustvarjanje novih zdravil ali boljša dostava zdravil. Druge zanima ustvarjanje gensko spremenjenih celic za nadaljnje znanstveno razumevanje genetikeali za nova področja zdravljenja. Izvajajo celo poskuse za opazovanje transdukcije v nebakterijskih celicah.
Druge oblike prenosa DNA
Transdukcija ni edina vrsta prenosa genov pri prokariontih. Obstajata še dve vidni vrsti:
- Konjugacija
- Preobrazba
Konjugacija je podobna transdukciji, saj se DNA premakne neposredno iz ene bakterijske celice v drugo. Obstaja pa več pomembnih razlik; predvsem pa se konjugacija ne zanaša na virus, ki olajša prenos genov.
Bakterije imajo gene zunaj bakterijske kromosomske strukture. Ti geni se imenujejo plazmidi in so običajno oblikovani v obročih iz dvojnih vijačnic. Med konjugacijo plazmid v donatorski celici zraste projekcijo, ki zapusti plazemska membrana in združite celico s celico prejemnika. Ko se pridruži, kopijo svoje nove DNA prenese prejemniku, preden se ta odlepi.
Transformacija je metoda prenosa genov, ki so jo odkrili sredi 20. stoletja; to odkritje je imelo pomembno vlogo pri odkritju, da je DNK podedovana informacija o lastnostih za vse življenje na Zemlji. Med preoblikovanjem bakterije poberejo DNK iz okolice zunaj celice. Če se prilega njihovi bakteriji kromosom, postane del njihovega trajnega genskega materiala.