การแปลง, การแปลง & การผันคำกริยา: การถ่ายโอนยีนในโปรคาริโอต

โปรคาริโอตเป็นหนึ่งในสองประเภทของเซลล์บนโลก อีกอันคือยูคาริโอต โปรคาริโอต มีขนาดเล็กกว่าของทั้งสองไม่มีออร์แกเนลล์ที่จับกับเมมเบรนและนิวเคลียสที่กำหนดไว้ โปรคาริโอตซึ่งเป็นแบคทีเรียและอาร์เคียส่วนใหญ่เป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว

ยูคาริโอทสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ ไม่เหมือน ยูคาริโอต, prokaryotes พวกมันสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ, ลอกเลียนตัวเองในกระบวนการที่เรียกว่า ฟิชชันไบนารี. ข้อเสียของ การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศ คือการขาดความแปรปรวนทางพันธุกรรมจากรุ่นสู่รุ่น

การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศเพิ่มความแปรปรวนทางพันธุกรรมซึ่งให้การปกป้องสายพันธุ์จากการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อมเช่นความผันผวน ในทรัพยากรหรือประชากรนักล่า ตลอดจนปัจจัยอื่น ๆ เช่น การกลายพันธุ์แบบสุ่มที่มีศักยภาพในการขจัดส่วนใหญ่ของ ประชากร. ถ้ามี ความหลากหลาย ในสระของยีน สปีชีส์จะแข็งแรงกว่าและสามารถทนต่อความยากลำบากที่คาดไม่ถึงมากมาย

โปรคาริโอตไม่ได้มีประโยชน์ในการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ แต่พวกมันยังมีความสามารถในการเพิ่มความหลากหลายทางพันธุกรรมผ่านการถ่ายโอนยีนหลายประเภท วิธีที่สำคัญที่สุดวิธีหนึ่งที่โปรคาริโอต (โดยเฉพาะแบคทีเรีย) มีส่วนร่วมในการถ่ายทอดยีนเรียกว่าการถ่ายทอด (transduction) และอาศัยความช่วยเหลือของไวรัส

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

โปรคาริโอตส่วนใหญ่เป็นสิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์เดียว พวกมันสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศผ่านกระบวนการที่เรียกว่าฟิชชันไบนารี การถ่ายโอนยีนในโปรคาริโอตมีสามประเภทที่เพิ่มความหลากหลายทางพันธุกรรมของพวกมัน พวกมันคือการเปลี่ยนแปลง การผันและการถ่ายทอด

การถ่ายโอนข้อมูลมีความสำคัญเนื่องจากมีผลต่อการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และการดื้อยาปฏิชีวนะจากแบคทีเรีย การถ่ายโอนเกิดขึ้นเมื่อไวรัสใช้เซลล์แบคทีเรียเพื่อทำซ้ำตัวเองโดยการจี้มัน

บางครั้งไวรัสจะบรรจุ DNA ของแบคทีเรียบางส่วนไว้ในฟาจ (ส่วนประกอบของเซลล์ไวรัส) โดยไม่ได้ตั้งใจ แทนที่จะเป็น DNA ของตัวมันเอง หากเป็นเช่นนั้น ฟาจจะไปที่แบคทีเรียอีกตัวหนึ่งเพื่อแพร่เชื้อ แต่ฟาจจะฉีดเฉพาะ DNA ของแบคทีเรียตัวแรกเข้าไปในแบคทีเรียผู้รับเท่านั้น ซึ่งจะรวม DNA เข้าไปด้วย

การถ่ายโอนยีนระหว่างอาร์เคียและโดยเฉพาะอย่างยิ่งแบคทีเรียบางครั้งเรียกว่าการถ่ายโอนยีน "แนวนอน" หรือ "ด้านข้าง" นี้เป็นเพราะ วัสดุทั่วไป ไม่ได้ถ่ายทอดจากเซลล์แบคทีเรียแม่สู่เซลล์ลูก แต่ระหว่างเซลล์แบคทีเรียในรุ่นเดียวกัน ข้อมูลทางพันธุกรรมจะเคลื่อนที่ในแนวนอนบนแผนภูมิลำดับวงศ์ตระกูล แทนที่จะเป็นในแนวตั้ง

การถ่ายทอดสัญญาณถูกค้นพบในปี 1950 โดยนักจุลชีววิทยา Norman Zinder และ Joshua Lederberg ขณะที่พวกเขาศึกษาเชื้อ Salmonella เป็นการถ่ายโอนยีนประเภทหนึ่งที่สำคัญที่สุด ทำให้ DNA ของแบคทีเรียสามารถเคลื่อนที่ไปมาระหว่างเซลล์ได้

ไวรัสที่ติดเชื้อแบคทีเรียที่เรียกว่า bacteriophages ทำให้การถ่ายโอนเป็นไปได้ เนื่องจากพวกมันย้ายจากเซลล์แบคทีเรียหนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งในฐานะตัวแทนติดเชื้อ บางครั้งพวกมันจึงหยิบชิ้นส่วนของ DNA แบคทีเรียจากเซลล์เจ้าบ้านหนึ่งเซลล์โดยไม่ได้ตั้งใจและฝากไว้ในเซลล์ถัดไปที่พวกมันจับ

•••วิทยาศาสตร์

•••วิทยาศาสตร์

ไวรัสไม่สามารถแพร่พันธุ์ได้เอง แต่พวกเขาต้องใช้ชีววิทยาเซลล์สืบพันธุ์ขั้นสูงของแบคทีเรียเพื่อทำสำเนาตัวเอง ในการทำเช่นนั้น แบคทีเรียจะจี้เซลล์เจ้าบ้าน

เมื่อแบคทีเรียพบ a เซลล์แบคทีเรียมันจับกับเซลล์และฉีด phage DNA ผ่านเยื่อหุ้มพลาสมาเข้าไปในเซลล์ ที่นั่นจะควบคุมพฤติกรรมการสืบพันธุ์ของเซลล์ แทนที่จะทำซ้ำสารพันธุกรรมของตัวเอง แบคทีเรียเริ่มจำลองใหม่ อนุภาคฟาจ – ส่วนประกอบของเซลล์ไวรัส

ยีนของแบคทีเรียจะถูกย่อยสลายโดย phages ในระหว่างกระบวนการนี้ สิ่งที่เหลืออยู่ของแบคทีเรียคือเครื่องจำลองไวรัส

ไวรัสใช้เซลล์แบคทีเรียในการสังเคราะห์โครงโปรตีนที่จำเป็นสำหรับส่วนประกอบ บางครั้งมันบังเอิญบรรจุ DNA ของแบคทีเรียที่หลงทางเข้าไปในฟาจบางส่วนพร้อมกับ DNA ของไวรัสที่จำลองแบบ

เมื่อทุกอย่างพร้อม ไวรัส lyses เซลล์แบคทีเรีย เซลล์แบคทีเรียจะแตกออก ปล่อยฟาจออกมาจับและแพร่เชื้อไปยังเซลล์แบคทีเรียอื่นๆ เมื่อจับแล้ว ฟาจบางตัวจะฉีดสารพันธุกรรมของแบคทีเรียที่พวกมันนำพาเข้าไปแทน DNA ของไวรัสเข้าไปในแบคทีเรียใหม่

เนื่องจากฟาจบางตัวเป็นพาหะของ DNA ของแบคทีเรียเท่านั้น พวกมันจึงไม่สามารถแพร่เชื้อหรือสลายเซลล์ผู้รับใหม่ได้ หาก DNA แบคทีเรียของผู้บริจาคเข้ากับโครโมโซมของแบคทีเรียใหม่ เซลล์จะแสดงยีนราวกับว่าพวกมันอยู่ที่นั่นเสมอ

การถ่ายทอดสามารถเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางพันธุกรรมของประชากรแบคทีเรียได้อย่างรวดเร็ว แม้ว่าจะสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศก็ตาม การถ่ายโอนยีนประเภทนี้มีศักยภาพที่จะส่งผลอย่างลึกซึ้งต่อแบคทีเรียและแหล่งที่อยู่อาศัยที่พวกมันส่งผลกระทบ

ตัวอย่างเช่น แบคทีเรียหลายสายพันธุ์ติดเชื้อและทำให้เกิดโรคในมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ยาปฏิชีวนะเป็นการรักษาที่มักจะมีประสิทธิภาพในการต่อต้านการติดเชื้อแบคทีเรียที่อาจเป็นอันตรายหรือถึงตายได้ แบคทีเรียบางสายพันธุ์กำจัดได้ยากเป็นพิเศษ และต้องใช้ยาปฏิชีวนะที่จำเพาะเจาะจง

ดังนั้นจึงเป็นเรื่องที่น่ากังวลอย่างยิ่งเมื่อแบคทีเรียพัฒนาการดื้อต่อยาปฏิชีวนะ โดยไม่ต้องใช้ยาปฏิชีวนะ อาจส่งผลให้เกิดการติดเชื้อที่แพร่กระจายในร่างกายโดยไม่ได้รับการตรวจสอบ

การถ่ายโอนมีบทบาทในการดื้อยาปฏิชีวนะ เซลล์แบคทีเรียบางชนิดมีความต้านทานตามธรรมชาติต่อยาปฏิชีวนะบนเยื่อหุ้มเซลล์ ทำให้ยากที่ยาปฏิชีวนะจะจับตัวที่นั่น อาจเป็นเพราะ การกลายพันธุ์แบบสุ่ม และจะไม่ส่งผลต่อประสิทธิภาพโดยรวมของยาปฏิชีวนะ

อย่างไรก็ตาม หากแบคทีเรียก่อโรคในเซลล์แบคทีเรียที่ดื้อต่อยาปฏิชีวนะ และจากนั้นถ่ายโอนยีนที่กลายพันธุ์นั้นไปยังเซลล์แบคทีเรียอื่นโดยการทรานส์ดักชัน เซลล์จำนวนมากขึ้นจะดื้อต่อยาปฏิชีวนะ และเมื่อขยายพันธุ์โดยการแบ่งแยกแบบไบนารี จำนวนเซลล์แบคทีเรียที่ดื้อต่อยาปฏิชีวนะก็จะเพิ่มขึ้น อย่างทวีคูณ

ทรานส์ดักชันมีผลในเชิงบวกต่อมนุษย์และรูปแบบชีวิตที่สูงขึ้นอื่นๆ การวิจัยทางวิทยาศาสตร์มุ่งเน้นไปที่เทคนิคและผลลัพธ์ของการถ่ายโอนข้อมูลแบบควบคุมด้วยการใช้งานที่เป็นไปได้มากมาย

นักวิทยาศาสตร์บางคนสนใจที่จะสร้างยาใหม่หรือจัดส่งยาที่ดีกว่า คนอื่นมีความสนใจในการสร้างเซลล์ดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อความเข้าใจทางวิทยาศาสตร์เพิ่มเติมของ further พันธุศาสตร์หรือสำหรับสาขาใหม่ของการรักษาพยาบาล พวกเขายังทำการทดลองเพื่อสังเกตการถ่ายทอดในเซลล์ที่ไม่ใช่แบคทีเรีย

การถ่ายโอนข้อมูลไม่ใช่การถ่ายโอนยีนประเภทเดียวในโปรคาริโอต มีอีกสองประเภทที่โดดเด่นมากขึ้น:

• การผันคำกริยา
• การแปลงร่าง

การผันคำกริยาคล้ายกับการถ่ายทอดใน DNA นั้นถูกย้ายโดยตรงจากเซลล์แบคทีเรียหนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง อย่างไรก็ตาม มีความแตกต่างที่สำคัญหลายประการ ที่โดดเด่นที่สุดคือ การผันคำกริยาไม่ได้อาศัยไวรัสเพื่ออำนวยความสะดวกในการถ่ายโอนยีน

แบคทีเรียมียีนอยู่นอกโครงสร้างโครโมโซมของแบคทีเรีย ยีนเหล่านี้เรียกว่าพลาสมิดและมักก่อตัวเป็นวงแหวนที่ทำจากเกลียวคู่ ในระหว่างการคอนจูเกต พลาสมิดในเซลล์ผู้บริจาคจะสร้างการฉายภาพที่ออกจาก เมมเบรนพลาสม่า และเชื่อมเซลล์เข้ากับเซลล์ผู้รับ เมื่อเข้าร่วมแล้ว จะโอนสำเนา DNA ใหม่ไปยังผู้รับก่อนที่จะแยกออก

การเปลี่ยนแปลงเป็นวิธีการถ่ายโอนยีนที่ถูกค้นพบในช่วงกลางศตวรรษที่ 20; การค้นพบนี้มีบทบาทในการค้นพบว่า DNA เป็นข้อมูลลักษณะที่สืบทอดมาสำหรับสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลก ระหว่างการเปลี่ยนแปลง แบคทีเรียจะดึง DNA จากสิ่งแวดล้อมภายนอกเซลล์ ถ้ามันพอดีกับแบคทีเรียของพวกเขา โครโมโซมกลายเป็นส่วนหนึ่งของสารพันธุกรรมถาวรของพวกมัน