Прокаріоти - один із двох типів клітин на Землі. Інший - еукаріоти. Прокаріоти є меншими з двох, не мають зв’язаних мембраною органел та певного ядра. Прокаріоти, які є бактеріями та археями, в основному є одноклітинними організмами.
Еукаріоти розмножуються статевим шляхом. На відміну від еукаріоти, прокаріоти вони розмножуються безстатевим шляхом, копіюючи себе в процесі, який називається поділом. Недолік безстатеве розмноження полягає у відсутності генетичної дисперсії від одного покоління до наступного.
Статеве розмноження збільшує генетичні розбіжності, що забезпечує захист виду від змін навколишнього середовища, таких як коливання в ресурсах чи популяціях хижаків, а також інші фактори, такі як випадкова мутація, яка може знищити більшу частину населення. Якщо є різноманітність в генофонді вид є більш міцним і може витримати багато непередбачених труднощів.
Прокаріоти не мають переваг статевого розмноження, але вони все ще мають здатність збільшувати генетичне різноманіття за допомогою декількох видів передачі генів. Одним з найважливіших способів участі прокаріотів (особливо бактерій) у перенесенні генів називається трансдукція і покладається на допомогу вірусів.
TL; ДР (занадто довгий; Не читав)
Прокаріоти - це переважно одноклітинні організми. Вони розмножуються нестатевим шляхом через процес, який називається бінарним поділом. Існує три види передачі генів у прокаріотів, які збільшують їх генетичне різноманіття. Це трансформація, кон’югація та трансдукція.
Трансдукція важлива через її наслідки для наукових досліджень та стійкості до бактеріальних антибіотиків. Трансдукція відбувається, коли вірус використовує клітину бактерії, щоб розмножитися, викравши її.
Іноді вірус випадково упаковує частину ДНК бактерій у фаг (компонент вірусної клітини) замість власної ДНК. Якщо це станеться, фаг перейде до іншої бактерії, щоб заразити його, але фаг лише введе ДНК першої бактерії в бактерію-реципієнт, де ДНК буде включена.
Що таке трансдукція у прокаріотів?
Перенесення генів серед архей і особливо бактерій іноді називають "горизонтальним" або "бічним" перенесенням генів. Це відбувається тому генетичний матеріал передається не від батьківських бактеріальних клітин до клітин потомства, а між бактеріальними клітинами того самого покоління. Генетична інформація рухається горизонтально по сімейному дереву, а не вертикально.
Трансдукцію виявили в 1950-х мікробіологи Норман Зіндер та Джошуа Ледерберг, вивчаючи сальмонелу. Це один з найважливіших типів перенесення генів, що дозволяє бактеріальній ДНК переміщатися між клітинами.
Віруси, які вражають бактерії, які називаються бактеріофагами, роблять можливим трансдукцію. Оскільки вони переходять від однієї бактеріальної клітини до іншої як збудники інфекції, вони іноді ненавмисно захоплюють шматочки бактеріальної ДНК з однієї клітини-хазяїна і відкладають її в наступну клітину, до якої вони зв’язуються.
•••Наукове
•••Наукове
Процес бактеріальної трансдукції
Віруси не можуть розмножуватися самостійно. Натомість вони повинні використовувати більш досконалу біологію репродуктивної клітини бактерій, щоб зробити свої копії. Для цього бактеріофаги викрадають клітини господаря.
Коли бактеріофаг стикається з бактеріальна клітина, він зв’язується з клітиною і вводить ДНК фага через плазматичну мембрану в клітину. Там він приймає команду над репродуктивною поведінкою клітини. Замість того, щоб розмножувати власний генетичний матеріал, бактерія починає розмножуватися новим фагові частинки - компоненти клітин вірусу.
Гени бактерій під час цього процесу деградуються фагами. Що залишилося від бактерії, це машина для розмноження вірусу.
Вірус використовує бактеріальну клітину для синтезу білкового риштування, необхідного для його компонентів. Іноді він випадково упаковує бродячу бактеріальну ДНК у деякі фаги разом із реплікаційною вірусною ДНК.
Як тільки все готово, вірус лізи бактеріальна клітина. Бактеріальна клітина розривається, вивільняючи фаги, щоб зв’язуватися та інфікувати інші бактеріальні клітини. Після зв’язування деякі фаги вводять у нову бактерію генетичний матеріал бактерій, який вони несуть, замість вірусної ДНК.
Оскільки деякі фаги несуть лише шматочки бактеріальної ДНК, вони не можуть заразити або лізувати нову клітину-реципієнт. Якщо бактеріальна ДНК-донор поміститься в нову бактеріальну хромосому, клітина буде експресувати гени так, ніби вони завжди були там.
Чому трансдукція важлива?
Трансдукція може швидко змінити генетичний склад популяцій бактерій, навіть якщо вони розмножуються нестатевим шляхом. Цей тип передачі генів може мати глибокий вплив на бактерії та середовища існування, на які вони впливають.
Наприклад, відомо, що багато штамів бактерій інфікують людей та викликають захворювання у них та інших організмів. Антибіотики - це лікування, яке, як правило, ефективно для протидії потенційно небезпечним або навіть смертельним бактеріальним інфекціям. Деякі штами бактерій особливо важко знищити, і вони потребують дуже специфічних антибіотиків.
Тому це викликає велике занепокоєння, коли бактерії виробляють стійкість до антибіотиків - без використання антибіотиків це може завершитися інфекціями, які нестримно поширюються в організмі.
Трансдукція відіграє роль у стійкості до антибіотиків. Деякі бактеріальні клітини мають природну стійкість до антибіотиків на своїх клітинних мембранах, що ускладнює зв’язування там антибіотика. Це може бути пов'язано з випадкова мутація і не впливає на загальну ефективність антибіотика.
Однак якщо бактеріофаг заражає стійку до антибіотиків бактеріальну клітину, а потім передає цей мутований ген іншим бактеріальним клітинам шляхом трансдукції, більше клітин буде стійкими до антибіотиків, і, оскільки вони розмножуються шляхом бінарного поділу, кількість стійких до антибіотиків бактеріальних клітин може збільшитися експоненціально.
Використання трансдукції в медицині
Однак трансдукція має позитивні наслідки для людей та інших вищих форм життя. Наукові дослідження були зосереджені на техніках та результатах контрольованої трансдукції з багатьма потенційними додатками.
Деякі вчені зацікавлені у створенні нових ліків або покращенні доставки ліків. Інші зацікавлені у створенні генетично модифікованих клітин для подальшого наукового розуміння генетика, або для нових галузей медичного лікування. Вони навіть проводять експерименти для спостереження за трансдукцією в небактеріальних клітинах.
Інші форми передачі ДНК
Трансдукція - не єдиний тип перенесення генів у прокаріотів. Є ще два відомі види:
- Спряження
- Трансформація
Кон'югація подібна до трансдукції, оскільки ДНК переміщується безпосередньо з однієї бактеріальної клітини в іншу. Однак є кілька важливих відмінностей; найголовніше, що кон’югація не покладається на вірус для полегшення передачі генів.
Бактерії мають гени поза структурою бактеріальної хромосоми. Ці гени називаються плазмідами і, як правило, утворюються в кільцях, виготовлених з подвійних спіралей. Під час кон'югації плазміда в донорській клітині збільшує проекцію, яка виходить з плазматична мембрана і приєднати клітинку до комірки-одержувача. Після приєднання він передає копію своєї нової ДНК реципієнту, перш ніж вони від’єднаються.
Трансформація - метод передачі генів, виявлений у середині 20 століття; це відкриття зіграло свою роль у відкритті того, що ДНК є успадкованою ознакою ознак усього життя на Землі. Під час трансформації бактерії забирають ДНК із зовнішнього середовища поза клітиною. Якщо це вписується в їх бактеріальний хромосома, він стає частиною їх постійного генетичного матеріалу.