Πώς ανταλλάσσουν τα βακτήρια γενετικές πληροφορίες

Τα βακτήρια είναι μικροσκοπικοί οργανισμοί με δίκλωνο, κυκλικό DNA στο γονιδίωμά τους. Αν και τα βακτήρια δεν έχουν υποχρεωτικά στάδια σεξουαλικής αναπαραγωγής κατά τη διάρκεια του κύκλου ζωής τους, μπορούν να ανταλλάσσουν ενεργά γενετικές πληροφορίες μεταξύ τους. Η ανταλλαγή γενετικών πληροφοριών στα βακτήρια γίνεται με τρεις τρόπους:σύζευξη, μετασχηματισμό και μεταγωγή. Η άμεση μεταφορά γενετικού υλικού μεταξύ δύο βακτηρίων είναι γνωστή ως σύζευξη. εμφανίζεται μέσω ενός σεξουαλικού πυλώνα. Η μεταμόρφωση είναι η συλλογή γυμνού, ξένου DNA από το περιβάλλον. Η μεταγωγή είναι η μεταφορά βακτηριακού DNA από βακτηριοφάγους σε άλλα βακτήρια.

Βασικές περιοχές που καλύπτονται

1. Τι είναι τα βακτήρια
      – Ορισμός, Χαρακτηριστικά, Βακτηριακό DNA
2. Πώς ανταλλάσσουν τα βακτήρια γενετικές πληροφορίες
     – Σύζευξη, μετασχηματισμός, μεταγωγή

Βασικοί όροι:Βακτηριακό DNA, Σύζευξη, Πλασμίδια, Sex Pilus, Transformation, Transduction

Τι είναι τα βακτήρια

Τα βακτήρια είναι προκαρυώτες που δεν διαθέτουν οργανίδια που συνδέονται με τη μεμβράνη. Έχουν κυτταρικό τοίχωμα πεπτιδογλυκάνης. Η ασεξουαλική αναπαραγωγή με δυαδική σχάση είναι η κύρια μέθοδος αναπαραγωγής στα βακτήρια. Τα βακτήρια μπορεί να περιέχουν δύο τύπους γενετικού υλικού μέσα σε ένα βακτήριο και είναι βακτηριακό γονιδίωμα και πλασμίδια. Το γονιδίωμα είναι ένα δίκλωνο κυκλικό χρωμοσωμικό DNA και τα πλασμίδια είναι δίκλωνα, μικρά, κυκλικά μόρια DNA. Το βακτηριακό χρωμοσωμικό DNA βρίσκεται στο νουκλεοειδές. Το μέγεθος του E. coli Το γονιδίωμα είναι 4,6 εκατομμύρια ζεύγη βάσεων και αποτελείται από περίπου 4.300 γονίδια. Τα πλασμίδια ή το μη χρωμοσωμικό βακτηριακό DNA είναι μικρότερα από το βακτηριακό χρωμόσωμα και πολλά έως περισσότερα από χιλιάδες πλασμίδια μπορούν να βρεθούν ανά βακτηριακό κύτταρο. Τα βακτήρια σε μια καλλιέργεια φαίνονται στην εικόνα 1 .

Εικόνα 1:Βακτήρια

Πώς ανταλλάσσουν τα βακτήρια γενετικές πληροφορίες

Η γενετική πληροφορία μπορεί να μεταφερθεί από το ένα βακτήριο στο άλλο με τη μορφή DNA. Η μεταφορά γενετικών πληροφοριών μεταξύ βακτηρίων δεν θεωρείται συχνά ως πραγματική ανταλλαγή, καθώς το ένα βακτήριο χρησιμεύει ως δότης ενώ το άλλο ως δέκτης. Επιπλέον, μεταφέρονται μόνο μικρά κομμάτια βακτηριακών χρωμοσωμάτων.

Οι τρεις τρόποι που χρησιμοποιούνται για την ανταλλαγή γενετικών πληροφοριών μεταξύ βακτηρίων είναι η σύζευξη, ο μετασχηματισμός και η μεταγωγή.

Σύζυγος

Η διαδικασία που ανταλλάσσει γενετικές πληροφορίες μεταξύ δύο βακτηρίων μέσω μιας άμεσης επαφής κυττάρου με κύτταρο είναι γνωστή ως σύζευξη. Διαμεσολαβείται από συζευκτικά πλασμίδια που κωδικοποιούνται με αποτελεσματικούς μηχανισμούς για τη μεσολάβηση της μεταφοράς DNA. Η σύζευξη είναι μια διαδικασία μονής κατεύθυνσης και μόνο το βακτήριο δότης έχει τα συζευκτικά πλασμίδια. Τα συζευκτικά πλασμίδια αρνητικών κατά Gram βακτηρίων κωδικοποιούνται για ένα σεξουαλικό πυλώνα που διευκολύνει τη μεταφορά DNA στο βακτήριο-δέκτη. Η άμεση επαφή μεταξύ δύο βακτηρίων επιτυγχάνεται μέσω του σεξ, σχηματίζοντας μια συζυγική γέφυρα. Τα βήματα της βακτηριακής σύζευξης φαίνονται στην εικόνα 2.

Εικόνα 2:Σύζευξη

1- Το κύτταρο-δότης παράγει πόδι.
2- Το Pilus προσκολλάται στο κύτταρο δέκτη, φέρνει τα δύο κύτταρα μαζί.
3- Το κινητό πλασμίδιο κόβεται και ένας μόνο κλώνος DNA μεταφέρεται στη συνέχεια στο κύτταρο δέκτη .
4- Και τα δύο κύτταρα επανακυκλοφορούν τα πλασμίδια τους, συνθέτουν δεύτερους κλώνους και αναπαράγουν πίλους. Και τα δύο κύτταρα είναι πλέον βιώσιμοι δότες.

Μεταμόρφωση

Η διαδικασία λήψης των ελεύθερων θραυσμάτων DNA από βακτήρια από το περιβάλλον μέσο είναι γνωστή ως μετασχηματισμός. Μόνο τα ικανά βακτηριακά κύτταρα μπορούν να προσλάβουν DNA με μετασχηματισμό. Περιορισμένοι τύποι βακτηρίων μπορούν να υποστούν φυσική μεταμόρφωση, όπως ο Βάκιλλος , Στρεπτόκοκκος , Neisseria , Haemophilus , κλπ. Επιπλέον, τα περισσότερα βακτήρια όπως το E. coli μπορεί να γίνει ικανό τεχνητά με έκθεση σε μέσο με χλωριούχο ασβέστιο. Τα πλασμίδια χρησιμοποιούνται ως φορείς του DNA στον μετασχηματισμό κατά τη διάρκεια πειραμάτων κλωνοποίησης DNA.

Μεταγωγή

Η διαδικασία μεταφοράς βακτηριακού DNA από ένα κύτταρο σε άλλο κύτταρο μέσω ιών που μολύνουν βακτήρια είναι γνωστή ως μεταγωγή. Θεωρείται ως μια αποτελεσματική μέθοδος μεταφοράς DNA αφού το ξένο DNA προστατεύεται μέσα στον βακτηριοφάγο. Το DNA που μεταφέρεται από βακτηριοφάγους ενσωματώνεται μόνιμα στο βακτηριακό γονιδίωμα του δέκτη με ομόλογο ανασυνδυασμό.

Συμπέρασμα

Η ανταλλαγή γενετικού υλικού μεταξύ του DNA γίνεται με τρεις μεθόδους. σύζευξη, μετασχηματισμός και μεταγωγή. Η σύζευξη είναι η άμεση μεταφορά γενετικού υλικού μεταξύ δύο βακτηρίων με τη βοήθεια ενός σεξουαλικού πυλώνα. Ο μετασχηματισμός είναι η απορρόφηση γυμνών θραυσμάτων DNA από βακτήρια από το περιβάλλον μέσο. Η επιμόλυνση είναι η μεταφορά βακτηριακού DNA μέσω ιών που μολύνουν βακτήρια.

Αναφορά:

1. Rogers, Kara και Robert J. Kadner. "Βακτήρια." Encyclopædia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc., 22 Φεβρουαρίου 2018, Διαθέσιμο εδώ.

Εικόνα Ευγενική προσφορά:

1. "Bacteroides hypermegasbacterial" από το CDC/ Dr. V. R. Dowell, Jr. (Δημόσιος Τομέας) μέσω της Βιβλιοθήκης Εικόνων Δημόσιας Υγείας
2. "Συζυγία" Από Αδενοσίνη – Δική του εργασία (CC BY-SA 3.0) μέσω Commons Wikimedia