Hvordan bytter bakterier genetisk informasjon

Bakterier er mikroskopiske organismer med dobbeltstrenget, sirkulært DNA i deres genom. Selv om bakterier ikke har forpliktende seksuelle reproduksjonsfaser i løpet av deres livssyklus, kan de aktivt utveksle genetisk informasjon blant dem. Utvekslingen av genetisk informasjon i bakterier skjer på tre måter: konjugasjon, transformasjon og transduksjon. Den direkte overføring av genetisk materiale mellom to bakterier er kjent som konjugering; det skjer gjennom en sex pilus. Transformasjon er å plukke opp nakent, fremmed DNA fra omgivelsene. Transduksjon er bære av bakterielt DNA av bakteriofager til en annen bakterie.

Nøkkelområder dekket

1. Hva er bakterier
      - Definisjon, egenskaper, bakteriell DNA
2. Hvordan bytter bakterier genetisk informasjon
     - Konjugering, Transformasjon, Transduksjon

Nøkkelbetingelser: Bakterielt DNA, konjugering, plasmider, sexpilus, transformasjon, transduksjon

Hva er bakterier

Bakterier er prokaryoter som mangler membranbundne organeller. De har en peptidoglycan cellevegg. Seksuell reproduksjon ved binær fisjon er den viktigste reproduksjonsmetoden i bakterier. Bakterier kan inneholde to typer genetisk materiale i en bakterie, og de er bakteriegenomet og plasmider. Genomet er et dobbeltstrenget sirkulært kromosomalt DNA, og plasmider er dobbeltstrengede, små, sirkulære DNA-molekyler. Bakteriell kromosomal DNA er lokalisert i nukleoid. Størrelsen på E coli genom er 4,6 millioner basepar, og består av ca 4.300 gener. Plasmider eller ikke-kromosomalt bakterielt DNA er mindre enn det bakterielle kromosomet, og flere til mer enn tusenvis av plasmider kan bli funnet per bakteriecelle. Bakterier i en kultur er vist i Figur 1.

Figur 1: Bakterier

Hvordan bytter bakterier genetisk informasjon

Den genetiske informasjonen kan overføres fra en bakterie til en annen i form av DNA. Overføringen av genetisk informasjon mellom bakterier regnes ikke ofte som en sann utveksling siden en bakterie tjener som donor, mens den andre bare tjener som mottaker. Dessuten overføres bare små biter av bakterielle kromosomer.

De tre modi som brukes for utveksling av genetisk informasjon mellom bakterier, er konjugasjon, transformasjon og transduksjon.

Bøyning

Prosessen som utveksler genetisk informasjon mellom to bakterier gjennom en direkte celle-til-celle kontakt er kjent som konjugering. Det er formidlet av konjugative plasmider som er kodet med effektive mekanismer for mediasjon av DNA-overføring. Konjugering er en ensrettet prosess, og bare donorbakterien har de konjugative plasmidene. Konjugative plasmider av Gram-negative bakterier er kodet for en sexpilus som letter DNA-overføringen til mottakerbakterien. Den direkte kontakten mellom to bakterier oppnås gjennom sexpilusen, som danner en konjugalbro. Trinnene av bakteriell konjugering er vist i figur 2.

Figur 2: Konjugering

1- Donorcelle produserer pilus.
2- Pilus legger til mottakercelle, bringer de to cellene sammen.
3- Den mobile plasmid er nicked, og en enkelt streng av DNA overføres deretter til mottakercellen.
4- Begge celler resirkulerer deres plasmider, syntetiserer andre tråder og reproduserer pili; begge cellene er nå levedyktige donorer.

Transformation

Prosessen med å ta de frie fragmentene av DNA med bakterier fra det omgivende medium er kjent som transformasjon. Bare de kompetente bakterieceller kan ta opp DNA ved transformasjon. Begrensede bakterier kan gjennomgå naturlig forandring, for eksempel Bacillus, Streptococcus, Neisseria, Haemophilus, etc. I tillegg, de fleste bakterier som E coli kan gjøres kompetent kunstig ved å utsette seg for et medium med kalsiumklorid. Plasmider blir brukt som bærere av DNA i transformasjonen under DNA kloning eksperimenter.

transduksjon

Prosessen med å overføre bakterielt DNA fra en celle til en annen celle ved hjelp av bakterieinfiserende virus er kjent som transduksjon. Det regnes som en effektiv metode for DNA-overføring, siden fremmed DNA er beskyttet inne i bakteriofagen. DNA overført av bakteriofager integreres permanent i mottakerbakteriegenomet ved homolog rekombination.

Konklusjon

Utvekslingen av genetisk materiale mellom DNA forekommer i tre metoder; konjugasjon, transformasjon og transduksjon. Konjugering er den direkte overføringen av genetisk materiale mellom to bakterier ved hjelp av en sex pilus. Transformasjon er opptak av nakne DNA-fragmenter av bakterier fra det omgivende medium. Transfeksjon er overføringen av bakterielt DNA gjennom bakterieinfiserende virus.

Henvisning:

1. Rogers, Kara og Robert J. Kadner. "Bakterie." Encyclopædia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc., 22. februar 2018, Tilgjengelig her.

Bilde Courtesy:

1. "Bacteroides hypermegas bacteria" av CDC / Dr. V. R. Dowell, Jr. (Public Domain) via Public Health Image Library
2. "Konjugering" av adenosin - eget arbeid (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia