3 lytinės reprodukcijos tipai, atsirandantys bakterijose (1869 m. Žodžiai)
Seksualinės reprodukcijos rūšys, atsiradusios bakterijose, yra tokios:
Citologiniai stebėjimai ir genetiniai tyrimai rodo kažką panašaus į seksualinę reprodukciją, apimančią dviejų skirtingų ląstelių sintezę, o paveldimų veiksnių perdavimas bakterijose, nors ir retai. Genetinė rekombinacija vyksta tose bakterijose, kurios buvo kruopščiai ištirtos ir galbūt atsiranda ir kitose rūšyse.
Image Courtesy: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c7/Caduco.jpg/1280px-Caduco.jpg
Nustatyta, kad viena iš intensyviausiai tiriamų bakterijų rūšių Escherichia coli lytinių santykių veikia kaip vyrai ir perduoda genetinę informaciją tiesiogiai kontaktuodama su moterimis. Šį geno perdavimo gebėjimą reguliuoja vaisingumo faktorius F +, kuris gali būti perduotas moteriai, tokiu būdu ją paverčiant vyru.
Įprastos vegetacinės bakterinės ląstelės yra haploidinės, lytinės reprodukcijos metu dalis arba visos chromosomos iš vyrų ląstelės patenka į moterų ląstelę, gaunant ląstelę, ty iš dalies arba visiškai diploidą. Tada vyksta kryžminimas tarp moterų chromosomos ir vyriškos chromosomos arba fragmento, po kurio seka atskyrimo procesas, kuris duoda haploidinių palikuonių ląstelių.
1. Bakterijų transformacija:
Genetiškai perduodama bakterijose taip pat vyksta transformacija, kai donoro ląstelės DNR molekulę, kurią išlaisvina jo dezintegracija, perima kita recipiento ląstelė ir jos palikuonys paveldi kai kuriuos donoro ląstelių simbolius. Kai skirtingos bakterijų padermės yra mišrios arba kultūrinės, arba natūralios, kai kurios iš jų palikuonys turi pagrindinių padermių simbolių derinį. Šis reiškinys vadinamas rekombinacija.
Transformacijos fenomeną pirmą kartą užrašė Griffith (1928). Avery, Macleod ir McCarty (1944) parodė, kad transformuojantis principas yra DNR bakterijų transformacijos įvykių sekoje.
Tyrimo linijos, leidžiančios suprasti genetinės medžiagos cheminę prigimtį, kilo iš tiriamojo organizmo Diplococcus pneumoniae tyrimo. Ši bakterija sukelia pneumoniją vyrams. 1928 m. Frederikas Griffithas nustatė, kad yra dvi D. pneumoniae padermės, kurios suformuoja lygias kolonijas, apsaugotas kapsulėmis, o kita, kuri suformavo netaisyklingas arba šiurkščias kolonijas be kapsulės, kai auginama tinkama terpė Petri lėkštelėse.
Sušvirkščiant į peles (A), liga buvo sukurta tik su kapsulėmis susiformavusios lygios ląstelės (virulentinės), bet ne virulentiškos grubios ląstelės (B). Kita vertus, kai karščiu kapsuluotos (virulentinės) lygios ląstelės buvo sumaišytos su ne virulentinėmis šiurkščiomis ląstelėmis (D) ir po to buvo švirkštos į peles, kuriai buvo sukurta liga. Tai rodo, kad kai kurie iš negyvų kapsuluotų lygių ląstelių veiksniai, gyvos ne virulentiškos grubios ląstelės paverstos gyvomis lygiomis kapsulėmis (virulentinėmis) ląstelėmis (žr. 2.16 pav.).
1944 m. Avery, McCarty ir Macleod palaikė Griffitho eksperimentą molekuliniu paaiškinimu. Jie nustatė, kad DNR, išskirtos iš nugaišusių šiltų ląstelių, pridėjus prie neapdorotų ląstelių, pakeitė jų paviršiaus pobūdį nuo neapdorotų iki sklandžių, ir taip pat tapo virulentinėmis.
Šis eksperimentas parodė, kad DNR buvo genetinė medžiaga, atsakinga už ląstelių ir jų virulentiškumo savybių sklandų pobūdį pelėse. Jų eksperimentas parodė, kad bakterijų transformacija apima DNR dalies perkėlimą iš negyvos bakterijos (ty donoro) į gyvą bakteriją (ty gavėją), kuris išreiškia negyvų ląstelių pobūdį, todėl yra žinomas kaip rekombinantas.
Virusinė infekcinė medžiaga yra DNR:
Bakteriofagas (T2 virusas) užkrečia bakteriją Escherichia coli. Po infekcijos virusas dauginasi ir T2 fagai išsiskiria bakterijų ląstelėmis. Kaip žinome, T2 fagas turi ir DNR, ir baltymus. Dabar kyla klausimas, kuris iš dviejų komponentų turi informaciją, skirtą daugiau virusinių dalelių dauginimui.
Šiai problemai išspręsti Hershey ir Chase (1952) sukūrė eksperimentą su dviem skirtingais T2 fago preparatais. Viename preparate jie pagamino radioaktyvią baltymų dalį, o kitame preparate - radioaktyvi. Po to E. coli kultūra buvo užkrėsta šiais dviem fagų preparatais. Iš karto po infekcijos ir prieš bakterijų lizę E. coli ląstelės švelniai maišomos maišytuve, kad prilipusios fago dalelės atsipalaiduotų ir tada kultūra būtų centrifuguota. Dėl to sunkesnės užsikrėtusių bakterijų ląstelių granulės nusodintos vamzdžio apačioje. Švelnesnės virusinės dalelės ir tos dalelės, kurios nepateko į bakterines ląsteles, buvo aptiktos supernatate. Nustatyta, kad eksperimente su E. coli užkrėstu T2 fagą su radioaktyvia DNR, sunkesnė bakterinė granulė taip pat buvo radioaktyvi. Kita vertus, kai buvo naudojamas T2 fagas su radioaktyviais proteinais, bakterinė granulė turėjo labai mažą radioaktyvumą ir didžioji radioaktyvumo dalis buvo nustatyta supernatate. Tai
tai yra virusinė DNR ir ne baltymai, kuriuose yra informacijos apie daugiau T2 fagų dalelių gamybą, todėl DNR yra genetinė medžiaga. Tačiau kai kuriuose virusuose (pvz., TMV, gripo viruso ir poliomielito virusuose) RNR yra genetinė medžiaga (žr. 2.17 pav.).
Hershey ir Chase atliko du eksperimentus. Viename eksperimente E. coli buvo įvesta terpėje, kurioje yra radijo izotopas S 35, o kitame eksperimente E. coli buvo auginama terpėje, kurioje yra radioaktyviosios srovės P32. Šiuose eksperimentuose E. coli ląstelės buvo užkrėstos T2 fagu, išlaisvintu iš E. coli ląstelių, auginamų S35 terpėje, turinčiose S35 baltymų kapsidoje, ir iš P32 terpės P32 buvo DNR.
Kai šie fagai buvo naudojami užkrėsti naujas E. coli ląsteles normalioje terpėje, bakterinės ląstelės, kurioms buvo užsikrėtę S35 žymėti fagai, parodė savo ląstelės sienelėje radioaktyvumą, o ne citoplazmą. Kadangi bakterijos, užkrėstos P32 žymimaisiais fagais, parodė atvirkštinę būklę.
Taigi galima teigti, kad kai T2 fagas užkrečia bakterinę ląstelę, jo baltymų kapsidas lieka už bakterinės ląstelės ribų, bet jo DNR patenka į bakterijos citoplazmą. Kai užkrėstos bakterijų ląstelės lizuojamos, susidaro naujos pilnos virusinės dalelės (T2 fagai). Tai įrodo, kad virusinė DNR turi daugiau DNR ir baltymų kapsidų kopijų sintezės informaciją. Tai rodo, kad DNR yra genetinė medžiaga (žr. 2.19 pav.).
2. Bakterijų transdukcija:
Genetinis perdavimas bakterijose pasiektas transdukcijos būdu. Lederbergo ir Zinderio (1952) eksperimentas su „U-tube Salmonella typhimurium“ parodė, kad bakteriniai virusai ar fagai yra atsakingi už genetinės medžiagos perdavimą iš vieno lizogeninio ir
fazės. Taigi šeimininkas įgyja naują genotipą. Transdukcija buvo įrodyta daugelyje bakterijų.
Šiame procese DNR molekulė, kurioje yra paveldėtojo donoro bakterijos, perkeliama į recipiento ląstelę per fago dalelės agentūrą. Šiame procese kiekviena dalelė gali perkelti labai mažai glaudžiai susijusių simbolių. Taigi bakteriofagas sukelia genetinių pokyčių tose bakterijose, kurios išgyvena fagų ataka.
Kai bakterinė ląstelė yra užsikrėtusi vidutinio stiprumo virusu, prasideda lytinis ciklas arba lizogenas. Vėliau šeimininkas DNR suskaido į mažus fragmentus kartu su viruso dauginimu. Kai kurios iš šių DNR fragmentų yra sujungtos su viruso dalelėmis. Kai bakterijos lizuoja šias daleles kartu su įprastomis viruso dalelėmis, jos išsiskiria
kai šis transdukcinių ir normalių virusų dalelių mišinys leidžia užkrėsti recipiento ląstelių populiaciją, dauguma bakterijų yra užsikrėtusios įprastomis viruso dalelėmis, o rezultatas vėl atsiranda lizogeniškai ar lytiniu ciklu. Keletas bakterijų yra užsikrėtusios transducuojančiomis dalelėmis, vyksta transdukcija ir virusų dalelių DNR vyksta su genetine rekombinacija su bakterine DNR. (Žr. 2.20 ir 2.21 pav.).
3. Bakterinė konjugacija:
Wollmanas ir Jokūbas (1956) apibūdino konjugaciją, kurioje dvi bakterijos yra šalia pusės valandos. Šiuo laikotarpiu dalis genetinės medžiagos lėtai praeina iš vienos bakterijos, kuri yra paskirta kaip patinas, paskirtas moterimi. Tai buvo nustatyta, kad vyriška medžiaga į liniją pateko į moterį.
Genetinė rekombinacija tarp donoro ir recipiento ląstelių vyksta taip: Hfr DNR po to, kai dalis fragmento paliekama į gavėjų ląstelių, vėl vyksta apskritai. F štamas genų rekombinacija vyksta tarp donoro fragmento ir recipiento DNR. Genų perdavimas yra nuoseklus procesas ir tam tikra Hfr padermė visada dovanoja genus tam tikroje eilėje. Vienos grandinės donoro DNR (F faktorius) yra integruotas į šeimininko chromosomą, naudojant nukleozės fermentą (žr. 2.21 ir 2.22 pav.).
Bakterijų konjugacijos metu genetinės medžiagos (DNR) perdavimas vyksta ląstelių ir donoro bei recipiento ląstelių kontakto metu. Konjugacijos proceso metu perduodama didelė dalis genomo, o transformacijos ir transdukcijos metu perduodama tik nedidelė DNR fragmento dalis. Konjugacijos procesą atrado Lederbergas ir Tatumas (1944) vienoje Escherichia coli padermėje. Konjugacija taip pat buvo įrodyta Salmonella, Pseudomonas ir Vibrio.
Konjugacijos metu vienas iš genetinės medžiagos perdavimo būdų vyksta nuo donoro iki recipiento padermės. Donoro ir recipiento padermės visada nustatomos genetiškai. Gavėjo padermė yra pažymėta kaip F, o donoro padermės yra dviejų rūšių ir yra pažymėtos kaip F + ir H fr (aukštas rekombinacijos dažnis). Jei štamas dovanoja tik nedidelę jo genomo dalį, jis vadinamas F +, o jei jis dovanoja didelį kiekį genomo, jis vadinamas H fr. Šie F + ir H fr faktoriai vadinami epizomomis.
F + ir Hfr padermėms būdingos specifinės vėliavos formos struktūros, vadinamosios lytinės pilos. F + padermėse nėra lytinių pilių ir yra atsakingas už bakterijų poravimą. F + ir H fr sekso pili paliečia priešingą poravimosi tipą, būtent genetinės medžiagos perkėlimui.
Sekso piluose yra 2, 5 μm skersmens skylė, kuri yra pakankamai didelė, kad DNR molekulė galėtų praeiti išilgai. Tuo metu, kai susieja H frezės (donoro) DNR, jis nedelsiant perkeliamas į F - štamą (gavėją). Hf ląstelių apykaitinė DNR atsidaro ir kartojasi, bet pernešimo metu viena DNR kryptis yra naujai sintetinama, o kita kryptis yra kilusi iš jau esamos H fr padermės dalies. Po DNR perdavimo abi ląstelės yra atskirtos viena nuo kitos.
H fr DNR po to, kai palieka savo fragmentą į gavėjų ląstelių vėl apykaitą. F - kamieno genų rekombinacija vyksta tarp donoro fragmento ir recipiento DNR. Genų perdavimas yra nuoseklus procesas, tam tikra H fr padermė visada dovanoja genus tam tikroje eilėje. Jei suspensijoje leidžiama maišyti F - ir H fr - štamas, iš H fr genomo į F - štamą perkeliami skirtingi laiko sekos genai. Ankstyvai įeinantys genai visuomet pasirodo didesniuose rekombinacijų procentuose nei vėlyvieji genai (žr. 2.22, 2.23 ir 2.24 pav.).
Konjugacija sukelia daugybę rekombinantų F + ir H fr ląstelių suspensijoje. Šie rekombinantai yra skirtingi genotipo konstitucijoje ir taip pat ir jų fenotipinėje ekspresijoje. Šie rekombinantai yra visiškai nauji ir skiriasi nuo tėvų.
