Определение бактериального спряжения
Бактериальная конъюгация – это способ, которым бактериальный клетка переносит генетический материал в другую бактериальную клетку. Генетический материал, который передается через бактериальное сопряжение, является небольшим плазмида известная как F-плазмида (F для фактора фертильности), которая несет генетическую информацию, отличную от той, которая уже присутствует в хромосомах бактериальной клетки. Фактически, F-плазмида может реплицироваться в цитоплазма отдельно от бактериального хромосома.
Клетка, которая уже имеет копию F-плазмиды, называется F-положительной, F-плюс или F + клеткой и считается донорной клеткой, тогда как клетка, которая не имеет копии F-плазмиды, называется F-отрицательная, F-минус или F– клетка, и считается клеткой-получателем. Перенос F-плазмиды происходит через горизонтальное соединение, посредством которого донорская клетка и клетка-реципиент непосредственно контактируют друг с другом или образуют мост между ними, через который передается генетический материал. В случаях, когда F-плазмида донорской клетки интегрирована в геном клетки (то есть в хромосому), часть хромосомной ДНК также может быть перенесена в клетку-реципиент вместе с F-плазмидой.
Бактериальные Спряжения Шаги
Чтобы перенести F-плазмиду, донорская клетка и реципиентная клетка должны сначала установить контакт. В этот момент, когда клетки устанавливают контакт, F-плазмида в донорской клетке представляет собой двухцепочечную ДНК молекула это образует круговую структуру. Следующие шаги позволяют переносить F-плазмиду из одной бактериальной клетки в другую:
Шаг 1
Ячейка F + (донор) продуцирует пилус, который является структурой, которая выступает из клетки и начинает контактировать с клеткой F- (реципиент).
Шаг 2
Пилус обеспечивает прямой контакт между донором и клетками реципиента.
Шаг 3
Поскольку F-плазмида состоит из двухцепочечной молекулы ДНК, образующей кольцевую структуру, т. Е. Прикрепленной с обоих концов, фермент (релаксаз или релаксосома, когда он образует комплекс с другими белками) пересекает одну из двух цепей ДНК F-плазмиды и эта цепь (также называемая T-цепь) переносится в клетку реципиента.
Шаг 4
На последнем этапе донорская клетка и клетка-реципиент, обе из которых содержат одноцепочечную ДНК, реплицируют эту ДНК и, таким образом, в конечном итоге образуют двухцепочечную F-плазмиду, идентичную исходной F-плазмиде. Учитывая, что F-плазмида содержит информацию для синтеза пили и других белков (см. Ниже), старая клетка-реципиент теперь является донорной клеткой с F-плазмидой и способностью образовывать пили, так же, как и исходная донорская клетка. Теперь обе клетки являются донорами или F +.
Четыре шага, упомянутые выше, можно увидеть на этом рисунке:
Перенос ДНК
Чтобы избежать переноса F-плазмиды в клетку F +, F-плазмида обычно содержит информацию, которая позволяет донорской клетке обнаруживать (и избегать) клетки, в которых она уже есть. Кроме того, F-плазмида содержит два основных локуса (tra и trb), источник репликации (OriV) и источник переноса (OriT). Локус tra содержит генетическую информацию, позволяющую прикрепить донорскую клетку к клетке-реципиенту: гены в tra locus кодируют белки, формирующие пили (пилин). ген ) для того, чтобы начать контакт клетка-клетка и другие белки, чтобы присоединиться к F-клетке и начать передачу F-плазмиды. Локус trb содержит ДНК, которая кодирует другие белки, например, те, которые участвуют в создании канала, по которому ДНК переносится из F + в клетку F–. OriV представляет собой сайт, на котором происходит репликация ДНК, а OriT представляет собой сайт, на котором фермент релаксаза (или комплекс релаксосомного белка) разрезает цепь ДНК F-плазмиды (см. Этап 3 выше).
Хотя ДНК, которая переносится в бактериальной конъюгации, является той, которая присутствует в F-плазмиде, когда донорская клетка интегрировала F-плазмиду в свою собственную хромосомную ДНК, бактериальная конъюгация может привести к переносу F-плазмиды и хромосомной ДНК , В этом случае более длительный контакт между донорскими и реципиентными клетками приводит к переносу большего количества хромосомной ДНК.
Преимущества бактериальной конъюгации делают этот метод переноса генов широко используемым методом в биоинженерии. Некоторые из преимуществ включают способность переносить относительно большие последовательности ДНК и не наносить вреда клеточной оболочке хозяина. Кроме того, конъюгация была достигнута в лабораториях не только между бактерии но также между бактериями и типами клеток, таких как растение клетки, клетки млекопитающих и дрожжи.
викторина
1. Какую генетическую информацию (ДНК) содержит F-плазмида?A. Хромосомная ДНК.B. Нехромосомная ДНК с регуляторными генами.C. ДНК, которая кодирует белки для производства пили.D. B и C.E. Все вышеперечисленное.
Ответ на вопрос № 1
D верно. F-плазмиды содержат генетическую информацию, которой нет в бактериальных хромосомах, хотя они могут быть интегрированы в хромосомы. Кроме того, F-плазмиды обладают генетической информацией, позволяющей продуцировать пили, чтобы F + -клетка могла присоединиться к новой реципиентной (F-) клетке.
2. Как ДНК F-плазмиды переносится от донора (F +) к клетке реципиента (F–)?A. Одна цепь ДНК F-плазмиды сначала разрезается, затем переносится и, наконец, реплицируется.B. Обе цепи ДНК F-плазмиды сначала разрезали, затем переносили и, наконец, реплицировали.C. Обе цепи ДНК F-плазмиды сначала реплицируются, затем надрезаются и, наконец, переносятся.
Ответ на вопрос № 2
верно. Только одноцепочечная ДНК проникает и переносится. После этого донорская клетка и клетка-реципиент реплицируют одноцепочечную ДНК, так что каждая из них должна образовывать двухцепочечную F-плазмиду, идентичную исходной.
Ссылки
- Райан К.Дж., Рэй С.Г., Ахмад Н., Дрю В.Л., Лагунофф М., Поттингер П., Реллер Л.Б., Стерлинг С.Р. (2004). Шеррис Медикал микробиология, Нью-Йорк, Нью-Йорк: McGraw Hill.