3 rodzaje rozmnażania płciowego występujące w bakteriach (1869 słów)

Rodzaje rozmnażania płciowego, które występują w bakteriach, są następujące:

Obserwacje cytologiczne i badania genetyczne wskazują na coś w rodzaju rozmnażania płciowego, polegającego na fuzji dwóch różnych komórek, a przenoszenie czynników dziedzicznych występuje rzadko w bakteriach. Rekombinacja genetyczna zachodzi w bakteriach, które zostały starannie zbadane i prawdopodobnie występuje również u innych gatunków.

Zdjęcie dzięki uprzejmości: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c7/Caduco.jpg/1280px-Caduco.jpg

Jeden z najintensywniej przebadanych gatunków bakterii wykazał, że Escherichia coli uprawia seks - niektóre działają jak samce i przekazują informacje genetyczne poprzez bezpośredni kontakt z samicami. Ta zdolność przenoszenia genów jest regulowana przez współczynnik płodności F +, który sam może zostać przeniesiony na samicę, zamieniając ją w mężczyznę.

Zwykłe wegetatywne komórki bakteryjne są haploidalne i w części reprodukcji płciowej lub wszystkie chromosomy przechodzą z komórki męskiej do żeńskiej, tworząc komórkę, tj. Częściowo lub całkowicie diploidalnie. Przekraczanie następnie zachodzi pomiędzy chromosomem żeńskim a chromosomem lub fragmentem męskim, po czym następuje proces segregacji, który daje haploidalne komórki potomne.

1. Transformacja bakteryjna:

Transfer genetyczny w bakteriach zachodzi również w wyniku transformacji, w której cząsteczka DNA komórki dawcy, gdy zostaje uwolniona przez jej rozpad, jest pobierana przez inną komórkę biorcy, a jej potomstwo dziedziczy niektóre cechy komórki dawcy. Gdy różne szczepy bakterii znajdują się w stanie zmieszanym w kulturze lub w naturze, niektóre z powstałych potomstwa mają kombinację charakterów szczepów rodzicielskich. Zjawisko to znane jest jako rekombinacja.

Zjawisko transformacji zostało po raz pierwszy zarejestrowane przez Griffitha (1928). Avery, Macleod i McCarty (1944) wykazali, że transformującą zasadą jest DNA w sekwencji zdarzeń w transformacji bakteryjnej.

Kierunki badań, które doprowadziły do ​​zrozumienia chemicznej natury materiału genetycznego, powstały w wyniku badania szkodliwego organizmu Diplococcus pneumoniae. Bakteria ta powoduje zapalenie płuc u mężczyzn. W 1928 roku Fryderyk Griffith odkrył, że istnieją dwa szczepy D. pneumoniae, jeden tworzący gładkie kolonie chronione przez kapsułkę, a drugi tworzący nieregularne lub szorstkie kolonie bez kapsułki po wyhodowaniu na odpowiednim podłożu na płytkach Petriego.

Po wstrzyknięciu myszom (A) tylko gładkie komórki z kapsułkami (wirulentne) wytworzyły chorobę, ale nie niezłośliwe szorstkie komórki (B). Z drugiej strony, gdy zabite ciepłem zabite otoczone (wirulentne) gładkie komórki zmieszano z niezjadliwymi chropowatymi komórkami (D), a następnie wstrzyknięto myszom, które spowodowały chorobę. Pokazuje to, że niektóre czynniki z martwych kapsułkowanych komórek gładkich przekształciły żywe, niezjadliwe komórki w żywe, kapsułkowane (wirulentne) komórki (patrz rys. 2.16).

W 1944 roku Avery, McCarty i Macleod wsparli eksperyment Griffitha molekularnym wyjaśnieniem. Naukowcy odkryli, że DNA wyizolowany z ciepła zabija gładkie komórki, gdy dodane do szorstkich komórek zmieniły ich charakter powierzchniowy z szorstkiego na gładki, a także uczyniły je wirulentnymi.

W tym eksperymencie wykazano, że DNA jest materiałem genetycznym odpowiedzialnym za indukowanie gładkiego charakteru komórek i ich właściwości wirulencji u myszy. Ich eksperyment udowodnił, że transformacja bakterii polega na przeniesieniu części DNA z martwej bakterii (tj. Dawcy) do żywej bakterii (tj. Biorcy), która wyraża charakter martwej komórki i tak jest znana jako rekombinowana.

Czynnik infekujący wirusami to DNA:

Bakteriofag (wirus T2) infekuje bakterię Escherichia coli. Po zakażeniu wirus mnoży się, a fagi T2 są uwalniane z lizą komórek bakteryjnych. Jak wiemy, fag T2 zawiera zarówno DNA jak i białka. Teraz powstaje pytanie, który z dwóch składników ma informacje do zaprogramowania dla namnażania większej ilości cząstek wirusowych.

Aby rozwiązać ten problem, Hershey i Chase (1952) opracowali eksperyment z dwoma różnymi preparatami faga T2. W jednym preparacie uczyniły one białko częścią radioaktywną, aw drugim preparacie DNA zostało radioaktywne. Następnie zakażono te bakterie E. coli tymi dwoma preparatami fagowymi. Natychmiast po zakażeniu i przed lizą bakterii komórki E. coli delikatnie mieszano w mikserze, tak że przylegające cząstki faga rozluźniono, a następnie odwirowano hodowlę. W wyniku tego cięższe granulki zainfekowanych komórek bakteryjnych opadły na dno probówki. Lżejsze cząstki wirusowe i te cząstki, które nie dostały się do komórek bakterii, znaleziono w supernatancie. Stwierdzono, że gdy fag T2 z radioaktywnym DNA został użyty do zakażenia E. coli w eksperymencie, cięższy pelet bakteryjny był również radioaktywny. Z drugiej strony, gdy zastosowano fag T2 z radioaktywnym białkiem, bakteryjny pelet miał bardzo małą radioaktywność i większość radioaktywności znaleziono w supernatancie. To

że to wirusowe DNA, a nie białko, zawiera informacje do produkcji większej ilości cząstek faga T2, stąd DNA jest materiałem genetycznym. Jednak w niektórych wirusach (np. TMV, wirusie grypy i wirusie polio) RNA służy jako materiał genetyczny (patrz rys. 2.17).

Hershey i Chase przeprowadzili dwa eksperymenty. W jednym eksperymencie E. coli podano w pożywce zawierającej izotop radio-S35, aw drugim eksperymencie E. coli hodowano w pożywce zawierającej radio-izop P32. W tych eksperymentach komórki E. coli zostały zarażone fagiem T2 uwolnionym z komórek E. coli hodowanych w podłożu S 35 mają S 35 w kapsydzie białkowym, a te z pożywki P 32 mają P32 w swoim DNA.

Gdy te fagi zostały użyte do zakażenia nowych komórek E. coli w normalnej pożywce, komórki bakteryjne, które miały zakażenie znakowanymi S35 fagami, wykazywały radioaktywność w ścianie komórkowej, a nie w cytoplazmie. Podczas gdy bakterie zakażone znakowanymi P32 fagami wykazywały odwrotny stan.

Można zatem powiedzieć, że gdy fag T2 infekuje komórkę bakteryjną, jego kapsyd białkowy pozostaje poza komórką bakterii, ale jego DNA wchodzi do cytoplazmy bakterii. Po zlizowaniu zainfekowanych komórek bakterii powstają nowe kompletne cząsteczki wirusowe (fagi T2). Dowodzi to, że wirusowy DNA przenosi informację do syntezy większej liczby kopii kapsydów DNA i białka. To pokazuje, że DNA jest materiałem genetycznym (patrz rys. 2.19).

2. Transdukcja bakteryjna:

Transfer genetyczny w bakteriach osiąga się dzięki procesowi znanemu jako transdukcja. Doświadczenie Lederberga i Zindera (1952) w probówce typu U Salmonella typhimurium wykazało, że bakteryjne wirusy lub fagi są odpowiedzialne za transfer materiału genetycznego z jednego do drugiego lizogennego i

lityczne fagi. W ten sposób gospodarz nabywa nowy genotyp. Transdukcję wykazano w wielu bakteriach.

W tym procesie cząsteczka DNA niosąca dziedziczne postacie bakterii dawcy jest przenoszona do komórki biorcy za pośrednictwem cząstki faga. W tym procesie bardzo niewiele ściśle powiązanych ze sobą znaków może być przenoszonych przez każdą cząstkę. Zatem bakteriofag wywołuje zmiany genetyczne w tych bakteriach, które przeżywają atak fagów.

Gdy komórka bakteryjna jest zakażona wirusem umiarkowanym, rozpoczyna się cykl lityczny lub lizogenny. Następnie DNA gospodarza rozpada się na małe fragmenty wraz z namnażaniem wirusa. Niektóre z tych fragmentów DNA są włączone do wirusów, "cząstki ulegają transdukcji. Kiedy bakterie ulegają lizie, cząsteczki te wraz z normalnymi cząsteczkami wirusa zostają uwolnione

gdy ta mieszanina cząstek transdukcji i normalnych cząstek wirusa może infekować populację komórek biorcy, większość bakterii jest zainfekowana normalnymi cząsteczkami wirusa, a w wyniku następuje ponownie lizogeneza lub cykl lityczny. Kilka bakterii jest zakażonych przenoszącymi cząstkami, następuje transdukcja, a DNA cząstek wirusa podlega genetycznym rekombinacjom z bakteryjnym DNA. (Patrz rysunki 2.20 i 2.21).

3. Koniugacja bakteryjna:

Wollman i Jacob (1956) opisali koniugację, w której dwie bakterie leżą obok siebie nawet przez pół godziny. W tym czasie część materiału genetycznego powoli przechodzi z jednej bakterii, która jest oznaczona jako samiec, do biorcy oznaczonego jako samica. Ustalono, że materiał męski wszedł do kobiety w liniowej serii.

Rekombinacja genetyczna między komórkami dawcy i biorcy zachodzi następująco: DNA Hfr po opuszczeniu części we fragmencie do komórki biorcy ponownie reformuje się w sposób kołowy. W szczepie F zachodzi rekombinacja genetyczna między fragmentem donorowym a DNA biorcy. Transfer genów jest procesem sekwencyjnym, a dany szczep Hfr zawsze przekazuje geny w określonej kolejności. Jednoniciowy DNA donorowy (czynnik F) jest zintegrowany z chromosomem gospodarza za pomocą enzymu nukleazowego (patrz rysunki 2.21 i 2.22).

W koniugacji bakteryjnej transfer materiału genetycznego (DNA) odbywa się poprzez kontakt komórek z komórkami dawcy i biorcy. Podczas procesu koniugacji przenoszona jest duża część genomu, podczas gdy w transformacji i transdukcji przenoszony jest tylko mały fragment DNA. Proces koniugacji odkryli Lederberg i Tatum (1944) w jednym szczepie Escherichia coli. Koniugację wykazano również w Salmonella, Pseudomonas i Vibrio.

W koniugacji przeniesienie materiału genetycznego odbywa się od dawcy do szczepu biorcy. Szczepy dawcy i biorcy są zawsze określane genetycznie. Szczep biorcy oznaczono jako F, ​​podczas gdy szczepy dawcy są dwóch rodzajów i są oznaczone jako F + i H fr (wysoka częstotliwość rekombinacji). Jeśli szczep oddaje tylko niewielką część swojego genomu, nazywa się F + i jeśli przekazuje dużą ilość genomu, nazywa się H fr. Te czynniki F + i H fr nazywane są episomami.

Szczepy F + i Hfr charakteryzują się obecnością specyficznych struktur wici, tak zwanych seksu płciowego. Populacja płci jest nieobecna w szczepach F + i jest odpowiedzialna za krycie bakteryjne. Sex pili z F + i H fr dotykają przeciwnego typu komórek w celu przeniesienia materiału genetycznego.

Sex pilus ma dziurę o średnicy 2, 5 μm, która jest wystarczająco duża, aby cząsteczka DNA mogła przejść przez nią wzdłuż. W momencie parowania DNA szczepu H fr (dawcy) przenosi się natychmiast do szczepu F (biorcy). Okrągły DNA komórek fr. H otwiera się i replikuje, ale podczas transferu jedna nić DNA jest nowo syntetyzowana, podczas gdy druga nić pochodzi z wcześniej istniejącej nici szczepu H fr. Po przeniesieniu DNA obie komórki są oddzielone od siebie.

DNA HF po opuszczeniu od siebie fragmentu do komórki biorcy ponownie reformuje się w sposób kołowy. W F - szczepie następuje rekombinacja genetyczna między fragmentem donorowym a DNA biorcy. Transfer genów jest sekwencyjnym procesem, w którym dany szczep H fr zawsze przekazuje geny w określonej kolejności. Jeśli szczepy F - i H fr mogą mieszać się w zawiesinie, różne geny w sekwencji czasu są przenoszone z genomu Hg do szczepu F - . Geny, które wchodzą wcześnie, zawsze pojawiają się w większym procencie rekombinacji niż geny, które wchodzą późno (patrz rysunki 2.22, 2.23 i 2.24).

Koniugacja prowadzi do szeregu rekombinantów w zawiesinie komórek F + i HF. Te rekombinanty mają zmienną strukturę genotypową, a więc także ich ekspresję fenotypową. Te rekombinanty są całkowicie nowe i różnią się od swoich rodziców.