Genų rekombinacija. Transformacija

https://epicgenetic.wordpress.com/2014/09/05/prdm9-my-favourite-gene/
Genų rekombinacija – tarp dviejų DNR molekulių vykstantys genų mainai, kurių rezultatas – naujo geno rinkinių atsiradimas chromosomoje. Jei ląstelė pasiima svetimą DNR (donorinė DNR), dalis jos gali įsiterpti į ląstelės chromosomą (šis procesas vadinamas krosingoveriu) ir kai kurie chromosomose esantys genai yra sumaišomi. DNR įvyko rekombinacija, taigi, chromosomoje yra dalis donorinės DNR.


Kyla natūralus klausimas, jei genų rekombinacijoje dalyvauja skirtingų individų DNR, kaip jos atsiduria šalia viena kitos, kad galėtų įvykti rekombinacija? Eukariotų atveju, genų rekombinacija, krosingoveris, vyksta lytinių ląstelių formavimosi metu (dukterinės ląstelės genetiškai nėra identiškos motininei ląstelei). Bakterijų atveju, genų rekombinacija vyksta keletu skirtingų būdų.

Kaip ir mutacijų atveju, genų rekombinacija prisideda prie populiacijos genetinės įvairovės, kuri yra evoliucijos varomoji jėga. Genų rekombinacija yra palankesnė, nei mutacijos, nes mažiau tikėtina, jog genų rekombinacijos rezultatas bus neveiklus genas. Be to, tikėtina, kad atsiras naujos genų kombinacijos, suteikiančios organizmui naujų vertingų savybių.

Pagrindinis Salmonella žiuželius sudarantis baltymas yra ir vienas pagrindinių baltymų, sukeliančių imuninį atsaką. Tačiau, šios bakterijos geba gaminti du skirtingus žiuželio baltymus. Kai mūsų imuninė sistema sukuria atsaką prieš Salmonella ląsteles, turinčias vienos formos žiuželio baltymą, organizmai, turintys kito tipo baltymą, nėra veikiami imuninio atsako. Kuris žiuželio baltymas bus gaminamas yra nusprendžiamas rekombinacijos, kuri atsitiktinai įvyksta chromosominėje DNR. Taigi, keisdama gaminamą žiuželio baltymą, Salmonella gali išvengti šeimininko apsaugos sistemos.

Vertikali genų pernaša įvyksta, kai genai yra perduodami organizmo palikuoniams. Augalai ir gyvūnai palikuoniams genus perduoda būtent vertikaliu būdu. Tačiau bakterijos genus gali perduoti ne tik palikuoniams, bet ir kitiems mikrobams. Tai yra vadinama horizontalia genų pernaša. Horizontali genų pernaša bakterijose vyksta keliais skirtingais būdais. Visais atvejais pernašoje dalyvauja ląstelė-donorė, kuri perduoda dalį savo DNR ląstelei-recipientei. Po pernašos, dalis donorės DNR yra inkorporuojama į recipientės DNR (neįsiterpusi DNR yra suskaidoma ląstelės fermentų). Ląstelė recipientė, kurioje yra įterpta donorės DNR, vadinama rekombinantine. Genetinės medžiagos perdavimas tarp bakterijų nėra dažnas įvykis – jis vyksta 1 % ar mažiau visos populiacijos. Šiame įraše aptarsime vieną iš horizontalios genų pernašos mechanizmų, o kitame susipažinsime su kitais dviem.

Bakterijų transformacija

Transformacijos metu, genai tirpale yra perkeliami iš vienos bakterijos kitai kaip „nuoga“ DNR. Šis procesas pirma kartą parodytas prieš daugiau nei 90 metų, nors tuo metu nelabai buvo suprasta, kas vyksta. Transformacija ne tik parodė, kad genetinė medžiaga gali būti perduodama vienos bakterijos kitai, bet šio fenomeno tyrimai padėjo nustatyti, jog DNR yra genetinė medžiaga. Pirmąjį transformacijos eksperimentą 1928 metais atlikto Frederick Griffith, dirbdamas su dviem Streptococcus pneumoniae kamienais. Vienas, virulentiškas (patogeniškas) kamienas, turi polisacharidinę kapsulę, apsaugančią nuo fagocitozės. Tokia bakterija ir sukelia plaučių uždegimą. Kitas, nevirulentinis, kamienas tokios kapsulės neturi ir nesukelia ligos.

Griffith susidomėjo, ar karščiu kapsuliuotų bakterijų injekcijos gali būti panaudojamos kaip plaučių uždegimo vakcinos pelėms. Kaip ir tikėtasi, gyvų kapsuliuotų bakterijų injekcijos peles nužudė, o žuvusių kapsuliuotų ar gyvų nekapsuliuotų bakterijų injekcijos pelių nepražudė. Tačiau, kai žuvusios kapsuliuotos bakterijos buvo sumaišytos su gyvomis nekapsuliuotomis bakterijomis ir toks mišinys buvo suleistas pelėms, dauguma pelių mirė. Mirusios pelės kraujyje Griffith nustatė gyvas kapsuliuotas bakterijas. Paveldima medžiaga (genai) iš negyvų bakterijų pateko į gyvas ląsteles, genetiškai jas pakeitė, taigi, ląstelių palikuonės turėjo kapsules ir buvo virulentiškos.



Tolimesni tyrimai, paremti Griffith eksperimentu, atskleidė, kad bakterijų transformacija gali vykti nebūtinai šeimininko organizme. Skysta terpė buvo inokuliuota gyvomis nekapsuliuotomis bakterijomis. Tada į terpę buvo pridėtos negyvos kapsuliuotos bakterijos. Po inkubacijos, gyva kultūra turėjo kapsules ir buvo virulentiška. Nekapsuliuotos bakterijos buvo transformuotos. Jos įgavo naują paveldimą bruožą, inkorporuodamos žuvusios kapsuliuotos bakterijos genus.

Kitas etapas buvo įvairių cheminių medžiagų išgavimas iš mirusių ląstelių, nusprendžiant, kurie komponentai sukelia transformaciją. Šie eksperimentai buvo atlikti Oswald Avery ir jo asistentų Colin Macleod ir Maclyn McCarty, JAV. 1944 metais jie paskelbė, kad komponentas, kuris atsakingas už nežalingų S. pneumoniae transformaciją, yra DNR. Jų rezultatai buvo vienas iš įtikinamų įrodymų, kad DNR yra genetinės informacijos nešėja.

Po Griffith eksperimento buvo sužinota nemažai svarbios informacijos apie transformaciją. Gamtoje, kai kurios bakterijos, greičiausiai po ląstelių lizės (žūties), išleidžia savo DNR į aplinką. Tada kitos bakterijos susiduria su šia DNR ir, priklausomai nuo tam tikros rūšies ir augimo sąlygų, gali pasiimti šios DNR fragmentus ir rekombinacijos būdu integruoti ją į savo chromosomą. RecA baltymas prisijungia prie ląstelės DNR ir tada prisijungia prie donorės DNR, sukeldamas grandinių keitimąsi. Ląstelė-recipientė su šia nauja genų kombinacija yra tam tikras hibridas arba rekombinuota ląstelė. Visos tokios rekombinantinės ląstelės palikuonės bus jai identiškos. Natūraliai transformacija vyksta nedaugelyje bakterijų genčių, tarp kurių yra Bacillus, Haemophilus, Neisseria, Acitobacter ir tam tikri Streptococcus ir Staphylococcus genčių kamienai.


Nors tik nedidelė dalis ląstelės DNR yra transformuojama į recipientę, molekulė, kuri turi praeiti ląstelės-recipientės sienelę ir membraną, vis tiek yra gana didelė. Fiziologinė būsena, kai ląstelė-recipientė gali priimti donorės DNR, yra vadinama kompetentine. Ląstelė tampa kompetentine dėl tam tikrų ląstelės sienelės pokyčių, dėl kurių ji tampa pralaidi didelėms DNR molekulėms.

Sekit ir dalinkitės. Iki kito susitikimo :)

Informacijos šaltiniai: 
  • Gerard J. Tortora, Berdell R. Funke, Christine L. Case. “Microbiology. An Introduction”. 11th edition. p.231-234

Komentarų nėra:

Rašyti komentarą

Follow by Email