Konjugacija ir transdukcija

https://lucbourne.scienceblog.com/64/dangerous-genes-above-beijing/
Praeitame įraše aptarėme vieną iš mechanizmų, kaip genetinė medžiaga yra perduodama vienų mikroorganizmų kitiems. Kitas būdas genetinei medžiagai perduoti yra konjugacija. Konjugacijoje tarpininkauja tam tikra plazmidė, žiedinė (dažniausiai) DNR molekulė, kuri replikuojasi nepriklausomai nuo ląstelės chromosomos. Nors tiek chromosomoje, tiek plazmidėje yra DNR, genai, kurie yra koduojami plazmidėje, nėra ląstelei būtini augant normaliomis sąlygomis. Konjugacinės plazmidės perduodamos konjugacijos metu.

Konjugacija nuo transformacijos skiriasi dviem pagrindiniais aspektais. Pirma, konjugacijai reikalingas tiesioginis kontaktas tarp ląstelių. Antra, konjugacinės ląstelės turi būti skirtingų poravimosi tipų, tai yra, donorė ląstelė turi turėti plazmidę, o ląstelė recipientė įprastai jos neturi. Gramneigiamų bakterijų plazmidėje nešami genai, kurie koduoja lytinių pilių sintezę. Lytinės pilės – ląstelės-donorės paviršiuje esančios iškyšos, kuriomis ji kontaktuoja su recipiente ir priartina ląsteles viena prie kitos. Gramteigiamos bakterijos gamina lipnias paviršiaus molekules, dėl kurių ląstelės gali kontaktuoti viena su kita. Konjugacijos metu, plazmidė yra replikuojama viengrandės plazmidinės DNR kopijos pernašos į recipientę metu, o ląstelėje recipientėje yra susintetinama komplementari (antroji) DNR grandinė.


Kadangi dauguma konjugacijos tyrimų buvo atlikta su E. coli, tai čia bus aprašytas procesas, vykstantis šiose bakterijose. E. coli pirmoji surasta plazmidė, kuri yra pernešama konjugacijos būdu, vadinama F faktoriumi (fertilumo faktorius). Donorės, turinčios F faktorių (F+ ląstelės) perduoda plazmides recipientėms (F- ląstelės), kurios vėliau irgi tampa F+ ląstelėmis (turi plazmidę). Kai kuriose ląstelėse, turinčiose F faktorių, šis faktorius integruojasi į ląstelės chromosomą, ir jos iš F+ ląstelių tampa Hfr ląstelėmis (high frequency of recombination – didelis rekombinacijų dažnis). Kai konjugacija vyksta tarp Hfr ir F- ląstelių, Hfr ląstelių chromosoma (su integruotu F faktoriumi) replikuojasi ir tėvinė chromosomos grandinė yra perduodama ląstelei recipientei. Hfr chromosomos replikacija prasideda integruoto F faktoriaus viduryje ir nedidelė F faktoriaus dalis nuveda chromosomos genus į F- ląstelę. Įprastai, chromosoma nutrūksta dar iki pernešant ją visą. Kai atsiduria ląstelėje recipientėje, donorės DNR gali rekombinuotis su recipientės DNR (donorės DNR, kuri nėra integruojama, yra suardoma). Taigi, kai konjugacija vyksta su Hfr, F- ląstelėje gali atsirasti naujos chromosominių genų kombinacijos (kaip ir transformacijoje). Tačiau, ji vis dar lieka F- ląstele, nes konjugacijos metu ji negavo viso F faktoriaus.

Konjugacija yra naudojama genų vietos bakterijų chromosomoje nustatymui. Treonino (thr) ir leucino (leu) sintezės genai yra pirmieji nuo 0 žiūrint pagal laikrodžio rodyklę (žiūrėti paveikslėlyje). Jų vieta chromosomoje buvo nustatyta atliekant konjugacijos eksperimentus. Tarkime, kad konjugacija gali vykti tik vieną minutę laiko tarp Hfr kamieno, kuris yra his+, pro+, thr+ ir leu+ (turi histidino, prolino, treonino ir leucino sintezės genus) ir F- kamieno, kuris yra his-, pro-, thr- ir leu- (šių genų neturi). Jei F- įgavo gebėjimą sintetinti treoniną, tai thr genai yra lokalizuoti chromosomos pradžioje, tarp 0 ir 1 minutės. Jei po 2 minučių F- ląstelė taptų thr+ ir leu+, tai šių genų seka chromosomoje turi būti thr, leu ir t.t.

Trečiasis būdas, kaip genetinė medžiaga gali būti pernešta tarp bakterijų, yra transdukcija. Šio proceso metu, bakterinė DNR nuo donorinės ląstelės recipientei yra pernešama virusų, kurie infekuoja bakterijas. Bakterijas infekuojantys virusai vadinami bakteriofagais arba trumpiau fagais. Tam, kad suprastume, kaip vyksta transdukcija, aptarsime vieno E. coli fago gyvenimo ciklą. Šis fagas atlieka generalizuotą transdukciją.

Fago dauginimosi metu, fago DNR ir baltymus sintetina ląstelė-šeimininkė (bakterija). Fago DNR turi būti supakuota į fago baltyminį apvalkalą. Tačiau bakterinė DNR, plazmidinė DNR ar netgi kito viruso DNR gali būti supakuota į šį baltyminį apvalkalą. Naujai susidarę fagai gali užkrėsti kitas ląsteles ir taip juose esanti DNR gali būti pernešta kitai ląstelei.

Bakteriją infekavus generalizuotą transdukciją atliekančiu fagu, visi bakterijos genai gali būti supakuojami vienoda tikimybe. Kito tipo transdukcijos atveju, vadinamu specializuota transdukcija, tik tam tikri bakterijų genai gali būti pernešami. Pavyzdžiui, fago DNR koduoja ląstelės-šeimininkės toksinų genus, tokius kaip, Corynebacterium diphteriae difterijos toksiną, Streptococcus pyogenes eritrozinį toksiną ar E. coli O157:H7 Shiga toksiną.

Sekit ir dalinkitės. Iki kito susitikimo :)

Informacijos šaltiniai: 
  • Gerard J. Tortora, Berdell R. Funke, Christine L. Case. “Microbiology. An Introduction”. 11th edition. p.234-235

Komentarų nėra:

Rašyti komentarą

Follow by Email