JAK ROZMNAŻAJĄ SIĘ BAKTERIE? ROZMNAŻANIE BEZPŁCIOWE I PŁCIOWE - BIOLOGIA - 2026

Bakterie rozmnażają się głównie drogą bezpłciową, taką jak rozszczepienie binarne, czyli proces, w którym komórka dzieli się na dwie identyczne mniejsze komórki. Jednak te mikroorganizmy również przejawiają rodzaj rozmnażania płciowego w procesie zwanym „koniugacją”.

Jeśli chodzi o rozmnażanie bezpłciowe, dominuje rozszczepienie binarne, ale istnieją doniesienia o „nietypowych” lub „alternatywnych” wzorcach podziału w tej grupie organizmów jednokomórkowych, takich jak pączkowanie, wielokrotne podziały i tworzenie się „wewnątrzkomórkowego” potomstwa. aby wymienić tylko kilka.

Schemat komórki prokarionu (źródło: ta grafika wektorowa jest w całości wykonana przez Ali Zifan za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Zanim zagłębimy się w różne mechanizmy rozmnażania się bakterii, należy zapamiętać kluczowe informacje, aby zrozumieć niektóre aspekty tych procesów biologicznych.

Ogólna charakterystyka bakterii

Bakterie są organizmami prokariotycznymi, to znaczy ich materiał genetyczny nie jest zamknięty w błoniastej strukturze zwanej „jądrem”, która istnieje u eukariotów.

Jest to niezwykle udana i różnorodna grupa, składająca się głównie z organizmów jednokomórkowych, chociaż niektóre mogą tworzyć kolonie i włókna. Występują praktycznie we wszystkich ekosystemach w biosferze i mają ogromne znaczenie dla wielu procesów biologicznych właściwych dla organizmów wielokomórkowych.

Komórki bakteryjne to małe komórki (o średnicy nie większej niż kilka mikronów), zwłaszcza w porównaniu z komórkami eukariotycznymi. Na przykład jego cytozol jest znacznie „prostszy” niż w komórce zwierzęcej lub roślinnej, ponieważ nie ma błoniastych organelli.

Wewnątrz znajduje się duża liczba rybosomów, ziarnistości magazynowe różnych substancji, białka różnych typów oraz duży, kolisty i superskręcony chromosom, a także małe pozachromosomalne cząsteczki DNA zwane „plazmidami”.

Płaszcz komórkowy bakterii jest dość szczególny, ponieważ składa się ze złożonego polimeru zwanego „peptydoglikanem”, który składa się z aminocukrów połączonych z polipeptydami. Do ich klasyfikacji wykorzystuje się charakterystykę ściany i błony komórkowej tych organizmów.

Niektóre bakterie są również pokryte „kapsułką”, która otacza ich ścianę komórkową i pełni funkcje ochronne. Inne bakterie są ruchliwe i mają wyspecjalizowane struktury wystające z ich powierzchni, takie jak rzęski i wici.

Ponieważ nie wszystkie bakterie można hodować in vitro w laboratorium, informacje, którymi zarządza społeczność naukowa, dotyczące ich metabolizmu, rozmnażania, morfologii i ogólnych cech zależą w dużym stopniu od danych uzyskanych z badań przeprowadzonych na gatunkach modelowych.

Bezpłciowe rozmnażanie bakterii

Rozmnażanie bezpłciowe polega na tworzeniu klonów z osobnika pełniącego funkcję „matki”. W przeciwieństwie do rozmnażania płciowego, proces ten wymaga tylko jednej komórki, która powiela swoje wewnętrzne komponenty i na przykład dzieli się na dwie równe komórki potomne.

- Rozszczepienie binarne

Rozszczepienie binarne, znane również jako „bipartition”, jest główną formą rozmnażania większości bakterii w przyrodzie. W tym procesie dzieląca się komórka robi to w taki sposób, że wytwarza dwie mniejsze komórki, które są genetycznie identyczne, a komórka początkowa „znika”.

Dzieląca się komórka musiała koniecznie przejść wcześniejszy proces „przygotowawczy”, w którym podwoiła swoją wewnętrzną zawartość (chromosomy, białka, rybosomy itp.) I zwiększyła zawartość cytozolową prawie dwukrotnie.

Rozszczepienie binarne (Źródło: Binary_fission.svg: Drawn by w: User: JWSchmidt (w: Image: Binary fission.png); wektoryzacja: w: Użytkownik: JTojnarderivative work: Ortisa via Wikimedia Commons)

Dwie kopie chromosomu bakteryjnego są wydzielane do obu biegunów dzielącej się komórki, a także do części materiału wewnętrznego, który się zduplikował. Następnie „przegroda” tworzy się w określonym miejscu w komórce zwanym „miejscem podziału”.

Przegroda składa się z „dośrodkowej” inwaginacji błony cytoplazmatycznej, która poprzedza syntezę nowej ściany komórkowej i oddzielenie dwóch komórek potomnych.

- „Niezwykłe” rozmnażanie bezpłciowe

Proces rozmnażania bezpłciowego nie jest taki sam we wszystkich grupach bakterii. Jak wspomniano na początku, niektóre gatunki charakteryzują się pączkowaniem, inne wielokrotnym podziałem, tworzeniem wewnątrzkomórkowego potomstwa itp.

Powstawanie wielu wewnątrzkomórkowych potomstwa

Wiele linii bakterii należących do grupy bakterii Gram-dodatnich o niskiej zawartości GC (Firmicutes) rozmnaża się bezpłciowo w procesie, który implikuje, że wiele przetrwalników (również uśpionych) lub duże liczba aktywnych potomków.

W wielu liniach formowanie się tego „mnogiego wewnątrzkomórkowego potomstwa” jest głównym sposobem rozmnażania, więc rozszczepienie binarne może wystąpić rzadko lub wcale.

Pączkowanie

Pączkowanie u bakterii obserwowano u sinic, firmicutes i planctomycetes, a także u niektórych proteobakterii.

Schematyczne przedstawienie tego procesu (mało zbadane i znane wśród bakterii) ilustruje, jak bakterie, które rozmnażają się bezpłciowo w ten sposób, pozbywają się „frakcji” lub „żółtka” swojego ciała komórkowego, frakcji znacznie mniejszej niż „macierzysta” komórka to jest ich źródłem i prawdopodobnie nie zawiera wszystkich cytozolowych składników tego ostatniego.

Produkcja baeocytów u niektórych cyjanobakterii

Niektóre sinice, takie jak te z rodzaju Stanieria, nigdy nie rozmnażają się przez podział binarny; zamiast tego dzielą się w procesie, który rozpoczyna się od małej komórki zwanej baeocytem.

Baeocyt stopniowo powiększa się, a kiedy to robi, chromosomalny DNA replikuje wiele razy z rzędu. Kiedy baeocyt wchodzi w fazę podziału cytoplazmatycznego, produkuje dużą liczbę nowych, malutkich baeocytów, które są uwalniane poprzez rozerwanie zewnętrznej powłoki baeocytu „matki”.

Proces ten jest również znany u innych gatunków jako fragmentacja.

Rozmnażanie „płciowe” bakterii

Rozmnażanie płciowe, jak wiemy, składa się z połączenia dwóch wyspecjalizowanych komórek płciowych zwanych „gametami”, za pośrednictwem których dwie osoby wymieniają informacje genetyczne i produkują potomstwo z genami wynikającymi z połączenia obu.

Chociaż ani gamety, ani wyspecjalizowane komórki płciowe nie są wytwarzane w bakteriach, czasami dwie różne komórki wymieniają między sobą materiał genetyczny, co może zachodzić w trzech różnych procesach:

- Transformacja

- Transdukcja

- Koniugacja

Chociaż nie wiąże się to z produkcją nowych komórek lub innych komórek, transformacja jest zdarzeniem, w wyniku którego bakteria może nabyć fragmenty DNA z innej bakterii, która uwolniła je do środowiska, w którym żyją lub która obumarła i rozpadła się.

Z drugiej strony transdukcja ma związek z połączeniem bakteryjnego DNA (z różnych bakterii) dzięki udziałowi fagów, czyli wirusów atakujących bakterie.

Wreszcie koniugacja, która nie charakteryzuje się produkcją nowych osobników, polega na bezpośrednim przenoszeniu materiału genetycznego z jednej komórki do drugiej poprzez wyspecjalizowaną strukturę znaną jako „pilus płciowy”.

Koniugacja bakteryjna (Źródło: praca pochodna: Franciscosp2 (dyskusja) Bacterial_Conjugation_en.png: Mike Jones za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Ten ostatni proces wymaga fizycznego kontaktu między dwiema komórkami i zgodnie z badaniami przeprowadzonymi w organizmie modelowym E. coli istnieją „męskie” komórki dawcy i „żeńskie” komórki receptorowe.

Ogólnie rzecz biorąc, przekazywane i otrzymywane są cząsteczki plazmidowego DNA, które zawierają przydatne informacje genetyczne.

Bibliografia

1. Angert, ER (2005). Alternatywy dla rozszczepienia binarnego u bakterii. Nature Reviews Microbiology, 3 (3), 214.
2. Helmstetter, CE (1969). Sekwencja rozmnażania bakterii. Annual Review of Microbiology, 23 (1), 223-238.
3. Lutkenhaus, J. i Addinall, SG (1997). Podział komórek bakteryjnych i pierścień Z. Annual review of biochemistry, 66 (1), 93-116.
4. Prescott, H. i Harley, JP Klein 2002. Microbiology.
5. Scheffers, DJ (2001). Rozmnażanie i wzrost bakterii. eLS.
6. Solomon, EP, Berg, LR i Martin, DW (2011). Biology (9th edn). Brooks / Cole, Cengage Learning: USA.