KONIUGACJA BAKTERYJNA: PROCES, STRUKTURA I CZYNNIKI - BIOLOGIA - 2025

Koniugacji bakterii jest przesunięcie w jednym kierunku materiału genetycznego z bakterii dawcy do innego adresata fizycznym styku z dwiema komórkami. Ten typ procesu może zachodzić zarówno u bakterii reagujących, jak i nie reagujących na barwienie metodą Grama, a także u paciorkowców.

Koniugacja może wystąpić między bakteriami tego samego gatunku lub różnych gatunków. Może nawet wystąpić między prokariotami a członkami innych królestw (roślinami, grzybami, zwierzętami).

Koniugacja bakteryjna. Obraz przedstawia od góry do dołu dwie bakterie przed, w trakcie i po koniugacji. Zrobione i zredagowane przez użytkownika Magnus Manske na en.wikipedia.

Aby nastąpił proces koniugacji, jedna z zaangażowanych bakterii, dawca, musi posiadać materiał genetyczny, który może być mobilizowany, który jest generalnie reprezentowany przez plazmidy lub transpozony.

W drugiej komórce, odbiorcy, tych elementów musi brakować. Większość plazmidów może wykryć potencjalne komórki biorcy, które nie mają podobnych plazmidów.

Koniugacja i rozmnażanie płciowe

Bakterie nie mają organizacji materiału genetycznego podobnej do tej u eukariontów. Organizmy te nie prezentują rozmnażania płciowego, ponieważ nie wykazują podziału redukcyjnego (mejozy) w celu utworzenia gamety w żadnym momencie swojego życia.

Aby osiągnąć rekombinację swojego materiału genetycznego (istota seksualności), bakterie mają trzy mechanizmy: transformację, koniugację i transdukcję.

Koniugacja bakteryjna nie jest więc procesem rozmnażania płciowego. W tym drugim przypadku można go uznać za bakteryjną wersję tego typu rozmnażania, ponieważ wiąże się z pewną wymianą genetyczną.

Struktury i czynniki zaangażowane w proces

Pili seksualne

Nazywane również pili F, są to struktury nitkowate, znacznie krótsze i cieńsze niż wici, zbudowane z podjednostek białkowych splecionych wokół pustego środka. Jego funkcją jest utrzymywanie kontaktu dwóch komórek podczas koniugacji.

Jest również możliwe, że element koniugacyjny jest przenoszony do komórki biorcy przez centralny otwór pilusów płciowych.

Elementy sprzęgające

Jest to materiał genetyczny, który zostanie przeniesiony podczas procesu koniugacji bakterii. Może mieć inny charakter, wśród nich są:

Pozachromosomalne cząsteczki DNA

Cząsteczki te są episomami, czyli plazmidami, które można zintegrować z chromosomem bakteryjnym w procesie zwanym rekombinacją homologiczną. Charakteryzują się długością około 100 kb, a także posiadaniem własnego miejsca inicjacji replikacji i transferu.

Komórki posiadające czynnik F nazywane są komórkami męskimi lub komórkami F +, podczas gdy komórki żeńskie (F-) nie mają tego czynnika. Po koniugacji bakterie F- stają się F + i mogą działać jako takie.

Nici chromosomowe

Kiedy zachodzi rekombinacja homologiczna, czynnik F wiąże się z chromosomem bakteryjnym; w takich przypadkach nazywa się to czynnikiem F ', a komórki, które mają zrekombinowany DNA, nazywane są Hfr, dla rekombinacji o wysokiej częstotliwości.

Podczas koniugacji między bakterią Hfr i bakterią F- ta pierwsza przenosi do drugiej nić rekombinowanego DNA z czynnikiem F. W tym przypadku sama komórka biorcy staje się komórką Hfr.

W bakterii może być tylko jeden czynnik F, w postaci pozachromosomalnej (F) lub rekombinowany do chromosomu bakteryjnego (F ').

Plazmidy

Niektórzy autorzy rozważają plazmidy i czynniki F razem, a inni traktują je oddzielnie. Obie są pozachromosomalnymi cząstkami genetycznymi, ale w przeciwieństwie do czynnika F plazmidy nie integrują się z chromosomami. Są to elementy genetyczne, które są najczęściej przekazywane podczas procesu koniugacji.

Plazmidy składają się z dwóch części: czynnika przenoszącego oporność, który jest odpowiedzialny za przenoszenie plazmidu, oraz innej części składającej się z wielu genów, które posiadają informacje kodujące odporność na różne substancje.

Niektóre z tych genów mogą migrować z jednego plazmidu do innego w tej samej komórce lub z plazmidu do chromosomu bakteryjnego. Struktury te nazywane są transpozonami.

Niektórzy autorzy twierdzą, że plazmidy korzystne dla bakterii są w rzeczywistości endosymbiontami, podczas gdy inni mogą wręcz przeciwnie, być endopasożytami bakteryjnymi.

Proces

Komórki dawcy wytwarzają pilusy płciowe. Cząsteczki F lub plazmidy obecne tylko w tych bakteriach zawierają informację genetyczną, która koduje produkcję białek tworzących pilusy. Z tego powodu tylko komórki F + będą prezentować te struktury.

Sex pili pozwalają komórkom dawcy najpierw przyczepić się do komórek biorcy, a następnie skleić się razem.

Aby zainicjować transfer, należy rozdzielić dwie nici DNA. Najpierw następuje przecięcie w obszarze znanym jako początek transferu (oriT) jednej z nici. Enzym relaksazy dokonuje tego cięcia, tak że później enzym helikaza rozpoczyna proces rozdzielania obu łańcuchów.

Enzym może działać samodzielnie lub też tworząc kompleks z kilkoma różnymi białkami. Kompleks ten znany jest pod nazwą relaxosomu.

Natychmiast rozpoczynając oddzielanie łańcuchów, rozpocznie się przenoszenie jednej z nici, które zakończy się dopiero, gdy cała nić przejdzie do komórki biorcy lub gdy dwie bakterie rozdzielą się.

Aby zakończyć proces transferu, obie komórki, biorca i dawca, syntetyzują komplementarną nić, a łańcuch ponownie krąży. Jako produkt końcowy obie bakterie są teraz F + i mogą działać jako dawcy z bakteriami F-.

Plazmidy to najczęściej przenoszone w ten sposób elementy genetyczne. Zdolność koniugacji zależy od obecności w bakterii plazmidów koniugacyjnych, które zawierają informację genetyczną wymaganą do takiego procesu.

Aplikacje

Koniugacja została wykorzystana w inżynierii genetycznej jako narzędzie do przenoszenia materiału genetycznego do różnych miejsc docelowych. Służyła do przenoszenia materiału genetycznego z bakterii do różnych receptorów komórek eukariotycznych i prokariotycznych, a nawet do izolowanych mitochondriów ssaków.

Jednym z rodzajów bakterii, które z największym powodzeniem stosowano w celu uzyskania tego typu przenoszenia, jest Agrobacterium, który był stosowany samodzielnie lub w połączeniu z wirusem mozaiki tytoniu.

Wśród gatunków genetycznie transformowanych przez Agrobacterium są drożdże, grzyby, inne bakterie, algi i komórki zwierzęce.

Transformacja przez Agrobacterium tumefaciens do komórki roślinnej. Zrobione i zredagowane przez: J LEVIN W.

Bibliografia

1. EW Nester, CE Roberts, NN Pearsall i BJ McCarthy (1978). Mikrobiologia. Wydanie 2. Holt, Rinehart i Winston.
2. C. Lyre. Agrobacterium. W Lifeder. Odzyskany z lifeder.com.
3. Koniugacja bakteryjna. Na Wikipedii. Odzyskany z en.wikipedia.org.
4. R. Carpa (2010). Rekombinacja genetyczna u bakterii: horyzont początków seksualności organizmów żywych. Elba Bioflux.
5. Koniugacja prokariotyczna. Na Wikipedii. Odzyskany z es.wikipedia.org.
6. LS Frost i G. Koraimann (2010). Regulacja koniugacji bakteryjnej: równoważenie szansy z przeciwnościami. Future Microbiology.
7. E. Hogg (2005). Podstawowa mikrobiologia. John Wiley & Sons Ltd.