Hur byter bakterier genetisk information

Bakterier är mikroskopiska organismer med dubbelsträngat cirkulärt DNA i deras genom. Även om bakterier inte har obligatoriska sexuella reproduktionssteg under sin livscykel, kan de aktivt utbyta genetisk information bland dem. Utbytet av genetisk information i bakterier sker på tre sätt: konjugation, transformation och transduktion. Den direkta överföringen av genetiskt material mellan två bakterier är känd som konjugation; det sker genom en sex pilus. Transformation är att plocka upp naket, främmande DNA från omgivningen. Transduktion är bärandet av bakteriellt DNA genom bakteriofager till en annan bakterie.

Viktiga områden som omfattas

1. Vad är bakterier
      - Definition, egenskaper, bakteriellt DNA
2. Hur byter bakterier genetisk information
     - Konjugering, transformation, transduktion

Nyckelord: Bakteriellt DNA, konjugation, plasmider, sexpilus, transformation, transduktion

Vad är bakterier

Bakterier är prokaryoter som saknar membranbundna organeller. De har en peptidoglykan cellvägg. Sexuell reproduktion genom binär klyvning är den huvudsakliga reproduktionsmetoden i bakterier. Bakterier kan innehålla två typer av genetiskt material inom en bakterie och de är bakteriegenom och plasmider. Genomet är ett dubbelsträngat cirkulärt kromosomalt DNA och plasmider är dubbelsträngade, små, cirkulära DNA-molekyler. Bakteriellt kromosomalt DNA är beläget i nukleoid. Storleken på E coli genomet är 4,6 miljoner baspar och består av cirka 4 300 gener. Plasmider eller icke-kromosomalt bakteriellt DNA är mindre än bakteriekromosomen, och flera till mer än tusen plasmider kan hittas per bakteriecell. Bakterier i en kultur visas i Figur 1.

Figur 1: Bakterier

Hur byter bakterier genetisk information

Den genetiska informationen kan överföras från en bakterie till en annan i form av DNA. Överföringen av genetisk information mellan bakterier anses inte ofta som en sann utbyte eftersom en bakterie tjänar som givare medan den andra endast tjänar som mottagare. Dessutom överförs endast små bitar av bakteriella kromosomer.

De tre lägena som används för utbyte av genetisk information mellan bakterier är konjugation, transformation och transduktion.

Konjugation

Processen som utbyter genetisk information mellan två bakterier genom en direkt cell-till-cell-kontakt är känd som konjugation. Det medieras av konjugativa plasmider som kodas med effektiva mekanismer för medling av DNA-överföring. Konjugering är en enriktad process, och endast donorbakterien har de konjugativa plasmiderna. Konjugativa plasmider av gramnegativa bakterier kodas för en sexpilus som underlättar DNA-överföringen till mottagarbakterien. Den direkta kontakten mellan två bakterier uppnås genom kön pilus som bildar en konjugal bro. Stegen av bakteriell konjugation visas i figur 2.

Figur 2: Konjugering

1- Donorcell producerar pilus.
2- Pilus fäster till mottagarcell, för samman de två cellerna.
3- Den mobila plasmiden nickas, och en enda sträng av DNA överförs sedan till mottagarcellen.
4- Båda cellerna recirkulariserar sina plasmider, syntetiserar andra strängar och reproducerar pili; båda cellerna är nu livskraftiga givare.

Omvandling

Processen att ta DNA-fria fragment av bakterier från det omgivande mediet är känt som transformation. Endast de behöriga bakteriecellerna kan ta upp DNA genom transformation. Begränsade typer av bakterier kan genomgå omvandling naturligt såsom Bacill, Streptokock, Neisseria, Haemophilus, etc. I tillägg, de flesta bakterier som E coli kan framställas kompetent konstgjort genom att exponeras i ett medium med kalciumklorid. Plasmider används som bärare av DNA i transformationen under DNA kloning experiment.

transduktion

Processen att överföra bakteriellt DNA från en cell till en annan cell med hjälp av bakterieinfekterande virus är känd som transduktion. Det anses vara en effektiv metod för DNA-överföring eftersom främmande DNA skyddas inuti bakteriofagen. DNA som överförs av bakteriofager integreras permanent i mottagarbakteriegenomet genom homolog rekombination.

Slutsats

Utbytet av genetiskt material mellan DNA förekommer i tre metoder; konjugering, transformation och transduktion. Konjugering är den direkta överföringen av genetiskt material mellan två bakterier med hjälp av en sexpilus. Transformation är upptagandet av nakna DNA-fragment med bakterier från det omgivande mediet. Transfektion är överföringen av bakteriellt DNA genom bakterieinfekterande virus.

Referens:

1. Rogers, Kara och Robert J. Kadner. "Bakterie." Encyclopædia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc., 22 Feb. 2018, Tillgänglig här.

Image Courtesy:

1. "Bacteroides hypermegas bacteria" av CDC / Dr. V. R. Dowell, Jr. (Public Domain) via Public Health Image Library
2. "Konjugering" av adenosin - eget arbete (CC BY-SA 3.0) via Wikimedia Commons