Bakterielle Konjugation Definition
Bakterielle Konjugation ist ein Weg, auf dem eine Bakterienzelle genetisches Material auf eine andere Bakterienzelle überträgt. Das genetische Material, das durch bakterielle Konjugation übertragen wird, ist ein kleines Plasmid, bekannt als F-Plasmid (F für Fertilitätsfaktor), das genetische Informationen trägt, die sich von denen unterscheiden, die bereits in den Chromosomen der Bakterienzelle vorhanden sind. Eine Zelle, die bereits eine Kopie des F-Plasmids besitzt, wird als F-positive, F-plus oder F+ Zelle bezeichnet und gilt als Spenderzelle, während eine Zelle, die keine Kopie des F-Plasmids besitzt, als F-negative, F-minus oder F- Zelle bezeichnet wird und als Empfängerzelle gilt. Die Übertragung des F-Plasmids erfolgt durch eine horizontale Verbindung, bei der sich die Spenderzelle und die Empfängerzelle direkt berühren oder eine Brücke zwischen beiden bilden, durch die das genetische Material übertragen wird. In Fällen, in denen das F-Plasmid einer Spenderzelle in das Genom der Zelle integriert wurde (d.h., In Fällen, in denen das F-Plasmid einer Spenderzelle in das Genom der Zelle (d.h. in das Chromosom) integriert wurde, kann auch ein Teil der chromosomalen DNA zusammen mit dem F-Plasmid auf die Empfängerzelle übertragen werden.
Schritte der bakteriellen Konjugation
Um das F-Plasmid zu übertragen, müssen eine Spenderzelle und eine Empfängerzelle zunächst Kontakt aufnehmen. Zu diesem Zeitpunkt, wenn die Zellen Kontakt aufnehmen, ist das F-Plasmid in der Spenderzelle ein doppelsträngiges DNA-Molekül, das eine zirkuläre Struktur bildet. Die folgenden Schritte ermöglichen den Transfer des F-Plasmids von einer Bakterienzelle zur anderen:
Schritt 1
Die F+ (Spender-)Zelle produziert den Pilus, eine Struktur, die aus der Zelle herausragt und den Kontakt mit einer F- (Empfänger-)Zelle aufnimmt.
Schritt 2
Der Pilus ermöglicht den direkten Kontakt zwischen der Spender- und der Empfängerzelle.
Schritt 3
Da das F-Plasmid aus einem doppelsträngigen DNA-Molekül besteht, das eine zirkuläre Struktur bildet, d.h., es an beiden Enden befestigt ist, kappt ein Enzym (Relaxase, oder Relaxosom, wenn es einen Komplex mit anderen Proteinen bildet) einen der beiden DNA-Stränge des F-Plasmids und dieser Strang (auch T-Strang genannt) wird auf die Empfängerzelle übertragen.
Schritt 4
Im letzten Schritt replizieren die Spenderzelle und die Empfängerzelle, die beide einzelsträngige DNA enthalten, diese DNA und bilden so am Ende ein doppelsträngiges F-Plasmid, das mit dem ursprünglichen F-Plasmid identisch ist. Da das F-Plasmid die Information zur Synthese von Pili und anderen Proteinen enthält (siehe unten), ist die alte Empfängerzelle nun eine Spenderzelle mit dem F-Plasmid und der Fähigkeit, Pili zu bilden, genau wie es die ursprüngliche Spenderzelle war. Jetzt sind beide Zellen Spender oder F+.
Die vier oben erwähnten Schritte sind in dieser Abbildung zu sehen:
DNA-Transfer
Um zu vermeiden, dass das F-Plasmid auf eine F+ Zelle übertragen wird, enthält das F-Plasmid normalerweise Informationen, die es der Spenderzelle erlauben, Zellen zu erkennen (und zu vermeiden), die bereits eines haben. Darüber hinaus enthält das F-Plasmid zwei Hauptloci (tra und trb), einen Replikationsursprung (OriV) und einen Transferursprung (OriT). Der tra-Lokus enthält die genetische Information, um die Anheftung der Spenderzelle an eine Empfängerzelle zu ermöglichen: Die Gene im tra-Lokus kodieren für Proteine zur Bildung der Pili (Pilin-Gen), um den Zell-Zell-Kontakt zu starten, und andere Proteine, um sich an die F-Zelle anzuheften und den Transfer des F-Plasmids zu starten. Der trb-Locus enthält DNA, die für andere Proteine kodiert, wie z. B. einige, die an der Schaffung eines Kanals beteiligt sind, durch den die DNA von der F+ zur F- Zelle übertragen wird. Das OriV ist die Stelle, an der die Replikation der DNA stattfindet, und das OriT ist die Stelle, an der das Enzym Relaxase (oder der Relaxosom-Proteinkomplex) den DNA-Strang des F-Plasmids einschneidet (siehe Schritt 3 oben).
Obwohl bei der bakteriellen Konjugation die DNA übertragen wird, die im F-Plasmid vorhanden ist, kann es bei der bakteriellen Konjugation zum Transfer des F-Plasmids und der chromosomalen DNA kommen, wenn die Spenderzelle das F-Plasmid in ihre eigene chromosomale DNA integriert hat. Wenn dies der Fall ist, führt ein längerer Kontakt zwischen der Spender- und der Empfängerzelle dazu, dass eine größere Menge chromosomaler DNA übertragen wird.
Die Vorteile der bakteriellen Konjugation machen diese Methode des Gentransfers zu einer weit verbreiteten Technik in der Biotechnologie. Einige der Vorteile sind die Fähigkeit, relativ große DNA-Sequenzen zu übertragen und die Zellhülle des Wirts nicht zu beschädigen. Darüber hinaus wurde die Konjugation in Labors nicht nur zwischen Bakterien, sondern auch zwischen Bakterien und Zelltypen wie Pflanzenzellen, Säugetierzellen und Hefe erreicht.
Quiz
1. Welche genetische Information (DNA) enthält ein F-Plasmid?
A. Chromosomale DNA.
B. Nicht-chromosomale DNA mit regulatorischen Genen.
C. DNA, die für Proteine zur Herstellung von Pili kodiert.
D. B und C.
E. Alle der oben genannten.
2. Wie wird die DNA des F-Plasmids von der Spender- (F+) auf die Empfängerzelle (F-) übertragen?
A. Ein DNA-Strang des F-Plasmids wird zuerst eingekerbt, dann übertragen und schließlich repliziert.
B. Beide DNA-Stränge des F-Plasmids werden erst eingekerbt, dann übertragen und schließlich repliziert.
C. Beide DNA-Stränge des F-Plasmids werden zuerst repliziert, dann eingekerbt und schließlich übertragen.