Bacteriële conjugatie Definitie
Bacteriële conjugatie is een manier waarop een bacteriecel genetisch materiaal overdraagt aan een andere bacteriecel. Het genetisch materiaal dat via bacteriële conjugatie wordt overgedragen is een klein plasmide, bekend als F-plasmide (F voor vruchtbaarheidsfactor), dat andere genetische informatie bevat dan die welke reeds aanwezig is in de chromosomen van de bacteriële cel. In feite kan de F-plasmide zich in het cytoplasma afzonderlijk van het bacteriechromosoom vermenigvuldigen.
Een cel die reeds een kopie van de F-plasmide heeft, wordt een F-positieve, F-plus of F+ cel genoemd en wordt als donorcel beschouwd, terwijl een cel die geen kopie van de F-plasmide heeft, een F-negatieve, F-minus of F- cel wordt genoemd en als ontvangercel wordt beschouwd. De overdracht van het F-plasmide vindt plaats via een horizontale verbinding waarbij de donorcel en de recipiënte cel rechtstreeks met elkaar in contact komen of een brug tussen beide vormen waardoor het genetisch materiaal wordt overgedragen. In gevallen waarin het F-plasmide van een donorcel in het genoom van de cel is geïntegreerd (d.w.z,
Bacteriële Conjugatiestappen
Om het F-plasmide over te dragen, moeten een donorcel en een ontvangercel eerst contact maken. Op dat moment, wanneer de cellen contact maken, is de F-plasmide in de donorcel een dubbelstrengs DNA-molecule die een cirkelvormige structuur vormt. De volgende stappen maken de overdracht van het F-plasmide van de ene bacteriecel naar de andere mogelijk:
Stap 1
De F+ (donor)cel produceert de pilus, dat is een structuur die uit de cel steekt en contact begint te maken met een F- (ontvanger)cel.
Stap 2
De pilus maakt direct contact tussen de donor- en de ontvangercel mogelijk.
Stap 3
Omdat de F-plasmide bestaat uit een dubbelstrengs DNA-molecuul dat een cirkelvormige structuur vormt, d.w.z., het zit aan beide uiteinden vast, een enzym (relaxase, of relaxosoom wanneer het een complex vormt met andere eiwitten) knipt een van de twee DNA-strengen van het F-plasmide af en deze streng (ook T-streng genoemd) wordt overgebracht naar de ontvangende cel.
Stap 4
In de laatste stap repliceren de donorcel en de ontvangercel, die beide enkelstrengs DNA bevatten, dit DNA en vormen zo uiteindelijk een dubbelstrengs F-plasmide die identiek is aan het oorspronkelijke F-plasmide. Aangezien het F-plasmide informatie bevat om pili en andere eiwitten te synthetiseren (zie hieronder), is de oude ontvangende cel nu een donorcel met het F-plasmide en de mogelijkheid om pili te vormen, net zoals de oorspronkelijke donorcel dat was. Nu zijn beide cellen donor of F+.
De vier bovengenoemde stappen zijn in deze figuur te zien:
DNA-overdracht
Om te voorkomen dat het F-plasmide op een F+ cel wordt overgedragen, bevat het F-plasmide meestal informatie waarmee de donorcel cellen die er al een hebben, kan detecteren (en vermijden). Bovendien bevat het F-plasmide twee belangrijke loci (tra en trb), een oorsprong van replicatie (OriV) en een oorsprong van overdracht (OriT). De tra-locus bevat de genetische informatie om de donorcel in staat te stellen zich aan een ontvangende cel te hechten: de genen in de tra-locus coderen voor eiwitten om de pili te vormen (piline-gen) om het cel-celcontact te starten, en andere eiwitten om zich aan de F-cel te hechten en om de overdracht van de F-plasmide te starten. De trb locus bevat DNA dat codeert voor andere eiwitten, zoals sommige die betrokken zijn bij het creëren van een kanaal waardoor het DNA wordt overgebracht van de F+ naar de F- cel. De OriV is de plaats waar de replicatie van het DNA plaatsvindt en de OriT is de plaats waar het enzym relaxase (of het relaxosome eiwitcomplex) de DNA-streng van het F-plasmide afknipt (zie stap 3 hierboven).
Hoewel het DNA dat bij bacteriële conjugatie wordt overgedragen het DNA is dat in het F-plasmide aanwezig is, kan, wanneer de donorcel het F-plasmide in zijn eigen chromosomale DNA heeft geïntegreerd, bacteriële conjugatie resulteren in de overdracht van zowel het F-plasmide als het chromosomale DNA. Wanneer dit het geval is, resulteert een langer contact tussen de donor- en de ontvangercel in een grotere hoeveelheid chromosomaal DNA dat wordt overgedragen.
De voordelen van bacteriële conjugatie maken deze methode van genoverdracht tot een veelgebruikte techniek in de bio-engineering. Enkele van de voordelen zijn de mogelijkheid om relatief grote DNA-sequenties over te dragen en het cellulaire omhulsel van de gastheer niet te beschadigen. Bovendien is conjugatie in laboratoria niet alleen bereikt tussen bacteriën, maar ook tussen bacteriën en soorten cellen zoals plantencellen, zoogdiercellen en gist.
Quiz
1. Welke genetische informatie (DNA) bevat een F-plasmide?
A. Chromosomaal DNA.
B. Niet-chromosomaal DNA met regulerende genen.
C. DNA dat codeert voor eiwitten om pili te produceren.
D. B en C.
E. Al het bovenstaande.
2. Hoe wordt het DNA van het F-plasmide overgedragen van de donor (F+) naar de ontvangende (F-) cel?
A. Eén DNA-streng van het F-plasmide wordt eerst ingepikt, dan overgebracht en tenslotte gerepliceerd.
B. Beide DNA-strengen van het F-plasmide worden eerst ingepikt, dan overgebracht en ten slotte gerepliceerd.
C. Beide DNA-strengen van het F-plasmide worden eerst gerepliceerd, dan gepikt en ten slotte overgeplaatst.