Koniugacja bakteryjna Definicja
Koniugacja bakteryjna jest sposobem, w jaki komórka bakteryjna przenosi materiał genetyczny do innej komórki bakteryjnej. Materiał genetyczny, który jest przenoszony poprzez koniugację bakteryjną jest małym plazmidem, znanym jako plazmid F (F jak czynnik płodności), który przenosi informację genetyczną inną niż ta, która jest już obecna w chromosomach komórki bakteryjnej. W rzeczywistości, plazmid F może replikować się w cytoplazmie oddzielnie od chromosomu bakteryjnego.
Komórka, która posiada już kopię plazmidu F nazywana jest komórką F-dodatnią, F-plus lub F+ i uważana jest za komórkę dawcy, podczas gdy komórka, która nie posiada kopii plazmidu F nazywana jest komórką F-ujemną, F-minus lub F- i uważana jest za komórkę biorcy. Przeniesienie plazmidu F odbywa się poprzez połączenie horyzontalne, w którym komórka dawcy i komórka biorcy bezpośrednio stykają się ze sobą lub tworzą mostek między sobą, przez który przenoszony jest materiał genetyczny. W przypadkach gdy plazmid F komórki dawcy został zintegrowany z genomem komórki (tj, w chromosomie), część chromosomalnego DNA może być również przeniesiona do komórki biorcy wraz z plazmidem F.
Koniugacja bakteryjna
W celu przeniesienia plazmidu F, komórka dawcy i komórka biorcy muszą najpierw nawiązać kontakt. W tym momencie, gdy komórki nawiązują kontakt, plazmid F w komórce dawcy jest dwuniciową cząsteczką DNA, która tworzy strukturę kolistą. Następujące etapy umożliwiają przeniesienie plazmidu F z jednej komórki bakteryjnej do drugiej:
Krok 1
Komórka F+ (dawca) wytwarza pilus, który jest strukturą wystającą z komórki i rozpoczyna kontakt z komórką F- (biorcą).
Krok 2
Pilus umożliwia bezpośredni kontakt pomiędzy komórkami dawcy i biorcy.
Krok 3
Ponieważ plazmid F składa się z dwuniciowej cząsteczki DNA tworzącej strukturę kolistą, tzn, jest on przyłączony na obu końcach, enzym (relaksaza, lub relaksosom, gdy tworzy kompleks z innymi białkami) nacina jedną z dwóch nici DNA plazmidu F i ta nić (zwana również nicią T) jest przenoszona do komórki biorcy.
Krok 4
W ostatnim kroku komórka dawcy i komórka biorcy, obie zawierające jednoniciowe DNA, replikują to DNA i w ten sposób kończą tworząc dwuniciowy plazmid F identyczny z oryginalnym plazmidem F. Biorąc pod uwagę, że plazmid F zawiera informacje do syntezy pili i innych białek (patrz poniżej), stara komórka biorcy jest teraz komórką dawcy z plazmidem F i zdolnością do tworzenia pili, tak jak była nią oryginalna komórka dawcy. Teraz obie komórki są dawcami lub F+.
Cztery kroki wymienione powyżej można zobaczyć na tym rysunku:
Przeniesienie DNA
Aby uniknąć przeniesienia plazmidu F do komórki F+, plazmid F zwykle zawiera informacje, które pozwalają komórce dawcy wykryć (i uniknąć) komórek, które już go mają. Ponadto, plazmid F zawiera dwa główne loci (tra i trb), początek replikacji (OriV) i początek transferu (OriT). Locus tra zawiera informację genetyczną umożliwiającą przyłączenie komórki dawcy do komórki biorcy: geny w locus tra kodują białka tworzące pili (gen pilin) w celu rozpoczęcia kontaktu komórka-komórka oraz inne białka umożliwiające przyłączenie się do komórki F i rozpoczęcie transferu plazmidu F. locus trb zawiera DNA, które koduje inne białka, takie jak te, które bior± udział w tworzeniu kanału, przez który DNA jest przenoszone z komórki F+ do komórki F-. OriV jest miejscem, w którym zachodzi replikacja DNA, a OriT jest miejscem, w którym enzym relaksaza (lub kompleks białek relaksosomu) nacina nić DNA plazmidu F (patrz krok 3 powyżej).
Chociaż DNA, które jest przenoszone w koniugacji bakteryjnej jest tym obecnym w plazmidzie F, gdy komórka dawcy zintegrowała plazmid F ze swoim własnym chromosomalnym DNA, koniugacja bakteryjna może spowodować przeniesienie plazmidu F i chromosomalnego DNA. W takim przypadku, dłuższy kontakt pomiędzy komórkami dawcy i biorcy skutkuje większą ilością przeniesionego chromosomalnego DNA.
Zalety koniugacji bakteryjnej sprawiają, że ta metoda transferu genów jest szeroko stosowana w bioinżynierii. Niektóre z tych zalet obejmują zdolność do przenoszenia stosunkowo dużych sekwencji DNA i nie uszkadzania otoczki komórkowej gospodarza. Co więcej, koniugacja została osiągnięta w laboratoriach nie tylko pomiędzy bakteriami, ale także pomiędzy bakteriami i typami komórek, takimi jak komórki roślinne, komórki ssaków i drożdży.
Quiz
1. Jaką informację genetyczną (DNA) zawiera plazmid F?
A. Chromosomalne DNA.
B. Niechromosomalne DNA z genami regulatorowymi.
C. DNA, które koduje białka do produkcji pili.
D. B i C.
E. Wszystkie powyższe.
2. W jaki sposób DNA plazmidu F jest przenoszone z komórki dawcy (F+) do komórki biorcy (F-)?
A. Jedna nić DNA plazmidu F jest najpierw nicowana, następnie przenoszona i w końcu replikowana.
B. Obie nici DNA plazmidu F są najpierw nicowane, następnie przenoszone i w końcu replikowane.
C. Obie nici DNA plazmidu F są najpierw replikowane, następnie nicowane i w końcu przenoszone.