BAKTERIJŲ GENETIKA: ORGANIZAVIMAS, MECHANIZMAI, REGULIAVIMAS, PERDAVIMAS - BIOLOGIJA - 2024

Kad bakterinės genetika yra genetinės informacijos per bakterijų ląstelių bazių tyrimas. Tai apima genetinės informacijos organizavimą, kaip ji yra reguliuojama, kaip ji yra išreikšta ir kaip ji skiriasi.

Pirmieji bakterijų genetikos eksperimentai buvo atlikti XIX a., Istoriniame kontekste, kai dar nebuvo žinoma, ar bakterijos turi mechanizmus keistis genetine informacija, net nebuvo žinoma, ar jos turi chromosomą.

Bakterijų DNR (Šaltinis: Average_prokaryote_cell-_en.svg: Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHatsDifference_DNA_RNA-EN.svg: * Difference_DNA_RNA-DE.svg: Sponk (aptarimas) vertimas: Sponk (aptarimas) išvestinis darbas: Radio89 per Wikimedia Commons).

Vienintelis tikras tikrumas buvo tas, kad bakterijos galėjo nustatyti stabilias linijas, turinčias skirtingus fenotipus, bent jau įsisavinti įvairius mitybinius junginius, ir kad kartais atsirado naujų formų, matyt, dėl genetinių mutacijų.

Tuo metu egzistavus dideliam netikrumui dėl bakterijų, buvo būtina eksperimentiškai atsakyti į tam tikrus klausimus apie „bakterijų genetiką“, ypač norint suprasti, ar bakterijos atitiko pagrindinius paveldimumo principus.

Galiausiai, 1946 m., Joshua Lederbergas ir Edwardas Tatumas išsprendė šiuos pagrindinius klausimus naudodamiesi dviem Escherichia coli bakterijų padermėmis - A ir B padermėmis, kurių kiekviena turi skirtingus mitybos reikalavimus.

A ir B tipo ląstelės negalėjo augti minimalioje terpėje, nes abi turėjo mutacijas, kurios neleido jiems pasisavinti maistinių medžiagų iš šios terpės.

Tačiau kai A ir B keletą valandų buvo maišomi ir vėliau sėjami į minimalios terpės plokštelę, minimalios terpės plokštelėse pasirodė kelios kolonijos, t. Y. Jos augo.

Šios kolonijos atsirado iš atskirų ląstelių, kurios apsikeitė genetine medžiaga ir po apsikeitimo sugebėjo išreikšti genetinę informaciją fenotipe ir taip pasisavinti maistines medžiagas iš minimalios terpės.

Genetinės informacijos organizavimas

Visa genetinė informacija, reikalinga bakterijos gyvenimui, yra „bakterijos chromosomoje“, vienoje dvigubos grandinės dezoksiribonukleorūgšties (DNR) molekulėje.

Ši DNR molekulė yra išdėstyta žiedine struktūra, uždaryta kovalentiniais ryšiais ir kartu su kai kuriais baltymais sudaro bakterijos chromosomą.

Bakterijos, be bakterijų chromosomos, gali turėti mažesnių dydžių ekstrachromosomos DNR fragmentus, tačiau taip pat yra sudarytos uždaru apskritimo būdu. Šios DNR molekulės bendrai vadinamos „plazmidėmis“ arba „plazmidinėmis DNR“.

Bakterijos naudoja plazmidės DNR molekules, kad galėtų keistis labai savita genetine informacija.

Paprastai, kai vienoje iš bakterijų ląstelių atsiranda atsparumas antibiotikams, jis gali perduoti tą atsparumą kitoms bakterijų ląstelėms per plazmides.

Bakterijose esančios plazmidės DNR molekulės dydis gali svyruoti nuo 3 iki 10 kilogramų bazių, o daugelio rūšių bakterijose galima rasti šimtus vieno tipo plazmidžių kopijų.

Bakterijų DNR sudėtis ir struktūra yra tokia pati, kaip ir visuose gyvuose daiktuose bei virusuose. Jos struktūrą sudaro cukraus griaučiai, azotinės bazės ir fosfato grupės.

Visas Escherichia coli bakterinės chromosomos žemėlapis buvo gautas 1963 m. Jame buvo tiksliai aprašyta maždaug 100 genų padėtis, tačiau šiandien žinoma, kad E. coli chromosomoje yra daugiau nei 1000 genų ir jos dydis yra 4,2. milijono bazinių porų.

Genų ekspresijos mechanizmai

Genų ekspresijos mechanizmas bakterijose tam tikru atžvilgiu yra panašus į genų ekspresijos procesą, vykstantį kitose gyvose būtybėse, taip pat priklausomas nuo transkripcijos ir transliacijos procesų.

Informacija apie genus perrašoma į RNR molekulę, o po to į aminorūgščių, kurios sudaro baltymus, seką. Šis procesas yra tai, kas reiškia informacijos, esančios genotipe, ir fenotipo struktūros išraišką.

Transkripcija

Transkripcijos metu RNR polimerazės fermentas sukuria DNR segmentą papildantį produktą, kurį jis naudoja kaip šabloną, tačiau šis produktas yra ribonukleino rūgštis (RNR).

Ši molekulė neša informaciją apie baltymo, užkoduoto DNR segmente, sintezę, ji yra viena juosta ir vadinama pasiuntinio RNR. Bakterijų RNR polimerazė skiriasi bakterijose ir eukariotų organizmuose.

RNR polimerazė identifikuoja specifinę DNR vietą (promotorių), kur ji jungiasi, norėdama inicijuoti transkripciją. Vienoje pasiuntinio RNR molekulėje gali būti informacija apie daugiau nei vieną geną.

Skirtingai nuo eukariotinių organizmų, bakterijų genų seka neturi „intronų“, nes bakterijos neturi branduolio, atskiriančio chromosomą nuo kitų citoplazmos elementų.

Vertimas

Kadangi visi elementai yra „laisvi“ bakterijų ląstelių citoplazmoje, naujai susintetintos pasiuntinio RNR molekulės gali liestis su ribosomomis ir nedelsdamos pradėti baltymų sintezę.

Tai leidžia bakterijoms turėti pranašumą reaguojant ir prisitaikant prie ekstremalių aplinkos pokyčių.

Ribosomų RNR, pernešančios RNR ir įvairūs ribosomų baltymai dalyvauja vertime. Prokariotų ląstelių ribosomų struktūra ir sudėtis skiriasi, palyginti su eukariotų ląstelių ribosomomis.

Šie elementai „skaito“ nukleotidų trejūnų (kodonų) pavidalu instrukcijas, įtrauktas į pasiuntinio RNR molekulių genetinį kodą, ir tuo pačiu metu jie surenka kiekvieną iš aminorūgščių, kad sudarytų polipeptidą.

„Visuotinis“ genetinis kodas leidžia mokslininkams naudoti bakterijų vertimą kaip svarbią technologinių interesų turinčių peptidų ir baltymų sintezės priemonę.

Genų ekspresijos reguliavimas

Genų ekspresiją bakterijose kontroliuojantis mechanizmas yra ypač tikslus; tai leidžia jiems tiksliai sureguliuoti genų produkto sintezės kiekį ir laiką, kad jie įvyktų tik esant būtinybei.

Bakterijų genomo sritis, jungianti kelis genus, vadinama „operonu“. Šis regionas įjungia arba išjungia jo transkripciją priklausomai nuo sąlygų, kuriomis yra bakterija.

Visi genai, kurie yra to paties operono dalis, yra koordinuojamai perrašomi į pasiuntinio RNR, kuriame yra daug genų (vadinamą „policistristrine“ RNR). Šios RNR perkeliamos ant ribosomų paeiliui viena po kitos.

Operonai gali būti reguliuojami teigiamai arba neigiamai. Genai nustoja save ekspresuoti tik tada, kai slopinantys baltymai, vadinami represoriais, jungiasi prie tam tikros jų struktūros sekos.

Specifinė geno seka yra vadinama „promotoriumi“, kai repressorinis baltymas yra prijungtas prie promotoriaus, RNR polimerazė negali inicijuoti nagrinėjamos genetinės sekos transkripcijos.

Kita vertus, kai operonai yra sureguliuoti aukščiau, tos genetinės srities transkripcija neprasidės, kol nebus aktyvatoriaus baltymo, kuris jungiasi su specifine DNR seka.

Mokslininkai naudoja šį operonų „induktyvumą“ tam tikroms dominančioms bakterijoms regionų geno ekspresijai padidinti ar sumažinti. Įdėjus kai kuriuos substratus, gali padidėti metabolizmui reikalingų fermentų ekspresija.

Genų perdavimas

Bakterijos, skirtingai nei eukariotinės ląstelės, neperduoda savo genų per lytinį dauginimąsi, vietoj to jos gali tai padaryti trimis skirtingais procesais: transformacija, transdukcija ir konjugacija.

Horizontalus genų pernešimas bakterijose (Šaltinis: 2013MMG320B per „Wikimedia Commons“)

Transformacija

Transformacijos metu kai kurios populiacijos bakterinės ląstelės tampa „kompetentingos“. Būdami „kompetentingi“, jie gali priimti egzogeninę DNR iš kitų tarpląstelinėje aplinkoje esančių bakterijų.

Įdiegusios DNR į ląstelės vidų, bakterijos vykdo procesą, kurio metu jų chromosomoje esantys genai sujungiami su svetima DNR, kuri ką tik buvo įdėta į ją. Šis procesas yra žinomas kaip genetinė rekombinacija.

Transdukcija

Transdukcijos metu bakterijos įtraukia kitų bakterijų DNR į savo DNR molekulę per virusus, kurie užkrečia bakterijas (bakteriofagus). Tai gali būti pateikiama specializuotai arba apibendrintai.

Specializuota transdukcija įvyksta tada, kai fagas, kuris anksčiau užkrėtė kitą bakteriją, infekcijos ciklo metu įgyja savo genus.

Vėliau, užkrėsdamas naują bakteriją ir įtraukdamas jos genus į naujos užkrėstos bakterijos chromosomą, joje taip pat yra genų iš bakterijos, kuria ji anksčiau buvo užkrėsta.

Generalizuoto transdukcijos metu defektinės fago dalelės, kurių tuščios kapsulės, viruso replikacijos metu įtraukia dalį bakterijos chromosomos, tada, užkrėstos kita bakterija, jos gali įvesti genus, paimtus iš ankstesnės bakterijos.

Konjugacija

Konjuguodamos bakterijos keičiasi genetine medžiaga vienpusiu būdu, fizinio kontakto metu. Viena iš bakterijų veikia kaip donoras, o kita - kaip recipientas. Šiame procese donorinės bakterijos paprastai gauna plazmidės DNR molekulę bakterijoms recipientei.

Konjugacija bakterijose nėra būdinga visoms rūšims; konjugacijos gebėjimas suteikiamas per genus, kurie perduodami per plazmidės DNR molekulę.

Nuorodos

1. Braunas, W. (1953). Bakterijų genetika. Bakterijų genetika.
2. Brock, TD (1990). Bakterijų genetikos atsiradimas (Nr. 579: 575 BRO). „Cold Spring Harbor“, NY: „Cold Spring Harbor“ laboratorinė spauda.
3. Fry, JC, & Day, MJ (Red.). (1990). Bakterijų genetika natūralioje aplinkoje (p. 55–80). Londonas: Chapmanas ir salė.
4. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT ir Miller, JH (2005). Įvadas į genetinę analizę. Macmillanas.
5. Lurija, SE (1947). Naujausi bakterijų genetikos pasiekimai. Bakteriologinės apžvalgos, 11 (1), 1.