КОНЮГИРАНЕ НА БАКТЕРИИ: ПРОЦЕС, СТРУКТУРА И ФАКТОРИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В конюгация е да се прехвърлят в една посока на генетичен материал от бактерия донор до друг получател, от физически контакт между на две клетки. Този тип процес може да възникне както при бактериите, които реагират, така и при тези, които не реагират на оцветяване по Грам, както и в стрептомицетите.

Конюгирането може да възникне между бактерии от един и същи вид или от различни видове. Той дори може да възникне между прокариоти и членове на други царства (растения, гъби, животни).

Конюгиране на бактерии. На изображението са показани, от горе до долу, две бактерии преди, по време и след конюгация. Взето и редактирано от Потребителя Magnus Manske в en.wikipedia.

За да се осъществи процесът на конюгиране, една от участващите бактерии, донорът, трябва да притежава генетичния материал, който може да бъде мобилизиран, който обикновено е представен от плазмиди или транспозони.

В другата клетка - получателят, трябва да липсват тези елементи. Повечето плазмиди могат да открият потенциални клетки реципиенти, които нямат подобни плазмиди.

Конюгация и сексуално възпроизвеждане

Бактериите нямат организация на генетичен материал, подобна на тази на еукариотите. Тези организми не представят сексуално възпроизвеждане, тъй като не представят редукционно разделение (мейоза), за да образуват гамети по всяко време от живота си.

За да постигнат рекомбинацията на своя генетичен материал (същност на сексуалността), бактериите имат три механизма: трансформация, конюгация и трансдукция.

Конюгирането с бактерии не е процес на сексуално възпроизводство. В последния случай той може да се счита за бактериална версия на този тип репродукция, тъй като включва известен генетичен обмен.

Структури и фактори, участващи в процеса

Сексуални пили

Наричани още pili F, те представляват нишковидни структури, много по-къси и по-тънки от жълтеника, съставени от протеинови субединици, преплетени около кухи център. Неговата функция е да поддържа две клетки в контакт по време на конюгация.

Възможно е също така конюгативният елемент да бъде пренесен в реципиентната клетка чрез централните отвори на половите пили.

Свързващи елементи

Генетичният материал ще бъде прехвърлен по време на процеса на бактериална конюгация. Тя може да бъде от различно естество, сред тях са:

Екстрахромозомни ДНК частици

Тези частици са епизоми, тоест плазмиди, които могат да бъдат интегрирани в бактериалната хромозома чрез процес, наречен хомоложна рекомбинация. Те се характеризират с дължина приблизително 100 kb, както и със собствен произход на репликация и прехвърляне.

Клетките, притежаващи фактор F, се наричат ​​мъжки клетки или F + клетки, докато женските клетки (F-) липсват този фактор. След конюгиране F-бактериите стават F + и могат да действат като такива.

Хромозомни нишки

Когато се случи хомоложна рекомбинация, фактор F се свързва с бактериалната хромозома; в такива случаи се нарича фактор F 'и клетките, които имат рекомбинантна ДНК, се наричат ​​Hfr, за високочестотна рекомбинация.

По време на конюгиране между Hfr бактерия и F-бактерия, първата прехвърля към втората верига от своята рекомбинирана ДНК с фактор F. В този случай самата реципиентна клетка се превръща в Hfr клетка.

В бактерията може да има само един фактор F, или в екстрахромозомна форма (F), или рекомбиниран с бактериалната хромозома (F ').

плазмиди

Някои автори разглеждат плазмидите и F факторите заедно, а други автори ги третират отделно. И двете са екстрахромозомни генетични частици, но за разлика от фактор F, плазмидите не се интегрират в хромозомите. Те са генетичните елементи, които се предават най-вече по време на процеса на конюгиране.

Плазмидите са съставени от две части; фактор на пренасяне на устойчивост, който е отговорен за прехвърлянето на плазмида, и друга част, съставена от множество гени, които имат информация, която кодира резистентност към различни вещества.

Някои от тези гени могат да мигрират от един плазмид към друг в същата клетка или от плазмид към бактериалната хромозома. Тези структури се наричат ​​транспозони.

Някои автори твърдят, че плазмидите, полезни за бактериите, всъщност са ендосимбионти, докато други, напротив, могат да бъдат бактериални ендопаразити.

процес

Клетките донори произвеждат половите пили. F частиците или плазмидите, присъстващи само в тези бактерии, съдържат генетичната информация, която кодира производството на протеините, които образуват пили. Поради това само F + клетки ще представят тези структури.

Сексуалните пили позволяват на клетките на донора да се прикрепят първо към реципиентните клетки и след това да се слепят.

За да се инициира прехвърлянето, двете нишки на ДНК веригата трябва да бъдат разделени. Първо, в областта, известна като произход на прехвърляне (oriT) на една от нишките, се появява разрез. Релаксазният ензим прави този разрез, така че по-късно ензимът хеликаза започва процеса на разделяне на двете вериги.

Ензимът може да действа самостоятелно или също така като образува комплекс с няколко различни протеина. Този комплекс е известен с името на релаксозома.

Веднага започвайки разделянето на веригите, ще започне прехвърлянето на една от нишките, което ще приключи едва когато пълната верига премине към реципиентната клетка или когато двете бактерии се разделят.

За да завършат процеса на прехвърляне, двете клетки, получател и донор, синтезират комплементарната верига и веригата е направена да циркулира отново. Като краен продукт и двете бактерии вече са F + и могат да действат като донори с F-бактерии.

Плазмидите са генетичните елементи, които най-често се предават по този начин. Капацитетът на конюгиране зависи от наличието в бактерията на конюгативни плазмиди, които съдържат генетичната информация, необходима за такъв процес.

Приложения

Конюгацията е използвана в генното инженерство като инструмент за прехвърляне на генетичен материал до различни дестинации. Той служи за прехвърляне на генетичен материал от бактерии към различни рецепторни еукариотни и прокариотни клетки и дори до изолирани митохондрии от бозайници.

Един от родовете бактерии, които са били използвани най-успешно за постигане на този вид трансфер, е Agrobacterium, който се използва самостоятелно или във връзка с вируса на тютюневата мозайка.

Сред видовете, генетично трансформирани от Agrobacterium, са дрожди, гъбички, други бактерии, водорасли и животински клетки.

Трансформация от Agrobacterium tumefaciens в растителна клетка. Взето и редактирано от: J LEVIN W.

Препратки

1. EW Nester, CE Roberts, NN Pearsall & BJ McCarthy (1978). Микробиология. 2-ро издание. Холт, Ринехарт и Уинстън.
2. В. Лира. Agrobacterium. In lifeder. Възстановени от lifeder.com.
3. Конюгиране на бактерии. В Уикипедия. Възстановено от en.wikipedia.org.
4. Р. Карпа (2010). Генетична рекомбинация в бактерии: хоризонт на началото на сексуалността в живите организми. Elba Bioflux.
5. Прокариотна конюгация. В Уикипедия. Възстановено от es.wikipedia.org.
6. LS Frost & G. Koraimann (2010). Регулиране на бактериалната конюгация: възможност за балансиране с неблагополучие. Бъдеща микробиология.
7. E.Hogg (2005). Основна микробиология. John Wiley & Sons Ltd.