BAKTERIÁLNÍ KONJUGACE: PROCES, STRUKTURA A FAKTORY - BIOLOGIE - 2025

Konjugace je přenos v jednom směru genetického materiálu od dárce bakterie jinému příjemci, fyzickým kontaktem mezi na dvě buňky. Tento typ procesu může nastat jak u bakterií, které reagují, tak u bakterií, které nereagují na Gramovo barvení, a také u streptomycet.

K konjugaci může dojít mezi bakteriemi stejného druhu nebo různých druhů. Může se dokonce vyskytnout mezi prokaryoty a členy jiných království (rostliny, houby, zvířata).

Bakteriální konjugace. Obrázek ukazuje, od shora dolů, dvě bakterie před, během a po konjugaci. Převzato a upraveno uživatelem Magnus Manske na en.wikipedia.

Aby došlo k procesu konjugace, musí jedna z bakterií, dárce, vlastnit genetický materiál, který lze mobilizovat, který je obecně reprezentován plasmidy nebo transpozony.

Druhá buňka, příjemce, musí postrádat tyto prvky. Většina plasmidů může detekovat potenciální recipientní buňky, které postrádají podobné plazmidy.

Konjugace a sexuální reprodukce

Bakterie nemají organizaci genetického materiálu podobnou organizaci eukaryot. Tyto organismy nepředstavují sexuální reprodukci, protože nepředstavují redukční dělení (meiózu), které by tvořilo gamety kdykoli v jejich životě.

K dosažení rekombinace jejich genetického materiálu (podstata sexuality) mají bakterie tři mechanismy: transformace, konjugace a transdukce.

Bakteriální konjugace tedy není procesem sexuální reprodukce. V posledně uvedeném případě lze považovat za bakteriální verzi tohoto typu reprodukce, protože zahrnuje určitou genetickou výměnu.

Struktury a faktory zapojené do procesu

Sexuální pili

Také se nazývají pili F, jsou vláknité struktury, mnohem kratší a tenčí než bičík, tvořené proteinovými podjednotkami propletenými kolem dutého středu. Jeho funkcí je udržovat dvě buňky v kontaktu během konjugace.

Je také možné, že konjugační prvek je přenesen do recipientní buňky prostřednictvím centrálního foramen sex pili.

Konjugativní prvky

Je to genetický materiál, který bude přenesen během procesu bakteriální konjugace. Může to být jiné povahy, mezi nimi jsou:

Extrachromozomální částice DNA

Tyto částice jsou epizomy, tj. Plazmidy, které mohou být integrovány do bakteriálního chromozomu prostřednictvím procesu zvaného homologní rekombinace. Vyznačují se délkou přibližně 100 kb a také vlastním původem replikace a přenosu.

Buňky, které mají faktor F, se nazývají samčí buňky nebo F + buňky, zatímco ženské buňky (F-) tento faktor postrádají. Po konjugaci se F-bakterie stanou F + a mohou jako takové fungovat.

Chromozomové prameny

Když dojde k homologní rekombinaci, faktor F se váže na bakteriální chromozom; v takových případech se nazývá faktor F 'a buňky, které mají rekombinantní DNA, se nazývají Hfr, pro vysokofrekvenční rekombinaci.

Během konjugace mezi Hfr bakterií a F-bakterií se první z nich přenese na řetězec její rekombinované DNA s faktorem F. V tomto případě se samotná recipientní buňka stává Hfr buňkou.

V bakterii může být pouze jeden faktor F, buď v extrachromozomální formě (F), nebo může být rekombinován do bakteriálního chromozomu (F ').

Plazmidy

Někteří autoři zvažují plazmidy a F faktory společně a jiní autoři k nim přistupují samostatně. Oba jsou extrachromozomální genetické částice, ale na rozdíl od faktoru F se plazmidy neintegrují do chromozomů. Jsou to genetické prvky, které se většinou přenášejí během procesu konjugace.

Plazmidy se skládají ze dvou částí: faktoru přenosu rezistence, který je zodpovědný za přenos plazmidu, a další části sestávající z více genů, které mají informace kódující odolnost vůči různým látkám.

Některé z těchto genů mohou migrovat z jednoho plazmidu do druhého ve stejné buňce nebo z plazmidu na bakteriální chromozom. Tyto struktury se nazývají transpozony.

Někteří autoři tvrdí, že plazmidy prospěšné pro bakterie jsou ve skutečnosti endosymbionty, zatímco jiní mohou být naopak bakteriálními endoparazity.

Proces

Dárcovské buňky produkují pohlavní pili. Částice F nebo plazmidy přítomné pouze v těchto bakteriích obsahují genetickou informaci, která kóduje produkci proteinů, které tvoří pili. Z tohoto důvodu budou tyto struktury prezentovány pouze F + buňky.

Sex pili umožňuje dárcovským buňkám, aby se nejprve připojily k buňkám příjemce a poté se držely pohromadě.

Aby se zahájil přenos, musí být obě vlákna řetězce DNA oddělena. Nejprve nastane řez v oblasti známé jako původ přenosu (oriT) jednoho z pramenů. Enzym relaxázy způsobí tento řez, takže později helikasový enzym začne proces oddělování obou řetězců.

Enzym může působit samostatně nebo také vytvořením komplexu s několika různými proteiny. Tento komplex je znám pod názvem relaxosom.

Okamžitým zahájením separace řetězců začne přenos jednoho z řetězců, který skončí až poté, co úplné vlákno přejde do recipientní buňky nebo když se obě bakterie oddělí.

Aby se dokončil proces přenosu, jak buňky, příjemce, tak dárce, syntetizují komplementární řetězec a řetěz je nucen znovu cirkulovat. Jako konečný produkt jsou nyní obě bakterie F + a mohou působit jako dárci F-bakterií.

Plazmidy jsou genetické prvky nejčastěji přenášené tímto způsobem. Konjugační kapacita závisí na přítomnosti konjugačních plasmidů v bakterii, které obsahují genetické informace potřebné pro takový proces.

Aplikace

Konjugace byla v genetickém inženýrství použita jako nástroj k přenosu genetického materiálu do různých destinací. Slouží k přenosu genetického materiálu z bakterií do různých receptorových eukaryotických a prokaryotických buněk, a dokonce i do izolovaných savčích mitochondrií.

Jedním z rodů bakterií, který byl nejúspěšněji použit pro dosažení tohoto typu přenosu, je Agrobacterium, které bylo použito samostatně nebo ve spojení s virem tabákové mozaiky.

Mezi druhy geneticky transformované Agrobacterium patří kvasinky, houby, jiné bakterie, řasy a živočišné buňky.

Transformace Agrobacterium tumefaciens na rostlinnou buňku. Převzato a upraveno z: J LEVIN W.

Reference

1. EW Nester, CE Roberts, NN Pearsall a BJ McCarthy (1978). Mikrobiologie. 2. vydání. Holt, Rinehart a Winston.
2. C. Lyre. Agrobacterium. Ve výtahu. Obnoveno ze stránky lifeder.com.
3. Bakteriální konjugace. Na Wikipedii. Obnoveno z en.wikipedia.org.
4. R. Carpa (2010). Genetická rekombinace v bakteriích: horizont začátků sexuality v živých organismech. Elba Bioflux.
5. Prokaryotická konjugace. Na Wikipedii. Obnoveno z es.wikipedia.org.
6. LS Frost a G. Koraimann (2010). Regulace bakteriální konjugace: vyvážení příležitostí s protivenstvím. Budoucí mikrobiologie.
7. E.Hogg (2005). Základní mikrobiologie. John Wiley & Sons Ltd.