Tre mekanismer for genetisk rekombination i prokaryoter

Prokaryoter som bakterier har ikke meget sexliv. De fleste prokaryote arter deltager ikke i seksuel reproduktion og har kun én kopi af hvert gen på deres ensomme ensomme kromosom. Seksuelt reproducerende organismer har to sæt kromosomer, et sæt fra hver forælder og har derfor to versioner af hvert gen. Dette arrangement øger den genetiske mangfoldighed. Men bakterier har fundet måder at øge deres genetiske mangfoldighed gennem tre rekombinationsteknikker: transduktion, transformation og konjugation.

Hvad er genetisk rekombination?

Organer udvikler sig på grund af ændringer i deres genomer, DNA'et sekvenser, der koder for proteiner og RNA'er. Mutationer til DNA kan forekomme til enhver tid og kan ændre strukturen af ​​de producerede proteiner. Prokaryoter har yderligere måder at udvikle deres genomer ud over at basere sig på relativt sjældne mutationer. Gennem genetisk rekombination kan enkelte prokaryote celler dele DNA med andre individuelle celler, der ikke nødvendigvis tilhører samme art. Dette kan hjælpe med at sprede et gavnligt gen, der producerer hjertere organismer. For eksempel kan udseendet af et gen, som giver antibiotikaresistens, skabe en virulent stamme af bakterier. Cellerne kan sprede det gavnlige gen gennem genetisk rekombination og bidrage til at sikre artens overlevelse.

Transduktion

Transduktion er overførslen af ​​DNA fra en bakterie til en anden gennem virusser. Når en virus inficerer en bakterie, injicerer den dets genetiske materiale ind i sit offer og hakker bakteriens maskiner til syntetisering af DNA, RNA og proteiner. Sommetider forbindes det virale genetiske materiale med værtsens DNA. Senere exciserer viral DNA sig fra bakteriens kromosom, men processen er upræcis, og bakteriegener kan være inkluderet i det nyligt frigjorte virale DNA. Virusen får værten til at replikere mange kopier af virusgenomet sammen med værtsgener sammen for turen. Virusen får derefter cellen til at bryde, frigive nye viruspartikler, der gentager cyklussen. På den måde kombinerer gener fra en vært med en anden vært, måske fra en anden art.

Transformation

Visse bakteriearter kan indtage DNA-segmenter, kendt som plasmider, fra deres omgivelser og inkorporere plasmiderne i deres egne kromosomer. Bakterien skal først indtaste en særlig tilstand, kaldet kompetence, der tillader omdannelse at forekomme. For at opnå kompetence skal bakterien aktivere et antal gener, der udtrykker de krævede proteiner. Bakterier transformerer sædvanligvis DNA af samme art. Forskere bruger transformation til at introducere fremmed DNA i prokaryote celler ved at inkorporere DNA'et i vækstmediet. På denne måde kan forskere måle effekten af ​​forskellige DNA-segmenter og endda skabe designmikroorganismer med ønskede egenskaber.

Konjugation

Konjugering er bakterieækvivalenten af ​​køn. Det involverer fysisk kontakt mellem to celler, muligvis via en brobyggende struktur kaldet pilus. Donorceller skal indeholde et lille DNA-segment kaldet F-plasmidet, som modtageren mangler. Donorcellen tilvejebringer en enkelt streng af DNA fra F-plasmidet og overfører det til modtageren. Enzym-DNA-polymerasen syntetiserer derefter en komplementær streng for at fremstille den normalt tostrengede DNA-struktur. I nogle tilfælde bidrager donoren også kromosomalt DNA ud over det for F-plasmidet. Modtageren kombinerer donor DNA med sit eget genom.