Transformation, Transduction & Conjugation: Genoverførsel i Prokaryotes

Prokaryotes er en af to typer celler på Jorden. Den anden er eukaryoter. Prokaryoter er den mindste af de to, der mangler membranbundne organeller og en defineret kerne. Prokaryoter, som er bakterier og archaea, er for det meste encellede organismer.

Eukaryoter gengiver seksuelt. I modsætning til eukaryoter, prokaryoter, de gengiver aseksuelt, og kopierer sig selv i en proces kaldet binær fission. En ulempe ved aseksuel reproduktion er manglen på genetisk varians fra en generation til den næste.

Seksuel reproduktion øger den genetiske varians, hvilket giver beskyttelsen af arten mod miljøændringer såsom svingninger i ressourcer eller rovdyrpopulationer samt som andre faktorer, såsom en tilfældig mutation, der har potentialet til at udslette det meste af en befolkning. Hvis der er mangfoldighed i genpuljen, er arten mere robust og kan modstå mange uforudsete vanskeligheder.

Prokaryoter har ikke fordelen ved seksuel reproduktion, men de har stadig evnen til at øge den genetiske mangfoldighed gennem flere typer genoverførsel. En af de vigtigste måder, hvorpå prokaryoter (især bakterier) deltager i genoverførsel, kaldes transduktion og er afhængig af hjælp af vira.

TL; DR (for lang; ikke læst)

Prokaryoter er for det meste encellede organismer. De gengiver aseksuelt gennem en proces kaldet binær fission. Der er tre slags genoverførsel i prokaryoter, der øger deres genetiske mangfoldighed. De er transformation, konjugering og transduktion.

Transduktion er vigtig på grund af dens konsekvenser for videnskabelig forskning og bakteriel antibiotikaresistens. Transduktion sker, når en virus bruger en bakteriecelle til at replikere sig selv ved at kapre den.

Nogle gange pakker virussen tilfældigt noget af bakteriens DNA i en fag (viral cellekomponent) i stedet for sit eget DNA. Hvis det sker, vil fagen gå til en anden bakterie for at inficere den, men fagen vil kun injicere den første bakteries DNA i modtagerbakterien, hvor DNA'et vil blive inkorporeret.
Hvad er transduktion i prokaryoter?

Genoverføring blandt archaea og især bakterier omtales undertiden som "horisontal" eller "lateral" genoverførsel. Dette skyldes, at genetisk materiale ikke overføres fra forældre bakterieceller til afkomceller, men mellem bakterieceller af samme generation. Den genetiske information bevæger sig vandret på slægtstræet i stedet for lodret.

Transduktion blev opdaget i 1950'erne af mikrobiologer Norman Zinder og Joshua Lederberg, da de studerede salmonella. Det er en af de vigtigste typer genoverførsler, der giver bakterie-DNA mulighed for at bevæge sig mellem celler.

Virus, der inficerer bakterier, kaldet bakteriofager, muliggør transduktion. Da de bevæger sig fra en bakteriecelle til en anden som infektiøse stoffer, griber de undertiden utilsigtet op stykker bakterie-DNA fra en værtscelle og deponerer den i den næste celle, de binder til.
••• Sciencing ••• Sciencing the Process af bakteriel transduktion -

Vira kan ikke reproducere alene. I stedet skal de bruge den mere avancerede reproduktionscellebiologi af bakterierne til at lave kopier af sig selv. For at gøre det kaprer bakteriofager værtsceller.

Når en bakteriofag støder på en bakteriecelle, binder den sig til cellen og indsprøjter fag-DNA gennem plasmamembranen ind i cellen. Der kræver det kommando over cellens reproduktive opførsel. I stedet for at replikere sit eget genetiske materiale, begynder bakterien at replikere nye fagpartikler
- komponenter af virusceller.

Bakteriens gener nedbrydes af fagene under denne proces. Hvad der er tilbage af bakterien er en replikationsmaskine til virussen.

Virussen bruger bakteriecellen til at syntetisere det proteinstillads, det har brug for til dets komponenter. Nogle gange pakker det ved et tilfælde uheld af bakterie-DNA i nogle af fagene sammen med det replikerede virale DNA.

Når alt er klar, lyserer virussen bakteriecellen. Bakteriecellen brister åbent og frigiver fagerne til at binde til og inficere andre bakterieceller. Når de er bundet, vil nogle af fagene injicere det bakterielle genetiske materiale, de bærer i stedet for viralt DNA, i den nye bakterie.

Fordi nogle af fagene kun bærer bakterier-DNA, kan de ikke inficere eller lysere den nye modtagercelle. Hvis donorbakterie-DNA passer ind i det nye bakteriekromosom, udtrykker cellen generne, som om de altid havde været der.
Hvorfor er transduktion vigtig?

Transduktion kan hurtigt ændre den genetiske sammensætning af bakteriepopulationer "even though they reproduce asexually.", 3, [[Denne type genoverførsel har potentialet for dybe effekter på bakterier og de levesteder, de påvirker.

For eksempel er det kendt, at mange bakteriestammer inficerer og forårsager sygdom hos mennesker og andre organismer. Antibiotika er en behandling, der normalt er effektiv til at modvirke potentielt farlige eller endda dødelige bakterieinfektioner. Nogle bakteriestammer er særlig vanskelige at udrydde og kræver meget specifikke antibiotika.

Det er derfor meget bekymrende, når bakterier udvikler resistens over for antibiotika - uden brug af antibiotika kan dette kulminere med infektioner, der spreder sig i kroppen ikke markeret.

Transduktion spiller en rolle i antibiotikaresistens. Nogle bakterieceller har en naturlig resistens mod antibiotika på deres cellemembraner, hvilket gør det svært for antibiotikumet at binde der. Dette kan skyldes en tilfældig mutation og ville ikke påvirke antibiotikas samlede effektivitet.

Hvis en bakteriofag imidlertid inficerer en antibiotikaresistent bakteriecelle og derefter overfører det muterede gen til andre bakterieceller ved transduktion, flere celler vil være antibiotikaresistente, og når de reproduceres ved binær fission, kan antallet af antibiotikaresistente bakterieceller øges eksponentielt.
Brug af transduktion i medicin

Transduktion har imidlertid positive implikationer for mennesker og andre højere livsformer. Videnskabelig forskning har fokuseret på teknikker og resultater af kontrolleret transduktion med mange potentielle anvendelser.

Nogle forskere er interesserede i at skabe nye medicin eller bedre medicinafgivelse. Andre er interesseret i at skabe genetisk modificerede celler til yderligere videnskabelig forståelse af genetik eller til nye områder af medicinske behandlinger. De udfører endda eksperimenter for at observere transduktion i ikke-bakterielle celler.
Andre former for DNA-overførsel

Transduktion er ikke den eneste type genoverførsel i prokaryoter. Der er to mere fremtrædende slags: