3 typer av sexual reproduktion som uppstår i bakterier (1869 ord)
Typer av sexuell reproduktion som uppstår i bakterier är följande:
Cytologiska observationer och genetiska studier indikerar något som sexuell reproduktion, vilket involverar fusion av två olika celler och överföring av ärftliga faktorer förekommer i bakterier men sällan. Genetisk rekombination förekommer i de bakterier som har studerats noga och förmodligen förekommer i andra arter.
Image Courtesy: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c7/Caduco.jpg/1280px-Caduco.jpg
En av de mest intensivt studerade bakterierna, Escherichia coli, har visat sig ha sex - vissa fungerar som män och överför genetisk information genom direktkontakt med kvinnor. Denna förmåga att överföra gener regleras av en fertilitetsfaktor F + som själv kan överföras till en kvinna och omvandlar henne till en manlig.
De vanliga vegetativa bakteriecellerna är haploida och i den sexuella reproduktionsdelen eller hela kromosomen passerar från hancellen till honcellen, vilket ger en cell, dvs delvis eller helt diploid. Korsning sker sedan mellan kvinnokromosomen och den manliga kromosomen eller fragmentet, följt av en segregationsprocess som ger haploida avkommerceller.
1. Bakteriell transformation:
Den genetiska överföringen i bakterier uppträder också genom transformation, i vilken donorcellens DNA-molekyl när den frigörs genom dess sönderdelning tas upp av en annan mottagande cell och dess avkomma ärvererar några tecken i givarcellen. När olika bakteriestammar finns i blandat tillstånd, antingen i kultur eller i naturen, har några av de resulterande avkommorna en kombination av tecken hos moderstammarna. Detta fenomen är känt som rekombination.
Förändringsfenomenet registrerades först av Griffith (1928). Avery, Macleod och McCarty (1944) visade att transformationsprincipen är DNA i händelseföljden vid bakteriell transformation.
Undersökningsraderna som ledde till en förståelse för den genetiska materialets kemiska natur uppstod av en studie av den pestilenta organismen Diplococcus pneumoniae. Denna bakterie orsakar lunginflammation hos män. 1928 fann Frederick Griffith att det finns två stammar av D. pneumoniae, en som bildar släta kolonier skyddade av en kapsel och den andra som bildade oregelbundna eller grova kolonier utan en kapsel när de odlades på ett lämpligt medium i petriskålar.
Vid injicering i möss (A) producerade endast kapslade glatta celler (virulenta) sjukdomen, men inte de icke-virulenta grovcellerna (B). Å andra sidan när de värmdödade kapslade (virulenta) jämna cellerna blandades med icke virulenta grovceller (D) och sedan injicerades i mössen producerades sjukdomen. Detta visar att vissa faktorer från de döda kapslade glatta cellerna omvandlade de levande icke-virulenta grovcellerna till levande smidkapselerade (virulenta) celler, (se fig 2.16).
1944 stödde Avery, McCarty och Macleod Griffiths experiment genom molekylär förklaring. De fann att DNA isolerat från värmen dödade släta celler, när de tillsattes till grova celler ändrade sin yta karaktär från grov till jämn, och gjorde dem också virulenta.
Genom detta experiment visades detta att DNA var det genetiska materialet som ansvarar för att framkalla cellens släta karaktär och deras egenskap av virulens hos möss. Deras experiment visade att bakteriell transformation innebär överföring av en del av DNA från den döda bakterien (dvs. donatorn) till den levande bakterien (dvs. mottagaren), som uttrycker dödcellens karaktär, och så kallas rekombinant.
Virusinfektionsmedel är DNA:
Ett bakteriofag (T2-virus) infekterar bakterien Escherichia coli. Efter infektion multipliceras viruset och T2-fager släpps med bakteriecellens lyser. Som vi vet innehåller T 2- fagen både DNA och proteiner. Nu uppstår frågan vilken av de två komponenterna som har informationen att programmera för multiplikationen av fler virala partiklar.
För att lösa detta problem utformade Hershey och Chase (1952) ett experiment med två olika preparat av T2-fag. I en beredning gjorde de proteindel radioaktiva och i den andra preparaten gjordes DNA-radioaktivt. Därefter gjordes en kultur av E. coli infekterad av dessa två fagpreparat. Omedelbart efter infektion och före lys av bakterier omrördes E. coli-cellerna försiktigt i en blandare så att de vidhäftande fagpartiklarna löstes och sedan centrifugerades kulturen. Med resultatet avlägsnades de tyngre pelletsna av infekterade bakterieceller i botten av röret. De lättare virala partiklarna och de partiklar som inte kom in i bakteriecellerna hittades i supernatanten. Det visade sig att när T2-fag med radioaktivt DNA användes för att infektera E. coli i experimentet var den tyngre bakteriepelleten också radioaktiv. Å andra sidan när T2-fag med radioaktivt protein användes hade bakteriepelleten mycket liten radioaktivitet och det mesta av radioaktiviteten hittades i supernatanten. Detta
att det är viralt DNA och inte protein som innehåller information för produktion av fler T2-fagpartiklar, sålunda är DNA genetiskt material. I vissa virus (t.ex. TMV, influensavirus och poliovirus) fungerar RNA dock som genetiskt material (se fig 2.17).
Hershey och Chase genomförde två experiment. I ett försök gavs E. coli i ett medium innehållande radioisotopen S35 och i det andra experimentet odlades E. coli i ett medium innehållande radio-istop P 32 . I dessa försök gjordes E. coli-celler infekterade med T2-fag frigjord från E. coli-celler odlade i S35-medium har S35 i sin proteinkapsid och de från P32-medium hade P32 i deras DNA.
När dessa fag användes för att infektera nya E. coli-celler i normalt medium visade bakteriecellerna som hade infektion med S 35- märkta fager radioaktiviteten i sin cellvägg och inte i cytoplasma. Medan bakterierna infekterade med P 32- märkta fager hade visat det omvända tillståndet.
Således kan man säga att när T2-fag infekterar bakteriecellen, kvarstår dess proteinkapsid utanför bakteriecellen men dess DNA går in i bakteriens cytoplasma. När bakteriernas infekterade celler blir lyserade bildas nya fullständiga virala partiklar (T2-fager). Detta visar att virus DNA bär informationen för syntes av fler kopior av DNA- och proteinkapider. Detta visar att DNA är genetiskt material, (se fig 2.19).
2. Bakteriell transduktion:
Den genetiska överföringen i bakterier uppnås genom en process som kallas transduktion. Lederberg och Zinders (1952) -experiment i U-tubsalmonella typhimurium indikerade att bakteriella virus eller fager är ansvariga för överföringen av genetiskt material från ett till det andra lysogena och
lytiska fager. Således förvärvar värden en ny genotyp. Transduktion har visats i många bakterier.
I denna process överförs DNA-molekylen som bär arvsbakteriens arveliga karaktärer till mottagarcellen genom fagpartikelns ämne. I denna process kan mycket få nära sammanhängande tecken överföras av varje partikel. Således orsakar bakteriofagen genetiska förändringar hos de bakterier som överlever fagangreppet.
När en bakteriell cell infekteras med ett tempererat virus börjar antingen lytisk cykel eller lysogeni. Därefter bryts värd DNA i små fragment tillsammans med multiplikationen av virus. Några av dessa DNA-fragment införlivas med viruspartiklarna som transducerar en. När bakterier lyser frigörs dessa partiklar tillsammans med normala viruspartiklar
när denna blandning av transducerande och normala viruspartiklar tillåts infektera populationen av mottagande celler, infekteras de flesta bakterierna med normala viruspartiklar och med resultatet uppstår lysogeni eller lytisk cykel igen. Några bakterier infekteras med transducerande partiklar, transduktion äger rum och DNA från viruspartiklar genomgår genetiska rekombinationer med bakterie-DNA. (Se figurerna 2.20 och 2.21).
3. Bakteriell konjugation:
Wollman och Jacob (1956) har beskrivit konjugation i vilka två bakterier ligger sida vid sida i så mycket som en halvtimme. Under denna tidsperiod passerar en del av genetiskt material långsamt från en bakterie som betecknas som en man till en mottagare betecknad som en kvinna. Det fastställdes att det manliga materialet kom in i kvinnan i en linjär serie.
Den genetiska rekombinationen mellan donatorn och mottagarcellerna sker enligt följande: Hfr-DNA: n efter att ha lämnat en del i fragment till mottagarecellen, reformerar på nytt cirkulärt. I F-stammen sker genetisk rekombination mellan donatorfragmentet och mottagar-DNA. Genöverföring är en sekventiell process och en given Hfr-stam donerar alltid gener i en specifik ordning. En enkelsträngad donator-DNA (F-faktor) integreras i värdkromosomen med hjälp av nukleasenzym (se figurerna 2.21 och 2.22).
Vid bakteriell konjugation sker överföringen av genetiskt material (DNA) genom cell till cellkontakt av donator- och mottagarceller. Under konjugeringsprocessen överförs stor del av genomet, under det att endast små fragment av DNA överförs vid transformation och transduktion. Konjugeringsprocessen upptäcktes av Lederberg och Tatum (1944) i en enda stam av Escherichia coli. Konjugering har också visats i Salmonella, Pseudomonas och Vibrio.
Vid konjugation sker en överföring av genetiskt material från donator till mottagarstam. Donator- och mottagarstammarna bestäms alltid genetiskt. Mottagarstammen betecknas som F, medan givarstammar är av två slag och betecknas som F + och Hfr (hög frekvens av rekombination). Om stammen donerar endast en liten del av dess genom kallas den F +, och om den donerar stor mängd genom kallas H fr. Dessa F + och H fr-faktorer kallas episomer.
Stammar F + och Hfr kännetecknas av närvaron av specifika flagellumliknande strukturer, den så kallade sexpilusen. Kön pilus är frånvarande i F + -stammar, och ansvarar för bakteriell parning. Sex pili av F + och H fr berör den motsatta parningstypen av celler specifikt för att överföra det genetiska materialet.
Sexpilus har ett hål med 2, 5 μm diameter vilket är tillräckligt stor för att en DNA-molekyl ska passera genom den i längdriktningen. Vid tiden för parning av DNA från H fr-stammen (donatorn) överförs F-stam (mottagare) omedelbart. Det cirkulära DNAet av Hf-celler öppnar och replikerar men under överföring syntetiseras en DNA-sträng nyligen medan den andra strängen härrör från en existerande sträng av H fr-stammen. Efter överföring av DNA separeras cellerna från varandra.
H fr DNA efter att ha lämnat sitt fragment till mottagarcellen reformerar på nytt cirkulärt. I F-stam äger genetisk rekombination plats mellan donatorfragmentet och mottagar-DNA. Genöverföring är en sekventiell process, en given H fr-stammen donerar alltid gener i en specifik ordning. Om F- och Hfr-stammar får blandas i en suspension överförs olika gener i en tidsföljd från genomet H fr till F-stammen. Gen som inträffar tidigt uppträder alltid i större andel av rekombinationerna än gen som inträffar sent, (se figurerna 2.22, 2.23 och 2.24).
Konjugering resulterar i ett antal rekombinanter i en suspension av F + och H fr-celler. Dessa rekombinanter är varierbara i sin genotypiska konstitution och även i deras fenotypiska uttryck. Dessa rekombinanter är helt nya och skiljer sig från sina föräldrar.
