Bakterijska konjugacija
Bakterijska konjugacija je prenos genskega materiala med bakterijskimi celicami z neposrednim stikom med celicami ali z mostu podobno povezavo med dvema celicama.
Konjugacija je mehanizem horizontalnega prenosa genov, prav tako kot transformacija in transdukcija, čeprav ta dva mehanizma ne vključujeta stika med celicami.
Bakterijsko konjugacijo sta odkrila Nobelova nagrajenca Joshua Lederberg in Edward Tatum. Pokazala sta, da je bakterija Escherichia coli prešla v spolno fazo, v kateri si je lahko izmenjevala genetske informacije.
Bakterijska konjugacija se pogosto napačno obravnava kot enakovredna spolnemu razmnoževanju, saj vključuje izmenjavo genskega materiala. Med konjugacijo celica darovalka zagotovi konjugativni ali mobilizacijski genetski element, ki je najpogosteje plazmid ali transpozon. Večina konjugativnih plazmidov ima sisteme, ki zagotavljajo, da celica prejemnica že ne vsebuje podobnega elementa.
Prenesene genske informacije so pogosto koristne za prejemnika. Koristi lahko vključujejo odpornost na antibiotike, toleranco na ksenobiotike ali sposobnost uporabe novih metabolitov. Takšni koristni plazmidi se lahko štejejo za bakterijske endosimbionte. Druge elemente pa lahko obravnavamo kot bakterijske parazite in konjugacijo kot mehanizem, ki so ga razvili, da bi omogočili njihovo širjenje.
Mehanizem
Osnovni konjugativni plazmid je F-plazmid ali F-faktor. Plazmid F je epizom (plazmid, ki se lahko vključi v bakterijski kromosom) z dolžino približno 100 000 baznih parov.
V določeni bakteriji je lahko le ena kopija plazmida F, bodisi prosta bodisi integrirana, bakterije, ki imajo kopijo, pa se imenujejo F-pozitivne ali F-plus (označene kot F +). Celice, ki nimajo plazmida F, se imenujejo F-negativne ali F-minus (F -) in lahko delujejo kot celice prejemnice.
Shematski prikaz bakterijske konjugacije. Shema konjugacije 1- celica dajalka proizvede pilus. 2- Pilus se pritrdi na celico prejemnico in poveže obe celici. 3- Mobilni plazmid se odcepi in enojna veriga DNK se prenese v celico prejemnico. 4- Obe celici sintetizirata komplementarno verigo, da nastane dvoverižni krožni plazmid in se razmnožita tudi pilusa; obe celici sta zdaj vitalni donorki.
Prenos med kraljestvi
Rhizobije, ki vežejo dušik, so zanimiv primer medkmetijske konjugacije.
Na primer, plazmid Agrobacterium, ki povzroča tumorje (Ti), in plazmid A. rhizogenes, ki povzroča koreninske tumorje (Ri), vsebujeta gene, ki se lahko prenesejo v rastlinske celice. Ti geni spremenijo rastlinske celice v tovarne, ki proizvajajo kemikalije, ki jih bakterije uporabljajo za dušik in energijo. Okužene celice tvorijo kronske žleze oziroma koreninske tumorje. Plazmida Ti in Ri sta torej endosimbionta bakterij, te pa endosimbionta (ali parazita) okužene rastline.
Genski inženiring
Konjugacija je priročno sredstvo za prenos genskega materiala na različne tarče. V laboratorijih so poročali o uspešnih prenosih iz bakterij v kvasovke, rastline, celice sesalcev in izolirane mitohondrije sesalcev.
Konjugacija ima prednosti pred drugimi oblikami genskega prenosa. Pri rastlinskem inženirstvu konjugacija, podobna agrobakteriju, dopolnjuje druge standardne nosilce, kot je virus tobačnega mozaika (TMV). Čeprav lahko TMV okuži številne družine rastlin, so to predvsem zelnate dikotične rastline. Agrobakteriju podobna konjugacija se prav tako uporablja predvsem za dikotične rastline, vendar prejemniki iz enokotnih rastlin niso redki.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je bakterijska konjugacija?
O: Bakterijska konjugacija je prenos genskega materiala med bakterijskimi celicami z neposrednim stikom med celicami ali z mostu podobno povezavo med dvema celicama.
V: Kateri so drugi mehanizmi horizontalnega prenosa genov?
O: Druga mehanizma horizontalnega prenosa genov sta transformacija in transdukcija, čeprav ta dva mehanizma ne vključujeta stika med celicami.
V: Kdo je odkril bakterijsko konjugacijo?
O: Bakterijsko konjugacijo sta odkrila Nobelova nagrajenca Joshua Lederberg in Edward Tatum.
V: Kaj sta Lederberg in Tatum ugotovila o bakteriji Escherichia coli med konjugacijo?
O: Lederberg in Tatum sta pokazala, da je bakterija Escherichia coli prešla v spolno fazo, med katero si je lahko izmenjevala genetske informacije.
V: Kaj zagotovi celica dajalka med konjugacijo?
O: Med konjugacijo celica darovalka zagotovi konjugativni ali mobilizacijski genetski element, ki je najpogosteje plazmid ali transpozon.
V: Kakšne so prednosti genske informacije, prenesene med konjugacijo?
O: Genetske informacije, prenesene med konjugacijo, so pogosto koristne za prejemnika. Koristi lahko vključujejo odpornost na antibiotike, toleranco na ksenobiotike ali sposobnost uporabe novih metabolitov.
V: Kako se lahko obravnavajo nekateri elementi, ki se prenašajo med konjugacijo?
O: Na druge elemente, prenesene med konjugacijo, lahko gledamo kot na bakterijske parazite in konjugacijo kot na mehanizem, ki so ga razvili, da bi omogočili njihovo širjenje.
