3 typer seksuell reproduksjon som forekommer i bakterier (1869 ord)

Typer av seksuell reproduksjon som oppstår i bakterier er som følger:

Cytologiske observasjoner og genetiske studier indikerer noe som seksuell reproduksjon, som involverer fusjon av to forskjellige celler, og overføring av arvelige faktorer forekommer i bakterier, men sjelden. Genetisk rekombinasjon forekommer i de bakteriene som har blitt nøye studert og antas formentlig også i andre arter.

Image Courtesy: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c7/Caduco.jpg/1280px-Caduco.jpg

En av de mest intensivt studerte bakteriearter, Escherichia coli, har vist seg å ha sex. Noen fungerer som hanner og overfører genetisk informasjon ved direkte kontakt med kvinner. Denne evnen til å overføre gener reguleres av en fruktbarhetsfaktor F + som i seg selv kan overføres til en kvinne og derved omdanne henne til en mann.

De vanlige vegetative bakteriecellene er haploide og i seksuell reproduksjonsdel eller hele kromosomet går fra manncelle til kvinnekelle, hvilket gir en celle, det vil si delvis eller helt diploid. Kryssing skjer da mellom det kvinnelige kromosomet og det mannlige kromosomet eller fragmentet, etterfulgt av en segregeringsprosess som gir haploide avkomceller.

1. Bakteriell transformasjon:

Den genetiske overføringen i bakterier skjer også ved transformasjon, hvor DNA-molekylet i donorcellen, når frigjort ved dets oppløsning, blir tatt opp av en annen mottakercelle og dens avkom arver noen tegn i donorcellen. Når forskjellige bakteriestammer er funnet i en blandet tilstand, enten i kultur eller i natur, har noen av de resulterende avkomene en kombinasjon av karakterer i foreldreskjemaene. Dette fenomenet er kjent som rekombinasjon.

Forandringsfenomenet ble først registrert av Griffith (1928). Avery, Macleod og McCarty (1944) viste at transformasjonsprinsippet er DNA i rekkefølgen av hendelser i bakteriell transformasjon.

Forsøkslinjene som førte til forståelse av den kjemiske naturen av genetisk materiale, oppsto fra en undersøkelse av den pestilente organismen Diplococcus pneumoniae. Denne bakterien forårsaker lungebetennelse hos menn. I 1928 fant Frederick Griffith at det er to stammer av D. pneumoniae, en som danner glatte kolonier beskyttet av en kapsel og den andre som dannet uregelmessige eller harde kolonier uten kapsel når de vokser på et passende medium i petriskål.

Ved injeksjon i mus (A) produserte bare kappede glatte celler (virulent) sykdommen, men ikke de ikke-virulente grovceller (B). På den annen side da varmen drepte kapslede (virulente) glatte celler ble blandet med ikke-virulente grove celler (D) og deretter injisert i musene ble sykdommen produsert. Dette viser at noen faktorer fra de døde kapselformede glatte cellene omdanner de levende ikke-virulente rucellene til levende jevne kapsler (virulente) celler, se figur 2.16.

I 1944 støttet Avery, McCarty og Macleod Griffiths eksperiment ved molekylær forklaring. De fant ut at DNA isolert fra varmen drepte glatte celler, da de ble tilsatt til grove celler, forandret overflate karakteren fra grov til jevn, og gjorde dem også virulente.

Ved dette eksperiment ble dette vist at DNA var det genetiske materialet som var ansvarlig for å fremkalle cellens glatte karakter og deres egenskap av virulens hos mus. Deres eksperiment viste at bakteriell transformasjon innebærer overføring av en del av DNA fra den døde bakterien (dvs. donor) til den levende bakterien (dvs. mottakeren), som uttrykker karakteren av dødcelle, og er så kjent som en rekombinant.

Virusinfeksjonsmiddel er DNA:

En bakteriofag (T _2- virus) infiserer bakterien Escherichia coli. Etter infeksjon, viruset multipliserer og T2 fager frigjøres med lysis av bakterielle celler. Som vi vet, inneholder T ₂ fag både DNA og proteiner. Nå oppstår spørsmålet, hvilken av de to komponentene har informasjonen som skal programmeres for multiplikasjon av flere virale partikler.

For å løse dette problemet utarbeidet Hershey og Chase (1952) et eksperiment med to forskjellige preparater av T ₂ fag. I ett preparat gjorde de proteindel radioaktive og i det andre preparatet ble DNA laget radioaktivt. Deretter ble en kultur av E. coli gjort infisert av disse to fagpreparatene. Umiddelbart etter infeksjon og før lysis av bakterier ble E. coli-cellene omrørt forsiktig i en mikser, slik at de adherende fagpartikler ble løsnet og deretter sentrifugert kulturen. Med resultatet ble tyngre pellets av infiserte bakterieceller avgjort i bunnen av røret. De lettere virale partiklene og de partiklene som ikke kom inn i bakteriecellene ble funnet i supernatanten. Det ble funnet at når T ₂ fag med radioaktivt DNA ble brukt til å infisere E. coli i forsøket, var den tyngre bakteriepellet også radioaktiv. På den annen side, da T2-fag med radioaktivt protein ble brukt, hadde bakteriepellet meget liten radioaktivitet, og det meste av radioaktiviteten ble funnet i supernatant. Dette

at det er det virale DNA og ikke proteinet som inneholder informasjon for produksjon av flere T ₂ fagpartikler, DNA er derfor genetisk materiale. I enkelte virus (f.eks. TMV, influensavirus og poliovirus) fungerer RNA imidlertid som genetisk materiale, se figur 2.17.

Hershey og Chase gjennomførte to eksperimenter. I ett forsøk ble E. coli gitt i et medium inneholdende radioisotop S35 og i det andre eksperimentet ble E. coli dyrket i et medium inneholdende radio-istop P ³² . I disse forsøkene ble E. coli-celler smittet med T2-fag frigjort fra E. coli-celler dyrket i S35-medium, ^S35 i deres proteinkapsel, og de fra P32-medium hadde P32 i deres DNA.

Når disse fagene ble brukt til å infisere nye E. coli-celler i normalt medium, viste bakteriecellene som hadde infeksjon med S ^35- merkede fager radioaktiviteten i deres cellevegg og ikke i cytoplasma. Mens bakteriene infisert med P ^32- merkede fager hadde vist omvendt tilstand.

Således kan det sies at når T2-fag infiserer bakteriecellen, forblir dens proteinkapsel utenfor bakteriecellen, men dens DNA kommer inn i bakterienes cytoplasma. Når de infiserte cellene av bakterier blir lysert, dannes nye komplette virale partikler (T2 phages). Dette viser at virus DNA bærer informasjonen for syntese av flere kopier av DNA og protein kapsider. Dette viser at DNA er genetisk materiale, (se figur 2.19).

2. Bakteriell transduksjon:

Den genetiske overføringen i bakterier oppnås ved en prosess kjent som transduksjon. Lederberg og Zinders (1952) -eksperiment i U-tube Salmonella typhimurium indikerte at bakterielle virus eller fager er ansvarlig for overføring av genetisk materiale fra den ene til den andre lysogene og

lytiske fag. Dermed får verten en ny genotype. Transduksjon har blitt påvist i mange bakterier.

I denne prosessen blir DNA-molekylet som bærer de arvelige karakterene i donorbakterien, overført til mottakercellen gjennom fagpartikkelen. I denne prosessen kan svært få nært beslektede tegn overføres av hver partikkel. Dermed får bakteriofagen genetiske forandringer i de bakteriene som overlever fagangrepet.

Når en bakteriell celle blir smittet med et temperert virus, starter enten lytisk syklus eller lysogeni. Deretter bryter verten DNA ned i små fragmenter sammen med multiplikasjonen av virus. Noen av disse DNA-fragmentene er inkorporert med viruspartiklene som blir transducerende. Når bakterier lyser disse partiklene sammen med normale viruspartikler, slippes ut

Når denne blandingen av transducerende og normale viruspartikler får lov til å infisere populasjonen av mottakerceller, er de fleste bakteriene smittet med normale viruspartikler og med resultatet oppstår lysogeni eller lytisk syklus igjen. Noen bakterier er infisert med transducing partikler, transduksjon finner sted og DNA fra viruspartikler gjennomgår genetiske rekombinasjoner med bakteriell DNA. (Se fig. 2.20 og 2.21).

3. Bakteriell konjugering:

Wollman og Jacob (1956) har beskrevet konjugasjon, hvor to bakterier ligger side om side i så mye som en halv time. I løpet av denne tidsperioden går en del av genetisk materiale langsomt fra en bakterie som er betegnet som en mann til en mottaker utpekt som en kvinne. Dette ble fastslått at det mannlige materialet kom inn i kvinnen i en lineær serie.

Den genetiske rekombinasjonen mellom donor- og mottakerceller foregår som følger: Hfr-DNA etter å ha forlatt en del i fragment til mottakercelle, reformerer igjen på sirkulær måte. I F-stamme finner man genetisk rekombinasjon mellom donorfragmentet og mottaker-DNA. Genoverføring er en sekvensiell prosess, og en gitt Hfr-stamme donerer alltid gener i en bestemt rekkefølge. En enkeltstrenget donor-DNA (F-faktor) er integrert i vertskromosomet ved hjelp av nukleaseenzym, (se fig. 2.21 og 2.22).

Ved bakteriell konjugasjon foregår overføring av genetisk materiale (DNA) ved celle til cellekontakt av donor- og mottakerceller. Under konjugasjonsprosessen blir stor del av genomet overført, mens bare små fragment av DNA overføres under transformasjon og transduksjon. Konjugeringsprosessen ble oppdaget av Lederberg og Tatum (1944) i en enkelt stamme av Escherichia coli. Konjugering har også blitt demonstrert i Salmonella, Pseudomonas og Vibrio.

Ved konjugering foregår enveisoverføring av genetisk materiale fra donor til mottakerstamme. Donor- og mottakerstammen bestemmes alltid genetisk. Mottakerstammen er betegnet som F, mens donorstammer er av to slag og er betegnet som F ⁺ og H fr (høy frekvens av rekombinasjon). Hvis stammen donerer bare en liten del av dens genom, kalles den F ⁺, og hvis den gir store mengder genom kalles det H fr. Disse F ⁺ og H fr-faktorene kalles episomer.

Stammer F ⁺ og Hfr er preget av tilstedeværelsen av spesifikke flagellignende strukturer, den såkalte sexpilus. Sexpilus er fraværende i F ⁺ -stammer, og er ansvarlig for bakteriell parring. Sex pili av F ⁺ og H fr berører den motsatte parringstypen av celler spesielt for å overføre det genetiske materialet.

Sexpilus har et hul på 2, 5μm diameter, som er stort nok til at et DNA-molekyl passerer gjennom det i lengderetningen. På tidspunktet for sammenkobling av DNA av H fr stamme (donor) overføres umiddelbart til F ^- stamme (mottaker). Det sirkulære DNA fra H fr-celler åpner og replikerer, men under overføring syntetiseres en streng av DNA, mens den andre strengen er avledet fra en eksisterende streng av H fr-stamme. Etter overføring av DNA separeres cellene fra hverandre.

H fr DNA etter å ha separert fragmentet til mottakercelle, reformerer igjen på sirkulær måte. I F ^- stamme finner genetisk rekombinasjon sted mellom donorfragmentet og mottaker DNA. Gene overføring er en sekvensiell prosess en gitt H fr stammen donerer alltid gener i en bestemt rekkefølge. Hvis F- og Hfr-stammene får blandes i en suspensjon, overføres forskjellige gener i en tidssekvens fra genomet fra H fr til F ^- stamme. Gen som kommer tidlig, vises alltid i større prosent av rekombinasjonene enn genene som går sent, (se fig. 2.22, 2.23 og 2.24).

Konjugering resulterer i en rekke rekombinanter i en suspensjon av F ⁺ og H fr-celler. Disse rekombinanter er variable i sin genotypiske grunnlov og så også i deres fenotypiske uttrykk. Disse rekombinanter er helt nye og forskjellige fra foreldrene sine.