3 Soorten seksuele reproductie die voorkomt in bacteriën (1869 woorden)

Soorten seksuele voortplanting die voorkomt in bacteriën zijn de volgende:

Cytologische observaties en genetische studies duiden op iets als seksuele reproductie, waarbij de fusie van twee verschillende cellen is betrokken en een overdracht van erfelijke factoren in bacteriën optreedt, hoewel niet vaak. Genetische recombinatie vindt plaats in die bacteriën die zorgvuldig zijn bestudeerd en die vermoedelijk ook bij andere soorten voorkomen.

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

Een van de meest intensief bestudeerde soorten bacteriën, Escherichia coli, heeft aangetoond seks te hebben - sommige werken als mannetjes en dragen genetische informatie over door direct contact met vrouwtjes. Dit vermogen om genen over te dragen wordt gereguleerd door een vruchtbaarheidsfactor F + die zelf kan worden overgedragen aan een vrouw, waardoor ze wordt omgezet in een man.

De gebruikelijke vegetatieve bacteriële cellen zijn haploïde en bij seksuele reproductie passeert een deel of het geheel van het chromosoom van de mannelijke cel naar de vrouwelijke cel, wat een cel oplevert, dat wil zeggen, gedeeltelijk of volledig diploïde. Overstappen vindt dan plaats tussen het vrouwelijke chromosoom en het mannelijke chromosoom of fragment, gevolgd door een proces van segregatie dat haploïde nageslachtcellen oplevert.

1. Bacteriële transformatie:

De genetische overdracht in bacteriën vindt ook plaats door transformatie, waarbij het DNA-molecuul van de donorcel, wanneer vrijgemaakt door zijn desintegratie, wordt opgenomen door een andere ontvangende cel en de nakomelingen ervan sommige karakters van de donorcel erven. Wanneer verschillende stammen van bacteriën worden gevonden in een gemengde toestand, hetzij in kweek of in de natuur, hebben enkele van de resulterende nakomelingen een combinatie van karakters van de ouderstammen. Dit fenomeen staat bekend als recombinatie.

Het fenomeen transformatie werd voor het eerst opgetekend door Griffith (1928). Avery, Macleod en McCarty (1944) toonden aan dat het transformerende principe DNA is in de volgorde van gebeurtenissen in bacteriële transformatie.

De onderzoekslijnen die leidden tot een goed begrip van de chemische aard van genetisch materiaal, kwamen voort uit een onderzoek naar het pestilente organisme Diplococcus pneumoniae. Deze bacterie veroorzaakt longontsteking bij mannen. In 1928 ontdekte Frederick Griffith dat er twee stammen van D. pneumoniae zijn, een die gladde kolonies vormt die worden beschermd door een capsule, en de andere die onregelmatige of ruwe kolonies zonder een capsule vormt wanneer ze op een geschikt medium in petrischalen worden gekweekt.

Wanneer ze in muizen (A) werden geïnjecteerd produceerden alleen gladde cellen (virulent) de ziekte, maar niet de niet-virulente ruwe cellen (B). Aan de andere kant wanneer de hitte gedode, gekapselde (virulente) gladde cellen werden gemengd met niet-virulente ruwe cellen (D) en vervolgens werden geïnjecteerd in de muizen werd de ziekte geproduceerd. Dit toont aan dat enkele factoren uit de dode gekapselde gladde cellen de levende niet-virulente ruwe cellen in levende, gladgekapseerde (virulente) cellen hebben omgezet (zie figuur 2.16).

In 1944 ondersteunden Avery, McCarty en Macleod het experiment van de Griffith met moleculaire uitleg. Ze ontdekten dat het geïsoleerde DNA van de hitte gladde cellen doodde. Toen ze aan ruwe cellen werden toegevoegd, veranderde hun oppervlaktekarakter van ruw tot glad, en werden ze ook virulent.

Door dit experiment werd aangetoond dat DNA het genetische materiaal was dat verantwoordelijk is voor het induceren van het gladde karakter van de cellen en hun eigenschap van virulentie bij muizen. Hun experiment toonde aan dat bacteriële transformatie overdracht van een deel van het DNA van de dode bacterie (dwz donor) naar de levende bacterie (dwz ontvanger) met zich meebrengt, die het karakter van de dode cel tot expressie brengt, en dus bekend staat als een recombinant.

Virale infectiemiddel is DNA:

Een bacteriofaag (T2-virus) infecteert de bacterie Escherichia coli. Na infectie vermenigvuldigt het virus zich en worden T2-fagen vrijgegeven met de lysis van de bacteriële cellen. Zoals we weten, bevat de T2-faag zowel DNA als eiwitten. Nu rijst de vraag, welke van de twee componenten de informatie heeft om te programmeren voor de vermenigvuldiging van meer virale deeltjes.

Om dit probleem op te lossen, bedachten Hershey en Chase (1952) een experiment met twee verschillende preparaten van T 2 -fagen. In één bereiding maakten ze eiwit gedeeltelijk radioactief en in de andere bereiding werd het DNA radioactief gemaakt. Daarna werd een cultuur van E. coli geïnfecteerd gemaakt door deze twee faagbereidingen. Onmiddellijk na infectie en vóór de lysis van bacteriën werden de E. coli-cellen voorzichtig in een menger geschud zodat de aanhangende faagdeeltjes werden losgemaakt en vervolgens werd de kweek gecentrifugeerd. Met het resultaat werden de zwaardere pellets van geïnfecteerde bacteriecellen neergezet in de bodem van de buis. De lichtere virale deeltjes en die deeltjes die de bacteriecellen niet binnendrongen werden gevonden in het supernatant. Er werd gevonden dat wanneer T2-faag met radioactief DNA werd gebruikt om E. coli in het experiment te infecteren, de zwaardere bacteriepellet ook radioactief was. Aan de andere kant, wanneer T2-faag met radioactief eiwit werd gebruikt, had de bacteriepellet zeer weinig radioactiviteit en het grootste deel van de radioactiviteit werd in supernatant gevonden. Deze

dat het het virale DNA is en niet het eiwit dat informatie bevat voor de productie van meer T2-faagdeeltjes, en daarom is DNA genetisch materiaal. Bij sommige virussen (bijv. TMV, influenzavirus en poliovirus) dient RNA echter als genetisch materiaal (zie fig. 2.17).

Hershey en Chase voerden twee experimenten uit. In één experiment werd E. coli gegeven in een medium dat de radio-isotoop S35 bevat en in het andere experiment werd E. coli gekweekt in een medium dat de radio-isotoop P32 bevatte. Bij deze experimenten werden E. coli-cellen geïnfecteerd met T2-fagen vrijgemaakt uit E. coli-cellen gekweekt in S35- medium met S35 in hun proteïne-capside, en die van P32-medium hadden P32 in hun DNA.

Wanneer deze fagen werden gebruikt om nieuwe E. coli-cellen in normaal medium te infecteren, vertoonden de bacteriecellen die infectie hadden door met S35 gemerkte fagen de radioactiviteit in hun celwand en niet in cytoplasma. Terwijl de bacteriën geïnfecteerd met met P32 gemerkte fagen de omgekeerde toestand hadden getoond.

Dus kan worden gezegd dat wanneer T2-faag de bacteriële cel infecteert, het eiwit-capside ervan buiten de bacteriële cel blijft maar zijn DNA het cytoplasma van de bacterie binnengaat. Wanneer de geïnfecteerde cellen van bacteriën worden gelyseerd, worden nieuwe complete virale deeltjes (T2-fagen) gevormd. Dit bewijst dat viraal DNA de informatie voor de synthese van meer kopieën van DNA- en eiwit-capsiden draagt. Dit toont aan dat DNA genetisch materiaal is, (zie fig. 2.19).

2. Bacteriële transductie:

De genetische overdracht in bacteriën wordt bereikt door een proces dat bekend staat als transductie. Lederberg en Zinder's (1952) experiment in U-tube Salmonella typhimurium gaven aan dat bacteriële virussen of fagen verantwoordelijk zijn voor de overdracht van genetisch materiaal van de ene naar de andere lysogene en

lytische fagen. Zo verkrijgt de gastheer een nieuw genotype. Transductie is in veel bacteriën aangetoond.

In dit proces wordt het DNA-molecuul dat de erfelijke kenmerken van de donorbacterie draagt ​​overgedragen aan de ontvangende cel door middel van het faagdeeltje. In dit proces kunnen zeer weinig nauw met elkaar verbonden karakters worden overgedragen door elk deeltje. Dus de bacteriofaag brengt genetische veranderingen teweeg in die bacteriën die de faagaanval overleven.

Wanneer een bacteriële cel wordt geïnfecteerd met een gematigd virus begint ofwel de lytische cyclus ofwel de lysogenie. Daarna splitst gastheer-DNA zich af in kleine fragmenten samen met de vermenigvuldiging van het virus. Sommige van deze DNA-fragmenten worden opgenomen met de virusdeeltjes die een transducerende worden. Wanneer bacteriën lyseren, komen deze deeltjes samen met normale virusdeeltjes vrij

wanneer dit mengsel van transducerende en normale virusdeeltjes de populatie van ontvangende cellen laat infecteren, worden de meeste bacteriën met normale virusdeeltjes geïnfecteerd en met het resultaat treedt lysogenie of lytische cyclus opnieuw op. Een paar bacteriën worden geïnfecteerd met transducerende deeltjes, transductie vindt plaats en het DNA van virusdeeltjes ondergaan genetische recombinaties met het bacteriële DNA. (Zie fig. 2.20 en 2.21).

3. Bacteriële conjugatie:

Wollman en Jacob (1956) hebben conjugatie beschreven waarin twee bacteriën een half uur zij aan zij liggen. Gedurende deze tijdsperiode wordt een gedeelte van het genetische materiaal langzaam overgebracht van de ene bacterie die is aangeduid als een mannelijk tot een als een vrouw aangewezen ontvanger. Hieruit bleek dat het mannelijke materiaal het vrouwtje binnenkwam in een lineaire reeks.

De genetische recombinatie tussen donor- en ontvangercellen vindt als volgt plaats: het Hfr DNA na het verlaten van een deel in fragment naar de ontvangende cel hervormt opnieuw op circulaire wijze. In F-stam vindt genetische recombinatie plaats tussen donorfragment en ontvanger-DNA. Genoverdracht is een sequentieel proces en een gegeven Hfr-stam doneert altijd genen in een specifieke volgorde. Een enkelstrengs donor-DNA (F-factor) is geïntegreerd in het chromosoom van de gastheer met behulp van het nuclease-enzym (zie fig. 2.21 en 2.22).

Bij bacteriële conjugatie vindt de overdracht van genetisch materiaal (DNA) plaats door cel-celcontact van donor- en ontvangercellen. Tijdens het proces van conjugatie wordt een groot deel van het genoom overgedragen, terwijl bij transformatie en transductie slechts een klein fragment DNA wordt overgedragen. Het proces van conjugatie werd ontdekt door Lederberg en Tatum (1944) in een enkele stam van Escherichia coli. Conjugatie is ook aangetoond bij Salmonella, Pseudomonas en Vibrio.

In conjugatie vindt overdracht van genetisch materiaal op een manier plaats van donor- naar ontvanger-stam. De donor- en ontvangerstammen worden altijd genetisch bepaald. Ontvangende stam wordt aangeduid als F, terwijl donorstammen van twee soorten zijn en worden aangeduid als F + en Hfr (hoge frequentie van recombinatie). Als de stam slechts een klein deel van zijn genoom doneert, wordt het F + genoemd en als het grote hoeveelheden genoom doneert, wordt het H fr genoemd. Deze F + en H fr-factoren worden episomen genoemd.

Stammen F + en Hfr worden gekenmerkt door de aanwezigheid van specifieke flagellumachtige structuren, de zogenaamde geslachtspilus. De geslachtspilus is afwezig in F + -stammen en is verantwoordelijk voor bacteriële paring. Sex pili van F + en H fr raken het tegenoverliggende paringstype van cellen specifiek om het genetische materiaal over te brengen.

Sekspilus heeft een gat met een diameter van 2, 5 μm dat groot genoeg is om een ​​DNA-molecuul in de lengte door te laten. Op het moment van koppelen wordt DNA van H fr stam (donor) onmiddellijk overgebracht naar F - stam (ontvanger). Het cirkelvormige DNA van H-cellen opent en repliceert, maar tijdens overdracht wordt één DNA-streng nieuw gesynthetiseerd, terwijl de andere streng is afgeleid van een reeds bestaande streng van Hr-stam. Na overdracht van DNA zijn beide cellen van elkaar gescheiden.

Het H fr DNA na het apart laten van zijn fragment naar de ontvangende cel hervormt opnieuw op een cirkelvormige manier. In F - stam vindt genetische recombinatie plaats tussen donorfragment en ontvanger-DNA. Gentransfer is een sequentieel proces waarbij een gegeven H-stam altijd genen in een specifieke volgorde doneert. Als F - en Hf - stammen mogen mengen in een suspensie, worden verschillende genen in een sequentie van tijd overgebracht van het genoom van Hf naar F - stam. Genen die vroeg binnenkomen, verschijnen altijd in een groter percentage van de recombinaties dan genen die laat binnenkomen (zie figuren 2.22, 2.23 en 2.24).

Conjugatie resulteert in een aantal recombinanten in een suspensie van F + - en H-c-cellen. Deze recombinanten zijn variabel in hun genotypische constitutie en dus ook in hun fenotypische expressie. Deze recombinanten zijn geheel nieuw en verschillend van hun ouders.