Конюгация
Бактериалната конюгация е прехвърляне на генетичен материал между бактериални клетки чрез пряк контакт между клетките или чрез подобна на мост връзка между две клетки.
Конюгацията е механизъм за хоризонтален трансфер на гени, както и трансформацията и трансдукцията, въпреки че тези два други механизма не включват контакт между клетките.
Бактериалната конюгация е открита от носителите на Нобелова награда Джошуа Ледерберг и Едуард Татум. Те показват, че бактерията Escherichia coli навлиза в сексуална фаза, по време на която може да споделя генетична информация.
Бактериалната конюгация често неправилно се разглежда като еквивалент на половото размножаване, тъй като включва обмен на генетичен материал. По време на конюгацията клетката донор предоставя конюгативен или мобилизируем генетичен елемент, който най-често е плазмид или транспозон. Повечето конюгативни плазмиди имат системи, гарантиращи, че клетката-реципиент вече не съдържа подобен елемент.
Прехвърлената генетична информация често е полезна за получателя. Ползите могат да включват антибиотична резистентност, толерантност към ксенобиотици или способност за използване на нови метаболити. Такива полезни плазмиди могат да се считат за бактериални ендосимбионти. Други елементи обаче могат да се разглеждат като бактериални паразити, а конюгацията - като механизъм, развит от тях, за да позволи разпространението им.
Механизъм
Основният конюгативен плазмид е F-плазмидът или F-факторът. F-плазмидът е епизом (плазмид, който може да се интегрира в бактериалната хромозома) с дължина около 100 000 базови двойки.
В дадена бактерия може да има само едно копие на F-плазмида, свободно или интегрирано, и бактериите, които притежават копие, се наричат F-позитивни или F-плюс (обозначени с F +). Клетките, които не притежават F-плазмиди, се наричат F-отрицателни или F-минус (обозначени с F -) и могат да функционират като реципиентни клетки.
Схематичен чертеж на бактериалната конюгация. Схема на конюгацията 1- Клетката донор произвежда пилос. 2- Пилусът се прикрепя към клетката-реципиент и съединява двете клетки. 3- Подвижният плазмид се нарязва и след това една верига ДНК се прехвърля в клетката-реципиент. 4- Двете клетки синтезират комплементарна верига, за да се получи двуверижен кръгов плазмид и също така да се възпроизведат пили; и двете клетки вече са жизнеспособни донори.
Трансфер между царствата
Азотфиксиращите ризобии са интересен случай на междувидова конюгация.
Например индуциращият тумори (Ti) плазмид на Agrobacterium и индуциращият коренови тумори (Ri) плазмид на A. rhizogenes съдържат гени, които могат да се прехвърлят в растителни клетки. Тези гени превръщат растителните клетки във фабрики, произвеждащи химикали, използвани от бактериите за получаване на азот и енергия. Заразените клетки образуват съответно короновидни гали или коренови тумори. По този начин плазмидите Ti и Ri са ендосимбионти на бактериите, които от своя страна са ендосимбионти (или паразити) на заразеното растение.
Генетично инженерство
Конюгирането е удобно средство за пренасяне на генетичен материал към различни цели. В лабораториите са докладвани успешни трансфери от бактерии към дрожди, растения, клетки на бозайници и изолирани митохондрии на бозайници.
Конюгацията има предимства пред другите форми на генетичен трансфер. В растителното инженерство конюгацията, подобна на Agrobacterium, допълва други стандартни носители, като например вируса на тютюневата мозайка (TMV). Въпреки че TMV е способен да заразява много растителни семейства, те са предимно тревисти двусемеделни растения. Подобната на Agrobacterium конюгация също се използва предимно за двусемеделни растения, но не са рядкост и едносемеделните реципиенти.
Въпроси и отговори
В: Какво представлява бактериалната конюгация?
О: Бактериалната конюгация е прехвърляне на генетичен материал между бактериални клетки чрез пряк контакт между клетките или чрез подобна на мост връзка между две клетки.
В: Кои са другите механизми на хоризонталния трансфер на гени?
О: Другите механизми за хоризонтален трансфер на гени са трансформацията и трансдукцията, въпреки че тези два други механизма не включват контакт между клетките.
В: Кой открива бактериалната конюгация?
О: Бактериалната конюгация е открита от носителите на Нобелова награда Джошуа Ледерберг и Едуард Татум.
В: Какво показват Ледерберг и Татум за Escherichia coli по време на конюгацията?
О: Ледерберг и Татум показват, че бактерията Escherichia coli навлиза в сексуална фаза, по време на която може да споделя генетична информация.
В: Какво осигурява клетката донор по време на конюгацията?
О: По време на конюгацията клетката донор предоставя конюгативен или мобилизируем генетичен елемент, който най-често е плазмид или транспозон.
В: Какви са ползите от генетичната информация, прехвърлена по време на конюгацията?
О: Генетичната информация, пренесена по време на конюгацията, често е от полза за реципиента. Ползите могат да включват антибиотична резистентност, толерантност към ксенобиотици или способност за използване на нови метаболити.
В: Как могат да се разглеждат някои елементи, пренесени по време на конюгацията?
О: Други елементи, пренасяни по време на конюгацията, могат да се разглеждат като бактериални паразити, а конюгацията - като механизъм, развит от тях, за да се позволи разпространението им.
