Бактериальная конъюгация

Бактериальная конъюгация – передача генетического материала между бактериями через прямой межклеточное контакт. Это один из механизмов горизонтального переноса генов, как и трансформация и трансдукция, хотя эти механизмы не требуют контакта между клетками. Бактериальная конъюгация относительно редкая среди бактерий, хотя и обычнее среди панмиктичних популяций.
Бактериальная конъюгация часто неправильно расценивается как бактериальный эквивалент полового размножения или спаривания. Но этот процесс не является половым, так как от не привлекает слияние половых клеток и создание зиготы. Это просто передача генетической информации от клетки-донору в клетки-получателя. Для того, чтобы провести процесс конъюгации, одна из бактерий, донор должна иметь определенный мобильный генетический элемент, чаще всего коньюгаторну плазмиду. Большинство коньюгаторних плазмид имеют системы, которые гарантируют, что клетка-получатель уже не содержит подобного элемента.
Перенесенная геретична информация может быть выгодна получателю, например при предоставлении резистентности к определенному антибиотику, или переносе гена фермента, который позволяет лучшем переваривать питательные вещества среды. Однако эти элементы могут также рассматриваться как генетические паразиты на бактерии, а конъюгация – как механизм, разработан этим элементом, чтобы розповсюдживатися к новым хозяевам.
Механизм
Схема бактериальной конъюгации.
1 – клетка-донор образует ворсинку.
2 – Ворсинка прикрепляется к клетке-получателя, соединяя две клетки вместе.
3 – Мобильная плазмида разрывается, и одну цепочку ДНК перемещается в клетки-получателя.
4 – Обе клетки повторно зклеюють плазмиды и синтезируют вторую цепь ДНК, и воспроизводят ворсинки. Обе клетки сейчас являются жизнеспособными донорами. Типичным примером коньюгаторнои плазмиды есть F-плазмида, также известная как F-фактор. F-плазмида является еписомною плазмиды, т.е. может включить себя в бактериальной хромосомы с помощью генетической рекомбинации, имеет около 100 kbp в длину (один rbp – тысяча пар оснований). Она содержит властно точка начала репликации, oriT. В бактерии может быть только одна копия F-плазмиды в бактерии (которая в этом случае называется F-позитивной), свободная или интегрированная в геном.
Среди другой генетической информации, F-плазмида несет tra и trb локусы, которые вместе имеют 33 kbp длиной и состоят примерно из 40 генов. Tra Локис включает ген пилину (основного белка ворсинки) и регулярные гены, которые вместе формируют ворсинку на поверхности клетки, также как и белки, помогающие присоединиться к поверхности F-отрицательных бактерий и инициировать конъюгации. Хотя все еще ведутся дебаты относительно точного механизма конъюгации, кажется, что ворсинки не являются структурами, через которые фактический идет обмен ДНК; скорее некоторые протеины закодированы в локусах tra или trb открывают канал между бактериями.
Когда конъюгация инициирована, формируется комплекс белков, релаксосома, который разрезает одну из цепей ДНК плазмиды в точке начала репликации, oriT. В системе F-плазмиды, релаксосома состоит из белков TraI, TraY, TraM и интегрированного фактора хозяина IHF. Цепочка переносится, или T-цепочку, раскручивается и переносится в бактерии-получателя в направлении от 5'-к 3'-концу. Цепочка, оставшийся реплицируется, или независимо от конъюгации (вегетативная копия, начинаясь в oriV), либо совместно с конъюгацией (коньюгаторна копия, подобная реплакации лямбда-фага).
Если F-плазмида интегрируется в геном хозяина, донорская хромосомная ДНК может быть перенесена вместе с ДНК плазмиды. Количество перенесенной хромосомной ДНК зависит от того, как долго бактерии остаются в контакте, для обычных лабораторных штаммов E. coli передача полной бактериальной хромосомы занимает около 100 минут. Перенесенная ДНК может быть объединена с геномом бактерии-получателя через рекомбинацию.
Культура клеток, содержащих неинтегрированная F-плазмиды обычно содержит несколько, со уж случайно интегрировались, и именно они отвечают за те редкие случаи переноса хромосомных генов, встречающихся в таких культурах. Некоторые штаммы бактерий с интегрированной F-плазмиды могут быть изолированы и выращены в чистой культуре. Поскольку такие штаммы переносят хромосомные гены очень эффективно, они называются Hfr (h igh f requency of r ecombination, высокая частота рекомбинации). Первая карта генома E. coli была создана с помощью экспериментов конъюгации с помощью Hfr, когда конъюгация была прервана быстрее чем через 100 минут, и перенесенные гены исследовались.

Вы можете скачать книги - большой выбор книг.