КОН'ЮГАЦІЯ БАКТЕРІЙ: ПРОЦЕС, СТРУКТУРА ТА ФАКТОРИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Бактеріальної кон'югації є передача в одному напрямку генетичного матеріалу від бактерії - донора до іншого одержувачу, шляхом фізичного контакту між з двома осередками. Цей тип процесу може відбуватися як у бактерій, що реагують, так і у тих, що не реагують на плями по Граму, а також у стрептоміцетів.

Кон'югація може відбуватися між бактеріями одного виду або різних видів. Це може навіть виникати між прокаріотами та членами інших царств (рослин, грибів, тварин).

Кон'югація бактерій. На зображенні зверху вниз зображені дві бактерії до, під час і після кон'югації. Знято та відредаговано у користувача Magnus Manske на en.wikipedia.

Для того, щоб відбувся процес кон'югації, одна з бактерій, донор, повинна володіти генетичним матеріалом, який можна мобілізувати, який, як правило, представлений плазмідами або транспозонами.

Іншій клітині, одержувачу, не повинно бути цих елементів. Більшість плазмід можуть виявляти потенційні клітини-реципієнти, у яких відсутні подібні плазміди.

Кон'югація і статеве розмноження

Бактерії не мають організації генетичного матеріалу, подібної до еукаріотів. Ці організми не мають статевого розмноження, оскільки вони не мають редукційного поділу (мейозу), щоб утворювати гамети в будь-який момент свого життя.

Для досягнення рекомбінації свого генетичного матеріалу (сутності сексуальності) бактерії мають три механізми: трансформацію, кон'югацію та трансдукцію.

Кон'югація бактерій не є процесом статевого розмноження. В останньому випадку його можна вважати бактеріальним варіантом такого типу розмноження, оскільки він передбачає певний генетичний обмін.

Структури та фактори, що беруть участь у процесі

Статеві пили

Також їх називають pili F, це нитчасті структури, набагато коротші та тонші, ніж джгутик, складений з білкових субодиниць, переплетених навколо порожнистого центру. Його функція - підтримувати дві клітини в контакті під час кон'югації.

Можливо також, що кон'югативний елемент переноситься в клітину реципієнта через центральний отвір статевої групи.

Сполучні елементи

Саме генетичний матеріал буде переданий у процесі кон'югації бактерій. Він може бути різного характеру, серед них:

Екстрахромосомні частинки ДНК

Ці частинки є епізомами, тобто плазмідами, які можуть бути інтегровані в бактеріальну хромосому шляхом процесу, званого гомологічною рекомбінацією. Вони характеризуються тим, що мають довжину приблизно 100 кб, а також мають власне походження реплікації та передачі.

Клітини, які мають фактор F, називаються чоловічими клітинами або F + клітинами, тоді як жіночі клітини (F-) не мають цього фактора. Після кон'югації F-бактерії стають F + і можуть діяти як такі.

Хромосомні пасма

Коли відбувається гомологічна рекомбінація, фактор F зв'язується з бактеріальною хромосомою; у таких випадках його називають фактором F ', а клітини, що мають рекомбінантну ДНК, називають Hfr, для рекомбінації високої частоти.

Під час кон'югації між бактерією Hfr та F-бактерією перша передає до другої ланцюжок її рекомбінованої ДНК з фактором F. У цьому випадку клітина-реципієнт сама стає клітиною Hfr.

У бактерії може бути лише один фактор F, або в екстрахромосомній формі (F), або рекомбінований з бактеріальною хромосомою (F ').

Плазміди

Одні автори розглядають плазміди та F-фактори разом, а інші автори розглядають їх окремо. Обидві є екстрахромосомними генетичними частинками, але на відміну від фактора F плазміди не інтегруються в хромосоми. Вони є генетичними елементами, які в основному передаються в процесі кон'югації.

Плазміди складаються з двох частин: коефіцієнта передачі стійкості, який відповідає за перенесення плазміди, та іншої частини, що складається з безлічі генів, що мають інформацію, що кодує стійкість до різних речовин.

Деякі з цих генів можуть мігрувати від однієї плазміди до іншої в тій же клітці або з плазміди до бактеріальної хромосоми. Ці структури називаються транспозонами.

Одні автори стверджують, що плазміди, корисні для бактерій, насправді є ендосимбіонтами, а інші, навпаки, можуть бути бактеріальними ендопаразитами.

Процес

Клітини донора виробляють статеві пілі. Частинки F або плазміди, присутні тільки в цих бактеріях, містять генетичну інформацію, що кодує вироблення білків, що утворюють пілі. Через це лише структури F + представлятимуть ці структури.

Статеві пілі дозволяють клітинам донора спочатку приєднуватися до одержувальних клітин, а потім склеюватися.

Для того, щоб ініціювати перенесення, дві ланцюги ланцюга ДНК необхідно розділити. По-перше, розріз відбувається в області, відомій як початок перенесення (oriT) однієї з ниток. Фермент релаксази робить цей розріз таким чином, що пізніше фермент гелікази починає процес розділення обох ланцюгів.

Фермент може діяти поодинці або також, утворюючи комплекс з кількома різними білками. Цей комплекс відомий під назвою релаксосоми.

Відразу ж розпочавши поділ ланцюгів, почнеться передача однієї з ланцюгів, яка закінчиться лише тоді, коли ціла нитка перейде до клітини-реципієнта або коли дві бактерії відокремлюються.

Для завершення процесу передачі обидві клітини, реципієнт і донор, синтезують комплементарну ланцюг, і ланцюг змушується знову циркулювати. Як кінцевий продукт, обидві бактерії зараз є F + і можуть виступати донорами F-бактерій.

Плазміди - це генетичні елементи, які найчастіше передаються таким чином. Здатність кон'югації залежить від наявності в бактерії кон'югових плазмід, які містять генетичну інформацію, необхідну для такого процесу.

Програми

Кон'югація використовується в генній інженерії як інструмент для перенесення генетичного матеріалу на різні напрямки. Він слугував для передачі генетичного матеріалу від бактерій до різних рецепторних еукаріотичних та прокаріотичних клітин і навіть до відокремлених мітохондрій ссавців.

Одним із родів бактерій, який найбільш вдало використовувався для досягнення цього виду передачі, є Агробактерія, яку застосовували окремо або спільно з вірусом тютюнової мозаїки.

Серед видів, генетично трансформованих Agrobacterium, є дріжджі, грибки, інші бактерії, водорості та клітини тварин.

Перетворення Agrobacterium tumefaciens у клітину рослини. Знято та відредаговано у: J LEVIN W.

Список літератури

1. EW Nester, CE Робертс, NN Pearsall та BJ McCarthy (1978). Мікробіологія. 2-е видання. Холт, Рінехарт і Вінстон.
2. C. Ліра. Агробактерія. У ліфдері. Відновлено з lifeder.com.
3. Кон'югація бактерій. У Вікіпедії. Відновлено з сайту en.wikipedia.org
4. Р. Карпа (2010). Генетична рекомбінація в бактерії: горизонт початку сексуальності в живих організмах. Ельба Біофлюкс.
5. Прокаріотична кон'югація. У Вікіпедії. Відновлено з es.wikipedia.org.
6. LS Frost & G. Koraimann (2010). Регулювання бактеріальної кон'югації: можливість збалансування з несприятливістю. Майбутня мікробіологія.
7. Е.Гогг (2005). Основна мікробіологія. John Wiley & Sons Ltd.