Каково значение конъюгации

Каково значение конъюгации

Многие, вероятно, не знали, что бактерии могут заниматься половым размножением. Это не совсем то, что можно себе представить. Сегодня рассмотрим процесс бактериальной конъюгации, что такое конъюгация в микробиологии и ее влияние на генетическую изменчивость бактерий.

Содержание статьи

значение конъюгации

Половое размножение бактерий

Это не станет большим шоком, но у бактерий нет полового пути размножения, по крайней мере, в обычном смысле. Бактериальные клетки размножаются путем создания клонов самих себя. Материнская клетка копирует свою ДНК-хромосому, затем разделяет ее клетку пополам, удерживая одну хромосому и отдавая ее новой дочерней клетке. По соглашению, эти клетки называются материнскими и дочерними, но на деле они являются клонами.

У них есть тот же самый генетический материал. В бактериальной популяции этот процесс продолжается, одна клетка делится на две снова и снова и снова, в результате чего появляются огромные популяции, которые являются всеми клонами друг друга. Это называется вертикальным переносом генов, когда ДНК передается от матери к потомству. И это то, что происходит в природе подавляющее большинство времени.

конъюгация примеры

Бактерии — хитрые маленькие существа

Что такое конъюгация? У бактерий есть некоторые гениальные способы генерации генетического разнообразия. Например, бактерии способны обмениваться генами со своими соседями.

Это называется переносом горизонтального гена и относится к способности некоторых бактериальных клеток приобретать новые гены из соседних в их среде. Теперь вместо того, чтобы быть дочерней ячейкой клона, клетка имеет новое генетическое разнообразие, смесь между переданной по вертикали ДНК материнских клеток и переносимой по горизонтали соседней клеточной ДНК.

Помните, что у бактерий нет полового размножения? В эволюционном смысле это имеет решающее значение для разрешения смешивания и сопоставления генов, что приводит к генетическому разнообразию в пределах одного вида. Теперь мы можем видеть, что у бактерий нет обычного пола, у них есть горизонтальные механизмы переноса генов для генерации генетического разнообразия. В биологии это конъюгация.

конъюгация это в биологии

Горизонтальный перенос гена

Существует три способа, которыми бактерии способны выполнять горизонтальный перенос генов:

  • трансдукция использует бактериальные вирусы, называемые бактериофагами, для переноса ДНК из одной инфицированной клетки в другую;
  • трансформация — это способность некоторых клеток принимать свободно плавающие ДНК, обнаруженные в окружающей среде;
  • конъюгация позволяет переносить ДНК через структуру, называемую пилюсом, то есть из одной клетки в другую.

Что такое конъюгация?

Для конъюгации две живые бактериальные клетки должны вступать в прямой контакт друг с другом. Контакт между клетками осуществляется с помощью сопряжения особого придатка (пилус), напоминающего волос на поверхности бактерии. Он имеет белковую основу, подобную структуре волоса, которая простирается от бактериальной клетки.

Некоторые придатки используются для прикрепления к поверхностям, но специальное сопряжение применяется исключительно для прикрепления к другим клеткам и облегчения переноса ДНК.

Клетка, которая будет передавать ДНК, называется донорской и строит конъюгированный пилус. Его конъюгация представляет собой полую трубчатую структуру, которая соединяет цитоплазму донорной клетки с цитоплазмой реципиента.

конъюгация микробиология

Перенос плазмиды

Когда цитоплазма клетки-донора и реципиента физически связана, настало время для переноса ДНК. Если донорская клетка содержит плазмиду, круглую часть внехромосомной ДНК, то ее можно перенести в клетку-реципиент. Это делается путем копирования плазмиды и отправки цепи копируемой ДНК получателю через сопряжение пилуса. Конечным результатом является копия плазмиды как у донора, так и у реципиента. Возможно, наиболее интересным является тот факт, что плазмида несет гены, которые позволяют клетке-реципиенту стать самим донором конъюгации! Теперь клетка-получатель также может распространять плазмиду на новые клетки, с которыми она сталкивается в своей среде.

конъюгация микробиология

Значение конъюгации

Бактериальное конъюгация — это передача генетического материала между бактериальными клетками путем прямого контакта или мостоподобной связью. Это механизм горизонтального переноса генов, как и трансформация, и трансдукция. Бактериальное сопряжение часто рассматривается как бактериальный эквивалент полового размножения или спаривания, поскольку оно связано с обменом генетическим материалом. Однако это не половое размножение, так как обмен гаметой не происходит.

Во время конъюгации (микробиология) донорская клетка обеспечивает конъюгативный или мобилизуемый генетический элемент, который чаще всего является плазмидой или транспозоном. Большинство конъюгативных плазмид имеют системы, гарантирующие, что клетка-получатель уже не содержит подобный элемент. Передаваемая генетическая информация часто выгодна получателю. Преимущества могут включать устойчивость к антибиотикам, ксенобиотическую толерантность или способность использовать новые метаболиты.

Такие полезные плазмиды можно рассматривать как бактериальные эндосимбионты. А другие элементы как бактериальные паразиты, конъюгацию как механизм, разработанный ими для обеспечения их распространения. Этот процесс был открыт в 1946 году Джошуа Ледербергом и Эдвардом Татумом.

конъюгация примеры

Механизм конъюгации

Сначала донорская клетка производит пилус. Он присоединяется к ячейке-получателю и объединяет две клетки. Мобильная плазмида зазубривается, и одна нить ДНК затем переносится в клетку-реципиент. Обе синтезируют комплементарную цепь для получения циркулярной плазмиды, а также размножают пилусы. Обе клетки в настоящее время являются жизнеспособным донором для F-фактора.

F-плазмида представляет собой эписому (плазмиду, которая может интегрироваться в бактериальную хромосому посредством гомологичной рекомбинации). Она несет в себе происхождение репликации и источник передачи. В данной бактерии, свободной или интегрированной, может быть только одна копия F-плазмиды, а бактерии, обладающие копией, называются F-позитивными и обозначаются F+. Клетки, у которых отсутствуют F-плазмиды, называются F-отрицательными (F-), они могут функционировать как ячейки-получатели.

Хотя есть некоторые споры о точном механизме конъюгации, может показаться, что пилусы не являются структурами, через которые происходит обмен ДНК, однако все же трансформация ДНК продолжается. Несколько белков, закодированных в локус, открывают канал между бактериями. Считается, что фермент, расположенный у основания пилуса, инициирует слияние мембран.

Примеры

Яркий пример конъюгации демонстрируют бактерии, связанные с азотфиксирующими тризобиями, которые представляют собой интересный случай внутреннего сопряжения. Например, индуцирующая опухоль (Ti) плазмида Agrobacterium и индуцирующая корневую опухоль (Ri) плазмида A. rhizogenes содержат гены, которые способны переносить растительные клетки. Экспрессия этих генов эффективно преобразовывает растительные клетки в опин-продуцирующие растения. Опины используются бактериями в качестве источников азота и энергии. Зараженные клетки образуют коронарные желчные или корневые опухоли.

Таким образом, плазмиды Ti и Ri являются эндосимбионтами бактерий, которые в свою очередь являются паразитами зараженного растения. Плазмиды Ti и Ri также могут переноситься между бактериями. Такие передачи создают вирулентные штаммы от ранее авирулентных штаммов.

что такое конъюгация

Что такое конъюгация? Это удобное средство для переноса генетического материала со множеством целей. Сообщалось об успешных передачах от бактерий к дрожжам, растениям, клеткам млекопитающих, диатомовым и изолированным митохондриям млекопитающих. Конъюгация имеет преимущества перед другими формами генетического переноса, включая минимальное нарушение клеточной оболочки цели и способность передавать относительно большие количества генетического материала.



Источник: News4Auto.ru


Добавить комментарий