Μετασχηματισμός (γενετική)
Στη μοριακή βιολογία, ο μετασχηματισμός είναι η γενετική μεταβολή ενός κυττάρου με την άμεση πρόσληψη και έκφραση DNA από το περιβάλλον του.
Ο μετασχηματισμός συμβαίνει φυσικά σε ορισμένα είδη βακτηρίων και μπορεί επίσης να γίνει τεχνητά. Τα βακτήρια που είναι ικανά να μετασχηματιστούν, είτε με φυσικό είτε με τεχνητό τρόπο, ονομάζονται ικανά.
Ο μετασχηματισμός είναι μία από τις τρεις διαδικασίες με τις οποίες μπορεί να μεταφερθεί εξωτερικό γενετικό υλικό σε βακτηριακά κύτταρα. Οι άλλες δύο είναι η σύζευξη (μεταφορά γενετικού υλικού μεταξύ δύο βακτηριακών κυττάρων σε άμεση επαφή) και η μεταγωγή (έγχυση ξένου DNA από βακτηριοφάγο στον ξενιστή).
Ο μετασχηματισμός μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να περιγράψει την εισαγωγή νέου γενετικού υλικού σε μη βακτηριακά κύτταρα, όπως ζωικά και φυτικά κύτταρα. Η εισαγωγή ξένου DNA σε ευκαρυωτικά κύτταρα ονομάζεται συνήθως "διαμόλυνση".
Ιστορία
Ο μετασχηματισμός αποδείχθηκε για πρώτη φορά το 1928 από τον Βρετανό βακτηριολόγο Frederick Griffith. Ο Griffith ανακάλυψε ότι ένα ακίνδυνο στέλεχος του Streptococcus pneumoniae μπορούσε να γίνει ιογενές μετά την έκθεσή του σε θερμικά θανατωμένα ιογενή στελέχη.
Ο Griffith πίστευε ότι κάποια "μετασχηματιστική αρχή" από το στέλεχος που είχε θανατωθεί με θερμότητα ήταν υπεύθυνη για την μετατροπή του ακίνδυνου στελέχους σε ιογενές. Το 1944 αυτή η αρχή μετασχηματισμού αναγνωρίστηκε ως γενετική από τους Oswald Avery, Colin MacLeod και Maclyn McCarty. Απομόνωσαν DNA από ένα ιογόνο στέλεχος του S. pneumoniae και χρησιμοποιώντας μόνο αυτό το DNA μπόρεσαν να κάνουν ένα ακίνδυνο στέλεχος ιογόνο. Ονόμασαν αυτή την πρόσληψη και ενσωμάτωση του DNA από τα βακτήρια "μετασχηματισμό". Βλέπε πείραμα Avery-MacLeod-McCarty.
Τα αποτελέσματα αυτών των πειραμάτων έγιναν αρχικά δεκτά με σκεπτικισμό από την επιστημονική κοινότητα. Μόνο μετά την ανακάλυψη άλλων μεθόδων γενετικής μεταφοράς (συζυγία το 1947 και μεταγωγή το 1953) από τον Joshua Lederberg έγιναν αποδεκτά τα πειράματα του Avery. Ο µετασχηµατισµός δεν έγινε διαδικασία ρουτίνας στα εργαστήρια µέχρι το 1972, όταν ο Cohen µετασχηµάτισε επιτυχώς την Escherichia coli µε επεξεργασία των βακτηρίων µε χλωριούχο ασβέστιο. Αυτό δημιούργησε μια αποτελεσματική και βολική διαδικασία για το μετασχηματισμό βακτηρίων και άνοιξε το δρόμο για τη βιοτεχνολογία και την έρευνα.
Ο μετασχηματισμός ζωικών και φυτικών κυττάρων διερευνήθηκε επίσης με τη δημιουργία του πρώτου διαγονιδιακού ποντικού με την έγχυση ενός γονιδίου για μια αυξητική ορμόνη αρουραίου σε έμβρυο ποντικού το 1982.
Το 1907 ανακαλύφθηκε ένα βακτήριο που προκαλούσε όγκους στα φυτά, το Agrobacterium tumefaciens, και στις αρχές της δεκαετίας του 1970 διαπιστώθηκε ότι ο παράγοντας που προκαλούσε τους όγκους ήταν ένα πλασμίδιο DNA που ονομάζεται πλασμίδιο Ti. Αφαιρώντας τα γονίδια του πλασμιδίου που προκαλούσαν τον όγκο και προσθέτοντας νέα γονίδια, οι ερευνητές μπόρεσαν να μολύνουν τα φυτά με το A. tumefaciens και να αφήσουν τα βακτήρια να εισάγουν το επιλεγμένο DNA στα γονιδιώματα των φυτών.
Δεν είναι όλα τα φυτικά κύτταρα ευαίσθητα στη μόλυνση από το A. tumefaciens, γι' αυτό αναπτύχθηκαν άλλες μέθοδοι, όπως ο ηλεκτροπορισμός και η μικροέγχυση. Ο βομβαρδισμός σωματιδίων κατέστη δυνατός με την εφεύρεση του Biolistic Particle Delivery System (γονιδιακό όπλο) από τον John Sanford το 1990.
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Ερ: Τι είναι ο μετασχηματισμός στη μοριακή βιολογία;
A: Μετασχηματισμός είναι η διαδικασία γενετικής μεταβολής ενός κυττάρου με την άμεση πρόσληψη και έκφραση DNA από το περιβάλλον του.
Ερ: Σε ποια είδη βακτηρίων συμβαίνει φυσιολογικά ο μετασχηματισμός;
Α: Ο μετασχηματισμός συμβαίνει φυσικά σε ορισμένα είδη βακτηρίων.
Ερ: Ποιος είναι ο όρος που χρησιμοποιείται για τα βακτήρια που είναι ικανά να μετασχηματιστούν;
Α: Τα βακτήρια που είναι ικανά να μετασχηματιστούν ονομάζονται ικανά.
Ερ: Ποιες είναι οι άλλες δύο διαδικασίες με τις οποίες μπορεί να εισαχθεί εξωτερικό γενετικό υλικό σε βακτηριακά κύτταρα, εκτός από τον μετασχηματισμό;
Α: Οι άλλες δύο διαδικασίες με τις οποίες μπορεί να εισαχθεί εξωτερικό γενετικό υλικό σε βακτηριακά κύτταρα είναι η σύζευξη και η μεταγωγή.
Ερ: Μπορεί ο μετασχηματισμός να γίνει τεχνητά;
Α: Ναι, ο μετασχηματισμός μπορεί να γίνει και τεχνητά.
Ερ: Ποιος είναι ο ορισμός της μεταμόσχευσης;
Α: Η διαμόλυνση είναι η διαδικασία εισαγωγής νέου γενετικού υλικού σε μη βακτηριακά κύτταρα, όπως ζωικά και φυτικά κύτταρα.
Ερ: Πώς διαφέρει η μεταμόσχευση από τον μετασχηματισμό;
Α: Η μεταμόσχευση περιλαμβάνει την έγχυση ξένου DNA από βακτηριοφάγο στον ξενιστή, ενώ ο μετασχηματισμός περιλαμβάνει την άμεση πρόσληψη και έκφραση DNA από το περιβάλλον.
