Βακτηριακή σύζευξη
Η βακτηριακή σύζευξη είναι η μεταφορά γενετικού υλικού μεταξύ βακτηριακών κυττάρων με άμεση επαφή μεταξύ κυττάρων ή με μια σύνδεση που μοιάζει με γέφυρα μεταξύ δύο κυττάρων.
Η σύζευξη είναι ένας μηχανισμός οριζόντιας γονιδιακής μεταφοράς, όπως και ο μετασχηματισμός και η μεταγωγή, αν και αυτοί οι δύο άλλοι μηχανισμοί δεν περιλαμβάνουν επαφή μεταξύ κυττάρων.
Η βακτηριακή σύζευξη ανακαλύφθηκε από τους βραβευμένους με Νόμπελ Joshua Lederberg και Edward Tatum. Έδειξαν ότι το βακτήριο Escherichia coli εισήλθε σε μια σεξουαλική φάση κατά την οποία μπορούσε να μοιραστεί γενετικές πληροφορίες.
Η βακτηριακή σύζευξη θεωρείται συχνά εσφαλμένα ως το ισοδύναμο της σεξουαλικής αναπαραγωγής, δεδομένου ότι περιλαμβάνει την ανταλλαγή γενετικού υλικού. Κατά τη διάρκεια της σύζευξης το κύτταρο-δότης παρέχει ένα συζευκτικό ή κινητοποιήσιμο γενετικό στοιχείο που είναι συχνότερα ένα πλασμίδιο ή ένα τρανσποζόνιο. Τα περισσότερα συζευκτικά πλασμίδια διαθέτουν συστήματα που εξασφαλίζουν ότι το κύτταρο-δέκτης δεν περιέχει ήδη ένα παρόμοιο στοιχείο.
Οι γενετικές πληροφορίες που μεταφέρονται είναι συχνά επωφελείς για τον παραλήπτη. Τα οφέλη μπορεί να περιλαμβάνουν αντοχή στα αντιβιοτικά, ανοχή σε ξενοβιοτικά ή την ικανότητα χρήσης νέων μεταβολιτών. Τέτοια ευεργετικά πλασμίδια μπορούν να θεωρηθούν βακτηριακά ενδοσυμβιόντα. Άλλα στοιχεία, ωστόσο, μπορούν να θεωρηθούν ως βακτηριακά παράσιτα και η σύζευξη ως μηχανισμός που αναπτύχθηκε από αυτά για να επιτρέψει την εξάπλωσή τους.
Μηχανισμός
Το βασικό συζευκτικό πλασμίδιο είναι το F-πλασμίδιο ή F-παράγοντας. Το F-πλασμίδιο είναι ένα επεισόδιο (ένα πλασμίδιο που μπορεί να ενσωματωθεί στο βακτηριακό χρωμόσωμα) με μήκος περίπου 100.000 ζεύγη βάσεων.
Μπορεί να υπάρχει μόνο ένα αντίγραφο του πλασμιδίου F σε ένα δεδομένο βακτήριο, είτε ελεύθερο είτε ενσωματωμένο, και τα βακτήρια που διαθέτουν ένα αντίγραφο ονομάζονται F-θετικά ή F-plus (συμβολίζεται με F +). Τα κύτταρα που δεν διαθέτουν πλασμίδια F ονομάζονται F-αρνητικά ή F-μείον (F -) και μπορούν να λειτουργήσουν ως κύτταρα-δέκτες.
Σχηματική απεικόνιση της βακτηριακής σύζευξης. Διάγραμμα σύζευξης 1- Το κύτταρο-δότης παράγει pilus. 2- Το Pilus προσκολλάται στο κύτταρο του δέκτη και φέρνει τα δύο κύτταρα σε επαφή. 3- Το κινητό πλασμίδιο κόβεται και στη συνέχεια μεταφέρεται στο κύτταρο-δέκτη μια μονή αλυσίδα DNA. 4- Και τα δύο κύτταρα συνθέτουν ένα συμπληρωματικό σκέλος για να παράγουν ένα δίκλωνο κυκλικό πλασμίδιο και επίσης αναπαράγουν pili- και τα δύο κύτταρα είναι πλέον βιώσιμα δότη.
Μεταφορά μεταξύ των βασιλείων
Οι αζωτοδεσμευτικές Rhizobia αποτελούν μια ενδιαφέρουσα περίπτωση σύζευξης μεταξύ των βασιλείων.
Για παράδειγμα, το πλασμίδιο πρόκλησης όγκων (Ti) του Agrobacterium και το πλασμίδιο πρόκλησης όγκων στη ρίζα (Ri) του A. rhizogenes περιέχουν γονίδια που μπορούν να μεταφερθούν σε φυτικά κύτταρα. Τα γονίδια αυτά μετατρέπουν τα φυτικά κύτταρα σε εργοστάσια παραγωγής χημικών ουσιών που χρησιμοποιούνται από τα βακτήρια για άζωτο και ενέργεια. Τα μολυσμένα κύτταρα σχηματίζουν κολοβώματα ή όγκους στη ρίζα, αντίστοιχα. Τα πλασμίδια Ti και Ri είναι επομένως ενδοσύμβια των βακτηρίων, τα οποία με τη σειρά τους είναι ενδοσύμβια (ή παράσιτα) του μολυσμένου φυτού.
Γενετική μηχανική
Η σύζευξη είναι ένα βολικό μέσο για τη μεταφορά γενετικού υλικού σε μια ποικιλία στόχων. Σε εργαστήρια έχουν αναφερθεί επιτυχείς μεταφορές από βακτήρια σε ζύμες, φυτά, κύτταρα θηλαστικών και απομονωμένα μιτοχόνδρια θηλαστικών.
Η σύζευξη έχει πλεονεκτήματα έναντι άλλων μορφών γενετικής μεταφοράς. Στη μηχανική των φυτών, η σύζευξη τύπου Agrobacterium συμπληρώνει άλλα τυποποιημένα οχήματα, όπως ο ιός του μωσαϊκού του καπνού (TMV). Ενώ ο TMV είναι ικανός να μολύνει πολλές οικογένειες φυτών, αυτές είναι κυρίως ποώδεις δικοτυλήδονα. Η σύζευξη τύπου Agrobacterium χρησιμοποιείται επίσης κυρίως για δικοτυλήδονα, αλλά οι μονοκοτυλήδονοι δέκτες δεν είναι ασυνήθιστοι.
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Q: Τι είναι η βακτηριακή συζυγία;
A: Η βακτηριακή σύζευξη είναι η μεταφορά γενετικού υλικού μεταξύ βακτηριακών κυττάρων μέσω άμεσης επαφής μεταξύ κυττάρων ή μέσω μιας σύνδεσης που μοιάζει με γέφυρα μεταξύ δύο κυττάρων.
Ερ: Ποιοι είναι οι άλλοι μηχανισμοί οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων;
Α: Οι άλλοι μηχανισμοί οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων είναι ο μετασχηματισμός και η μεταγωγή, αν και αυτοί οι δύο άλλοι μηχανισμοί δεν περιλαμβάνουν επαφή από κύτταρο σε κύτταρο.
Ερ: Ποιος ανακάλυψε τη βακτηριακή σύζευξη;
Α: Η βακτηριακή σύζευξη ανακαλύφθηκε από τους νομπελίστες Joshua Lederberg και Edward Tatum.
Ερ: Τι έδειξαν οι Lederberg και Tatum για την Escherichia coli κατά τη διάρκεια της σύζευξης;
Α: Οι Lederberg και Tatum έδειξαν ότι το βακτήριο Escherichia coli εισήλθε σε μια σεξουαλική φάση κατά την οποία μπορούσε να μοιραστεί γενετικές πληροφορίες.
Ερ: Τι παρέχει το κύτταρο-δότης κατά τη διάρκεια της σύζευξης;
Α: Κατά τη διάρκεια της σύζευξης, το κύτταρο-δότης παρέχει ένα συζευκτικό ή κινητοποιήσιμο γενετικό στοιχείο που είναι συχνότερα ένα πλασμίδιο ή ένα τρανσποζόνιο.
Ερ: Ποια είναι τα οφέλη της γενετικής πληροφορίας που μεταφέρεται κατά τη σύζευξη;
Α: Η γενετική πληροφορία που μεταφέρεται κατά τη σύζευξη είναι συχνά επωφελής για τον αποδέκτη. Τα οφέλη μπορεί να περιλαμβάνουν αντοχή στα αντιβιοτικά, ανοχή σε ξενοβιοτικά ή την ικανότητα χρήσης νέων μεταβολιτών.
Ερ: Πώς μπορούν να θεωρηθούν ορισμένα στοιχεία που μεταφέρονται κατά τη σύζευξη;
Α: Άλλα στοιχεία που μεταφέρονται κατά τη σύζευξη μπορούν να θεωρηθούν ως βακτηριακά παράσιτα και η σύζευξη ως μηχανισμός που αναπτύχθηκε από αυτά για να επιτρέψει την εξάπλωσή τους.
