SỰ TIẾP HỢP VI KHUẨN: QUÁ TRÌNH, CẤU TRÚC VÀ CÁC YẾU TỐ - SINH HỌC - 2024

Sự tiếp hợp vi khuẩn là chuyển theo một hướng vật chất di truyền từ vi khuẩn cho sang vi khuẩn nhận khác, bằng cách tiếp xúc vật lý giữa hai tế bào. Loại quá trình này có thể xảy ra ở cả vi khuẩn có phản ứng, cũng như ở vi khuẩn không phản ứng với nhuộm Gram và cả ở vi khuẩn liên cầu.

Sự kết hợp có thể xảy ra giữa các vi khuẩn cùng loài, hoặc khác loài. Nó thậm chí có thể xảy ra giữa sinh vật nhân sơ và các thành viên của giới khác (thực vật, nấm, động vật).

Tiếp hợp vi khuẩn. Hình ảnh cho thấy, từ trên xuống dưới, hai vi khuẩn trước, trong và sau khi tiếp hợp. Lấy và chỉnh sửa từ Người dùng Magnus Manske trên en.wikipedia.

Để quá trình tiếp hợp xảy ra, một trong những vi khuẩn liên quan, người cho, phải sở hữu vật chất di truyền có thể huy động được, thường được đại diện bởi plasmid hoặc transposon.

Ô kia, người nhận, phải thiếu các yếu tố này. Hầu hết các plasmid có thể phát hiện các tế bào nhận tiềm năng thiếu các plasmid tương tự.

Tiếp hợp và sinh sản hữu tính

Vi khuẩn không có tổ chức vật chất di truyền tương tự như ở sinh vật nhân thực. Những sinh vật này không biểu hiện sinh sản hữu tính vì chúng không biểu hiện phân chia giảm phân (meiosis) để hình thành giao tử vào bất kỳ thời điểm nào trong đời.

Để đạt được sự tái tổ hợp vật chất di truyền của mình (bản chất hữu tính), vi khuẩn có ba cơ chế: biến nạp, tiếp hợp và tải nạp.

Do đó, sự tiếp hợp của vi khuẩn không phải là một quá trình sinh sản hữu tính. Trong trường hợp thứ hai, nó có thể được coi là một phiên bản vi khuẩn của kiểu sinh sản này, vì nó liên quan đến một số trao đổi gen.

Cấu trúc và các yếu tố liên quan đến quá trình

Pili tình dục

Còn được gọi là pili F, chúng là cấu trúc dạng sợi, ngắn hơn và mỏng hơn nhiều so với trùng roi, được tạo thành từ các tiểu đơn vị protein đan xen xung quanh một trung tâm rỗng. Chức năng của nó là giữ cho hai ô tiếp xúc trong quá trình tiếp hợp.

Cũng có thể phần tử tiếp hợp được chuyển đến tế bào nhận qua các lỗ trung tâm của pili giới tính.

Các yếu tố liên hợp

Nó là vật liệu di truyền sẽ được chuyển giao trong quá trình tiếp hợp của vi khuẩn. Nó có thể có bản chất khác, trong số đó là:

Các hạt DNA ngoài nhiễm sắc thể

Các phần tử này là các phân đoạn, tức là các plasmid có thể được tích hợp vào nhiễm sắc thể vi khuẩn thông qua một quá trình gọi là tái tổ hợp tương đồng. Chúng có đặc điểm là có chiều dài xấp xỉ 100 kb, cũng như có nguồn gốc sao chép và chuyển giao riêng.

Tế bào sở hữu yếu tố F được gọi là tế bào đực hoặc tế bào F +, trong khi tế bào cái (F-) thiếu yếu tố này. Sau khi liên hợp, vi khuẩn F- trở thành F + và có thể hoạt động như vậy.

Sợi nhiễm sắc thể

Khi xảy ra tái tổ hợp tương đồng, yếu tố F liên kết với nhiễm sắc thể vi khuẩn; trong những trường hợp như vậy, nó được gọi là yếu tố F 'và các tế bào có DNA tái tổ hợp được gọi là Hfr, để tái tổ hợp tần số cao.

Trong quá trình tiếp hợp giữa vi khuẩn Hfr và vi khuẩn F-, vi khuẩn trước chuyển sang vi khuẩn thứ hai một sợi DNA tái tổ hợp của nó với yếu tố F. Trong trường hợp này, tế bào nhận tự trở thành tế bào Hfr.

Chỉ có thể có một yếu tố F trong vi khuẩn, ở dạng ngoại nhiễm sắc thể (F) hoặc tái tổ hợp vào nhiễm sắc thể vi khuẩn (F ').

Plasmid

Một số tác giả xem xét các yếu tố plasmid và F cùng nhau, và các tác giả khác xử lý chúng riêng biệt. Cả hai đều là các hạt di truyền ngoài nhiễm sắc thể, nhưng không giống như yếu tố F, plasmid không tích hợp vào nhiễm sắc thể. Chúng là những yếu tố di truyền chủ yếu được truyền trong quá trình tiếp hợp.

Plasmid được tạo thành từ hai phần; một yếu tố chuyển kháng, chịu trách nhiệm chuyển plasmid và một phần khác được tạo thành từ nhiều gen có thông tin mã hóa khả năng kháng các chất khác nhau.

Một số gen này có thể di chuyển từ plasmid này sang plasmid khác trong cùng một tế bào, hoặc từ plasmid sang nhiễm sắc thể vi khuẩn. Các cấu trúc này được gọi là các transposon.

Một số tác giả cho rằng plasmid có lợi cho vi khuẩn thực sự là nội ký sinh, trong khi những plasmid khác có thể là nội ký sinh của vi khuẩn.

Quá trình

Tế bào cho sản xuất pili giới tính. Các hạt F hoặc plasmid chỉ có ở những vi khuẩn này, chứa thông tin di truyền mã hóa việc sản xuất các protein hình thành nên pili. Do đó, chỉ các ô F + mới có các cấu trúc này.

Pili giới tính cho phép các tế bào cho trước tiên gắn vào các tế bào nhận và sau đó dính vào nhau.

Để bắt đầu chuyển giao, hai sợi của sợi DNA phải được tách ra. Đầu tiên, một vết cắt xảy ra trong khu vực được gọi là nguồn gốc của chuyển giao (oriT) của một trong các sợi. Enzyme relaxase thực hiện cắt này để sau đó một enzyme helicase bắt đầu quá trình tách cả hai chuỗi.

Enzyme có thể hoạt động đơn lẻ hoặc cũng có thể tạo thành phức hợp với một số protein khác nhau. Phức hợp này được biết đến với tên thư giãn.

Ngay lập tức bắt đầu tách chuỗi, quá trình chuyển một trong các chuỗi sẽ bắt đầu, quá trình này chỉ kết thúc khi chuỗi hoàn chỉnh đã chuyển đến tế bào nhận, hoặc khi hai vi khuẩn tách ra.

Để hoàn thành quá trình chuyển giao, cả tế bào, người nhận và người cho, tổng hợp chuỗi bổ sung, và chuỗi được thực hiện để tuần hoàn trở lại. Là sản phẩm cuối cùng, cả hai vi khuẩn bây giờ đều là F + và có thể hoạt động như những người cho vi khuẩn F-.

Plasmid là yếu tố di truyền thường xuyên được truyền theo cách này nhất. Khả năng liên hợp phụ thuộc vào sự hiện diện trong vi khuẩn của các plasmid liên hợp có chứa thông tin di truyền cần thiết cho một quá trình như vậy.

Các ứng dụng

Sự kết hợp đã được sử dụng trong kỹ thuật di truyền như một công cụ để chuyển vật liệu di truyền đến các điểm đến khác nhau. Nó đã phục vụ cho việc chuyển vật chất di truyền từ vi khuẩn sang các tế bào nhân thực và tế bào nhân sơ có thụ thể khác nhau, và thậm chí cả đến các ti thể của động vật có vú bị cô lập.

Một trong những chi vi khuẩn được sử dụng thành công nhất để thực hiện kiểu chuyển giao này là Agrobacterium, được sử dụng đơn lẻ hoặc kết hợp với vi rút khảm thuốc lá.

Trong số các loài do vi khuẩn Agrobacterium biến đổi gen có nấm men, nấm, vi khuẩn khác, tảo và tế bào động vật.

Biến đổi bởi vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens thành tế bào thực vật. Lấy và biên tập từ: J LEVIN W.

Người giới thiệu

1. EW Nester, CE Roberts, NN Pearsall & BJ McCarthy (1978). Vi trùng học. Ấn bản lần 2. Holt, Rinehart và Winston.
2. C. Lyre. Vi khuẩn nông. Trong cuộc sống. Phục hồi từ liveseder.com.
3. Tiếp hợp vi khuẩn. Trên Wikipedia. Khôi phục từ en.wikipedia.org.
4. R. Carpa (2010). Tái tổ hợp di truyền ở vi khuẩn: chân trời của sự khởi đầu của tính hữu tính trong cơ thể sống. Elba Bioflux.
5. Tiếp hợp nhân sơ. Trên Wikipedia. Được khôi phục từ es.wikipedia.org.
6. LS Frost & G. Koraimann (2010). Quy định sự tiếp hợp của vi khuẩn: cân bằng giữa cơ hội với nghịch cảnh. Vi sinh tương lai.
7. E.Hogg (2005). Vi sinh thiết yếu. John Wiley & Sons Ltd.