3 Typer af seksuel reproduktion, der forekommer i bakterier (1869 ord)

Typer af seksuel reproduktion, der forekommer i bakterier, er som følger:

Cytologiske observationer og genetiske undersøgelser indikerer noget som seksuel reproduktion, der involverer fusion af to forskellige celler, og overførsel af arvelige faktorer forekommer i bakterier, men sjældent. Genetisk rekombination forekommer i de bakterier, der er blevet omhyggeligt undersøgt og sandsynligvis forekommer hos andre arter.

Image Courtesy: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c7/Caduco.jpg/1280px-Caduco.jpg

En af de mest intensivt studerede arter af bakterier, Escherichia coli, har vist sig at have sex - nogle virker som mænd og overfører genetiske oplysninger ved direkte kontakt med kvinder. Denne evne til at overføre gener reguleres af en frugtbarhedsfaktor F +, som selv kan overføres til en kvinde og derved omdanne hende til en mand.

De sædvanlige vegetative bakterieceller er haploide og i seksuel reproduktionsdel eller hele kromosomet passerer fra hancellen til huncellen, hvilket giver en celle, dvs. delvis eller fuldstændigt diploid. Krydsning finder sted mellem det kvindelige kromosom og hankromosomet eller fragmentet, efterfulgt af en segregeringsproces, som giver haploide afkomceller.

1. Bakteriel transformation:

Den genetiske overførsel i bakterier opstår også ved transformation, hvor donorcellernes DNA-molekyle, når de frigives ved dets opløsning, optages af en anden recipientcelle, og dens afkom arver nogle tegn i donorcellen. Når forskellige bakteriestammer findes i en blandet tilstand, enten i kultur eller i naturen, har nogle af de resulterende afkom en kombination af bogstaver i forældrestammerne. Dette fænomen er kendt som rekombination.

Fænomenet forvandling blev først optaget af Griffith (1928). Avery, Macleod og McCarty (1944) viste, at det transformerende princip er DNA i rækkefølgen af ​​hændelser i bakteriel transformation.

Undersøgelseslinierne, der førte til en forståelse af den kemiske natur af genetisk materiale, stammer fra en undersøgelse af den pestilente organisme Diplococcus pneumoniae. Denne bakterie forårsager lungebetændelse hos mænd. I 1928 fandt Frederick Griffith at der er to stammer af D. pneumoniae, en der danner glatte kolonier beskyttet af en kapsel og den anden der dannede uregelmæssige eller ru kolonier uden en kapsel, når de dyrkes på et egnet medium i petriskåle.

Ved injicering i mus (A) producerede kun kappede glatte celler (virulent) sygdommen, men ikke de ikke-virulente ru celler (B). På den anden side, hvor de varme dræbte kapsler (virulente) glatte celler blev blandet med ikke-virulente ru celler (D) og derefter injiceret i musene blev sygdommen produceret. Dette viser, at nogle faktorer fra de døde kapslede glatte celler omdanner de levende ikke-virulente råceller til levende glatte kapsler (virulente) celler (se figur 2.16).

I 1944 støttede Avery, McCarty og Macleod Griffiths eksperiment ved molekylær forklaring. De fandt ud af, at DNA'et isoleret fra de varme dræbte glatte celler, da de blev tilsat til ru celler ændrede deres overfladetegn fra groft til glat og gjorde dem også virulente.

Ved dette eksperiment blev dette vist, at DNA var det genetiske materiale, som var ansvarlig for at fremkalde cellernes glatte karakter og deres egenskab af virulens hos mus. Deres eksperiment viste, at bakteriel omdannelse indebærer overførsel af en del af DNA fra den døde bakterie (dvs. donor) til den levende bakterie (dvs. modtageren), der udtrykker dødcelle karakter og er så kendt som en rekombinant.

Virusinfektionsmiddel er DNA:

En bakteriofag (T 2 virus) inficerer bakterien Escherichia coli. Efter infektion multipliceres viruset, og T2-fager frigives med lysis af bakteriecellerne. Som vi ved, indeholder T 2- fag både DNA og proteiner. Nu opstår spørgsmålet, hvilken af ​​de to komponenter har informationen til at programmere for multiplikationen af ​​flere virale partikler.

For at løse dette problem udarbejdede Hershey og Chase (1952) et eksperiment med to forskellige præparater af T2-fag. I et præparat fremstillede de protein-del radioaktive, og i det andet præparat blev DNA'et gjort radioaktivt. Derefter blev en kultur af E. coli gjort inficeret af disse to fagpræparater. Umiddelbart efter infektion og før lysis af bakterier blev E. coli-cellerne omrørt forsigtigt i en blander, således at de klæbende fagpartikler blev løsnet, og derefter blev kulturen centrifugeret. Med resultatet blev de tyngre pellets af inficerede bakterieceller aflejret i bunden af ​​røret. De lettere virale partikler og de partikler, som ikke kom ind i bakteriecellerne, blev fundet i supernatanten. Det blev fundet, at når T2-fag med radioaktivt DNA blev brugt til at inficere E. coli i eksperimentet, var den tyngre bakteriepellet også radioaktiv. På den anden side, hvor T2-fag med radioaktivt protein blev anvendt, havde bakteriepellet meget ringe radioaktivitet, og størstedelen af ​​radioaktiviteten blev fundet i supernatant. Dette

at det er det virale DNA og ikke proteinet, som indeholder information til produktion af flere T2 fagpartikler derfor DNA er genetisk materiale. I nogle virusser (f.eks. TMV, influenzavirus og poliovirus) fungerer RNA imidlertid som genetisk materiale (se figur 2.17).

Hershey og Chase gennemførte to eksperimenter. I et forsøg blev E. coli givet i et medium indeholdende radioisotop S35 og i det andet forsøg blev E. coli dyrket i et medium indeholdende radio-istop P 32 . I disse forsøg blev E. coli-celler smittet med T2-fag frigivet fra E. coli-celler dyrket i S35- medium, S35 i deres proteinkapsel, og dem fra P32-medium havde P32 i deres DNA.

Når disse fag blev brugt til at inficere nye E. coli-celler i normalt medium, viste bakteriecellerne, der havde infektion med S35- mærkede fager, radioaktiviteten i deres cellevæg og ikke i cytoplasma. Mens de bakterier, der er inficeret med P 32- mærkede fager, havde vist den omvendte tilstand.

Således kan det siges, at når T2-fag inficerer bakteriecellen, forbliver dens proteinkapsid uden for bakteriecellen, men dens DNA går ind i bakteriens cytoplasma. Når bakteriernes inficerede celler bliver lyseret, dannes nye komplette virale partikler (T2 phages). Dette beviser, at viralt DNA bærer informationen til syntese af flere kopier af DNA- og proteinkapider. Dette viser, at DNA er genetisk materiale, (se figur 2.19).

2. Bakteriel transduktion:

Den genetiske overførsel i bakterier opnås ved en proces, der er kendt som transduktion. Lederberg og Zinders (1952) eksperiment i U-tube Salmonella typhimurium viste, at bakterievirusser eller fager er ansvarlige for overførsel af genetisk materiale fra den ene til den anden lysogene og

lytiske fag. Dermed erhverver værten en ny genotype. Transduktion er blevet påvist i mange bakterier.

I denne proces overføres DNA-molekylet, der bærer de arvelige karakterer af donorbakterien, til recipientcellen gennem fagpartiklens agentur. I denne proces kan meget få nært forbundne tegn overføres af hver partikel. Således skaber bakteriofagen genetiske ændringer i de bakterier, som overlever fagangreb.

Når en bakteriel celle inficeres med en tempereret virus, starter enten lytisk cyklus eller lysogeni. Herefter nedbryder værts DNA i små fragmenter sammen med multiplikationen af ​​virus. Nogle af disse DNA-fragmenter er inkorporeret med viruspartiklerne, der bliver transducerende. Når bakterier lyser disse partikler sammen med normale viruspartikler frigives

Når denne blanding af transducerende og normale viruspartikler får lov til at inficere populationen af ​​recipientceller, er de fleste bakterier inficeret med normale viruspartikler, og med resultatet opnås lysogeni eller lytisk cyklus igen. Et par bakterier inficeres med transducerende partikler, transduktion finder sted, og DNA fra viruspartikler gennemgår genetiske rekombinationer med det bakterielle DNA. (Se fig. 2.20 og 2.21).

3. Bakteriel konjugation:

Wollman og Jacob (1956) har beskrevet konjugation, hvor to bakterier ligger side om side i så meget som en halv time. I løbet af denne tidsperiode overføres en del genetisk materiale langsomt fra en bakterie, der betegnes som en mand til en modtager betegnet som en kvinde. Det blev fastslået, at det mandlige materiale trådte ind i kvinden i en lineær serie.

Den genetiske rekombination mellem donor- og recipientceller finder sted som følger: Hfr-DNA'et efter at have forladt en del i fragment til recipientcelle reformererer igen cirkulær. I F-stamme finder genetisk rekombination sted mellem donorfragment og recipient-DNA. Genoverførsel er en sekventiel proces, og en given Hfr-stamme donerer altid gener i en bestemt rækkefølge. En enkeltstrenget donor-DNA (F-faktor) er integreret i værtschromosomet ved hjælp af nucleaseenzym (se fig. 2.21 og 2.22).

Ved bakteriel konjugation finder overførslen af ​​genetisk materiale (DNA) sted ved celle til cellekontakt af donor- og recipientceller. Under konjugationsprocessen overføres stor del af genomet, mens kun små fragmenter af DNA overføres under transformation og transduktion. Konjugationsprocessen blev opdaget af Lederberg og Tatum (1944) i en enkelt stamme af Escherichia coli. Konjugering er også blevet påvist i Salmonella, Pseudomonas og Vibrio.

Ved konjugation foregår en enkelt overførsel af genetisk materiale fra donor til modtagerstamme. Donor- og modtagestammerne bestemmes altid genetisk. Modtagerstammen betegnes som F, mens donorstammer er af to slags og betegnes som F + og H fr (høj frekvens af rekombination). Hvis stammen donerer kun en lille del af dens genom, kaldes den F +, og hvis den donerer stor mængde genom kaldes det H fr. Disse F + og H fr faktorer kaldes episomer.

Stammer F + og Hfr er karakteriseret ved tilstedeværelsen af ​​specifikke flagellumlignende strukturer, den såkaldte sexpilus. Køn pilus er fraværende i F + stammer, og er ansvarlig for bakteriel parring. Sex pili af F + og H fr berører den modsatte parringstype af celler specifikt til at overføre det genetiske materiale.

Sex pilus har et hul på 2, 5 μm diameter, hvilket er stort nok til, at et DNA-molekyle passerer igennem det i længderetningen. På tidspunktet for parring af DNA af H fr stamme (donor) overføres straks til F - stamme (modtager). Det cirkulære DNA fra H fr-celler åbner og replikerer, men under overførsel syntetiseres en streng af DNA, mens den anden streng er afledt fra en allerede eksisterende streng af H fr-stamme. Efter overførsel af DNA separeres cellerne fra hinanden.

H fr DNA efter at have forladt sit fragment til recipientcelle, reformerer igen cirkulært. I F - stamme finder genetisk rekombination sted mellem donorfragment og recipient-DNA. Genoverførsel er en sekventiel proces, en given H fr-stamme donerer altid gener i en bestemt rækkefølge. Hvis F- og Hfr-stammer må blandes i en suspension, overføres forskellige gener i en sekvens af tid fra genomet fra H fr til F - stamme. Gen, der indtaster tidligt, vises altid i større procentdel af rekombinationerne end de gener, der indtræder sent, (se fig. 2.22, 2.23 og 2.24).

Konjugering resulterer i en række rekombinanter i en suspension af F + og H fr-celler. Disse rekombinanter er variable i deres genotype konstitution og således også i deres fænotypiske ekspression. Disse rekombinanter er helt nye og forskellige fra deres forældre.