Rekombinacja bakteryjna - Bacterial recombination
Bakteryjne rekombinacji jest rodzajem rekombinacji genetycznej w bakterii charakteryzuje DNA przenoszenia z jednego organizmu zwany dawcy innego organizmu jako biorcy. Proces ten przebiega na trzy główne sposoby:
- Transformacja , wychwyt egzogennego DNA z otaczającego środowiska.
- Transdukcja , transfer DNA między bakteriami za pośrednictwem wirusa.
- Koniugacja , przeniesienie DNA z jednej bakterii do drugiej poprzez kontakt między komórkami.
Ostatecznym wynikiem koniugacji, transdukcji i/lub transformacji jest wytworzenie rekombinantów genetycznych , osobników, które niosą nie tylko geny, które odziedziczyły z komórek macierzystych, ale także geny wprowadzone do ich genomów przez koniugację, transdukcję i/lub transformację.
Rekombinacja w bakteriach jest zwykle katalizowana przez rekombinazę typu RecA . Te rekombinazy promować naprawy z uszkodzeniami DNA przez rekombinacji homologicznej .
Zdolność do naturalnej transformacji występuje u co najmniej 67 gatunków bakterii. Naturalna transformacja jest powszechna wśród patogennych gatunków bakterii. W niektórych przypadkach zdolność naprawy DNA zapewniona przez rekombinację podczas transformacji ułatwia przeżycie zakażającego patogenu bakteryjnego. Transformacja bakteryjna jest przeprowadzana przez liczne oddziałujące ze sobą produkty genów bakterii .
Ewolucja
Ewolucja bakterii była wcześniej postrzegana jako wynik mutacji lub dryfu genetycznego. Dzisiaj wymiana genetyczna lub transfer genów jest postrzegana jako główna siła napędowa ewolucji prokariontów . Ta siła napędowa była szeroko badana w organizmach takich jak E. coli . Bakterie rozmnażają się bezpłciowo, gdzie komórki potomne są klonami rodzica. Ta klonalna natura prowadzi do losowych mutacji, które zachodzą podczas replikacji DNA, co potencjalnie pomaga w ewolucji bakterii. Początkowo sądzono, że tylko nagromadzone mutacje pomagają bakteriom ewoluować. W przeciwieństwie do tego bakterie importują również geny w procesie zwanym rekombinacją homologiczną , po raz pierwszy odkrytym przez obserwację genów mozaikowych w loci kodujących oporność na antybiotyki. Odkrycie rekombinacji homologicznej wpłynęło na zrozumienie ewolucji bakterii. Znaczenie ewolucji w rekombinacji bakterii to jej adaptacyjność. Na przykład, wykazano, że rekombinacja bakteryjna sprzyja przenoszeniu genów oporności wielolekowej poprzez rekombinację homologiczną, która wykracza poza poziomy uzyskane wyłącznie przez mutację.
Mechanizmy rekombinacji bakteryjnej
Rekombinacja bakteryjna podlega różnym procesom. Procesy obejmują: transformację, transdukcję, koniugację i rekombinację homologiczną. Rekombinacja homologiczna polega na przenoszeniu cDNA materiału genetycznego. Komplementarne sekwencje DNA transportują materiał genetyczny w identycznych homologicznych chromosomach. Sparowane chromosomy ojcowskie i matczyne dopasują się, aby sekwencje DNA mogły przejść proces krzyżowania. Transformacja obejmuje pobieranie egzogennego DNA z otaczającego środowiska. Fragmenty DNA ze zdegradowanej bakterii przeniosą się do otaczającej, kompetentnej bakterii, powodując wymianę DNA od biorcy. Transdukcja jest związana z wektorami za pośrednictwem wirusów, przenoszącymi materiał DNA z jednej bakterii do drugiej w obrębie genomu. Bakteryjne DNA jest umieszczane w genomie bakteriofaga poprzez transdukcję bakteryjną. W koniugacji bakteryjnej DNA jest przenoszony przez komunikację komórka-komórka. Komunikacja komórka-komórka może obejmować plazmidy, które umożliwiają przeniesienie DNA do innej sąsiedniej komórki. Sąsiednie komórki absorbują plazmid F (plazmid płodności: odziedziczony materiał obecny w chromosomie). Komórka biorca i dawca wchodzą w kontakt podczas transferu plazmidu F. Komórki przechodzą horyzontalny transfer genów, w którym przenoszony jest materiał genetyczny.
Mechanizmy hamulców dwuniciowych
Szlak RecBCD w rekombinacji homologicznej naprawia dwuniciowe pęknięcia w DNA, które uległo degradacji w bakteriach. Pary zasad przyłączone do nici DNA przechodzą wymianę na złączu Holliday'a . W drugim etapie rekombinacji bakterii migracja gałęzi . obejmuje pary zasad homologicznych nici DNA, które mają być stale wymieniane na złączu Hollidaya. Powoduje to powstanie dwóch dupleksów DNA. Szlak RecBCD podlega aktywności helikazy poprzez rozpakowanie dupleksu DNA i zatrzymuje się, gdy sekwencja nukleotydowa osiągnie 5'-GCTGGTGG-3'. Ta sekwencja nukleotydów jest znana jako miejsce Chi. Enzymy RecBCD zmienią się po osiągnięciu przez sekwencję nukleotydową miejsca Chi. Szlak RecF naprawia degradację nici DNA.