biobiobio


 

Transformacja bakterii

Autor: Anna Kurcek

Transformacja jest naturalnym procesem, podczas którego komórki bakteryjne aktywnie pobierają DNA z otoczenia. W ten sposób zdobywają one geny kodujące nowe cechy, umożliwiające im przeżycie w zaistniałych warunkach. Uzyskana informacja może być następnie przekazywana komórkom potomnym.

Proces ten po raz pierwszy został odkryty w 1928 przez angielskiego bakteriologa Fredericka Griffitha. Zaobserwował on, że niezjadliwe szczepy bakterii Streptococcus pneumoniae mogą stać się chorobotwórcze, jeśli zetknął się ze zjadliwymi bakteriami zabitymi za pomocą wysokiej temperatury.

Mechanizm transformacji nie jest jeszcze dokładnie poznany, choć wiadomo, że różni się ona przebiegiem u bakterii gram-dodatnich i gram-ujemnych. Jej wydajność zależy od stopnia pokrewieństwa między dawcą a biorcą, liczby kompetentnych (tzn. mogących ulegać transformacji) komórek biorcy, stężenia DNA oraz temperatury otoczenia.

Informacja genetyczna może być przekazywana za pomocą dwuniciowych, natywnych DNA o długości 8-10 kpz. Ich replikacja jest możliwa jedynie, jeżeli zostaną one na trwałe przyłączone do chromosomu biorcy. Z tego powodu transformacja genomowa zachodzi najczęściej w obrębie jednego gatunku, ze względu na dużą homologię odcinków kwasu dezoksyrybonukleinowego występującą między spokrewnionymi osobnikami.

Istnieje również transformacja niehomologiczna, zachodząca z udziałem stabilnych, pozachromosomowych cząsteczek - plazmidów.
Są to na ogół superzwinięte, koliste, dwuniciowe DNA (ang. double stranded DNA; dsDNA). Wyróżnia się także plazmidy RNA (plazmid killer u drożdży) oraz cząsteczki liniowe (u bakterii Streptomyces lividans i Borrelia burgdorferi). Posiadają one zdolność do samoreplikacji w komórce gospodarza i dzięki temu mogą być przekazywane między różnymi gatunkami. Stanowią one zaledwie 1% genów zawartych w komórce bakteryjnej, a ich wielkość waha się od 1kpz do 250 kpz. Zawarta w nich informacja nie ma znaczenia dla metabolizmu podstawowego.

Plazmidy zostały odkryte w latach 70-tych XX w. i szybko przyczyniły się do rozwoju inżynierii genetycznej. Początkowo do badań wykorzystywano jedynie naturalnie występujące cząsteczki. Obecnie składa się je z różnych fragmentów DNA.

Cechy plazmidów:
• posiadają sekwencję ori (ang. origin) odpowiadającą za proces inicjacji replikacji;
• kodują informację, która nie znajduje się na chromosomowym DNA (np. odporność na antybiotyki);
• replikacja zawartej w nich informacji odbywa się z udziałem enzymów, które mogą być kodowane przez DNA chromosomowe. Niektóre plazmidy zawierają jednak informację o wszystkich potrzebnych do tego procesu białkach;
• przed podziałami mogą zostać włączone do chromosomu tworząc tzw. episomy. Po zakończeniu procesu replikacji ponownie oddzielają się od genomowego DNA;
• ilość i rodzaje plazmidów zależą od gatunku bakterii.

Rodzaje plazmidów:
• typu R – kodują cechy odporności na antybiotyki, np. ampicylinę;
• typu F – Przenoszone są podczas koniugacji. Warunkują wytworzenie fimbrii. W formie F’ mogą dodatkowo przenosić geny przejęte z chromosomu;
• kolicynowe – kodowane przez nie białka – kolicyny służą do zabijania innych bakterii;
• degradacyjne – zawierają informację o budowie białek rozkładających nietypowe związki chemiczne – np. toluen, kwas salicylowy;
• wirulencji – nadają bakteriom cechy chorobotwórcze (np. plazmid T1 Agrobacterium tumefaciens - guzowatość korzeni).


Rys. 1. Koniugacja bakterii

Transformacja naturalna może zachodzić tylko w ściśle określonych warunkach i na odpowiednich etapach cyklu życiowego niektórych gatunków bakterii (np. Pseudomonas aeruginosa, Bacillus subtilis, Neisseria gonorrhoeae, Haemophilus influenzae, Streptococcus pneumoniae, Rhizobium).
Stan kompetencji zależy od protoplastyzacji ściany komórkowej, czyli od jej miejscowego braku lub niedorozwoju. Bakterie wytwarzają specjalny białkowy czynnik kompetencji, który wchodząc w interakcję z błonowymi receptorami wysyła sygnał do genomowego DNA. W efekcie syntetyzowane są odpowiednie białka, nadające komórce zdolność do pobierania z otoczenia DNA uwolnionego z obumarłych komórek bakteryjnych.
Znajdujące się na powierzchni komórki białka wiążące absorbują podwójne nici kwasów dezoksyrybonukleinowych. Jedna nić zostaje następnie zdegradowana przez nukleazy, a powstała w ten sposób cząsteczka jest wprowadzana do wnętrza komórki, gdzie odszukuje homologiczny fragment DNA. Dochodzi do wymiany materiału genetycznego na drodze podwójnego crossing-over. W przypadku, gdy wprowadzone DNA różni się od informacji gospodarza (jest heterologiczne) tworzy się heterodupleks, który ulega replikacji i podczas podziałów jest przekazywany połowie komórek potomnych.

Nie wszystkie gatunki bakterii mogą ulegać transformacji w warunkach naturalnych. Tzw. transformację indukowaną można wywołać stosując m.in. prąd o wysokim napięciu. Elektroporacja powoduje czasowe powstawanie porów w błonie komórkowej. Przez nie to DNA może wnikać do komórki. Przepuszczalność ściany komórkowej bakterii E. coli można uzyskać traktując je jonami Ca2+. Inną metodą jest wprowadzenie do pożywki plazmidów lub liniowych dwuniciowych cząsteczek DNA.


Rys. 2. Transformacja indukowana

Transformacja znalazła zastosowanie m.in. w inżynierii genetycznej, terapii genowej oraz biotechnologicznej produkcji enzymów i hormonów.

Literatura:
• Anna Sadakierska- Chudy, Grażyna Dąbrowska, Anna Goc „Genetyka ogólna – Skrypt do ćwiczeń dla studentów biologii”; Uniwersytet Mikołaja Kopernika; Toruń 2004;
• Aleksandar Perić „Wektory w terapii genowej” Zakład Biofizyki Obliczeniowej i Bioinformatyki; Wydział Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii; Uniwersytet Jagielloński; http://bioinfo.mol.uj.edu.pl/modmol/;
• Lederberg, Joshua “The Transformation of Genetics by DNA: An Anniversary Celebration of AVERY, MACLEOD and MCCARTY(1944)” Anecdotal, Historical and Critical Commentaries on Genetics; The Rockfeller University, New York 10021-6399; 1994.


Komentarze

Widok Uszereguj
Tylko zarejestrowani mogą dodawać komentarze. Zarejestruj się/Zaloguj

Podręcznik biotechnologii

Menu podręczne

Kto jest online

125 anonymous users oraz 0 registered users online.

Jesteś niezarejestrowanym lub niezalogowanym użytkownikiem.


 

Facebook

Gadżety

Sklep e-biotechnologia.pl
Tematyczne kubki, koszulki, bluzy etc.


Zapraszamy do sklepu

Na skróty

Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego Narodowe Centrum Nauki Narodowe Centrum Badań i Rozwoju Ośrodek Przetwarzania Informacji PAP - Nauka w Polsce Forum Akademickie Fundacja na rzecz Nauki Polskiej Wirtualna Biblioteka Nauki Scopus NCBI PubMed Nature Science Cell

 
 
Partnerzy:

laboratoria.net Nauka w Polsce Academio Fundacja NanoNet BioCen - BioCentrum Edukacji Naukowej Notatek.pl cebioforum.com materialyinzynierskie.pl Wspieram.to - POLSKI KICKSTARTER - Polska platforma finansowania społecznoœciowego.Tu zrealizujš się Twoje pomysły.

Portal: Redakcja . Współpraca . Kontakt . Polecamy



Wszystkie prawa zastrzeżone 2006-2013 e-biotechnologia.pl
stat4u