Pangkalahatang transduction

Ang mekanismo nito ay na sa panahon ng intracellular reproduction ng isang phage, isang fragment ng bacterial DNA na katumbas ng haba ng phage DNA ay maaaring aksidenteng maisama sa ulo nito sa halip na phage DNA. Ito ay lubos na posible, dahil sa nahawaang selula ang biosynthesis ng DNA nito ay naharang, at ang DNA mismo ay dumaranas ng pagkabulok. Kaya, sa panahon ng proseso ng pagpaparami ng phage, lumilitaw ang mga may sira na virion, kung saan ang mga ulo ay naglalaman ng isang fragment ng bacterial DNA sa halip ng kanilang sariling genomic DNA. Ang ganitong mga phage ay nagpapanatili ng mga nakakahawang katangian. Ang mga ito ay na-adsorbed sa bacterial cell, na nagpapakilala ng DNA na nakapaloob sa ulo dito, ngunit ang phage ay hindi nagpaparami. Ang donor DNA (isang fragment ng chromosome ng donor) na ipinakilala sa cell ng tatanggap, kung naglalaman ito ng mga gene na wala sa tatanggap, binibigyan ito ng bagong katangian. Ang katangiang ito ay depende sa kung aling (mga) gene ang kasama sa ulo ng transducing phage. Sa kaganapan ng recombination ng isang donor DNA fragment na ipinakilala ng isang phage na may chromosome ng isang recipient cell, ang katangiang ito ay namamana na naayos.

Tiyak na transduction

Ito ay naiiba sa hindi tiyak na sa kasong ito, ang mga transducing phage ay palaging naglilipat lamang ng ilang mga gene, ibig sabihin, ang mga matatagpuan sa chromosome ng isang lysogenic cell sa kaliwa ng attL o sa kanan ng attR. Ang partikular na transduction ay palaging nauugnay sa pagsasama ng isang temperate phage sa host cell chromosome. Kapag lumalabas (hindi kasama) mula sa chromosome, maaaring makuha ng prophage ang isang gene mula sa kaliwa o kanang flank, halimbawa, alinman sa gal o bio. Ngunit sa kasong ito, dapat itong mawala ang parehong dami ng DNA nito mula sa kabaligtaran na dulo upang ang kabuuang haba nito ay mananatiling hindi nagbabago (kung hindi, hindi ito maaaring ipasok sa phage head). Samakatuwid, sa ganitong paraan ng pagbubukod, ang mga may sira na phage ay nabuo: A - dgal o Xdbio.

Tiyak na transduction sa E. coli isinasagawa hindi lamang ng lambda phage, kundi pati na rin ng mga kaugnay na lambdoid at iba pang mga phage. Depende sa lokasyon ng mga site ng attB sa chromosome, kapag sila ay hindi kasama, maaari nilang i-on ang iba't ibang mga bacterial gene na naka-link sa prophage at ilipat ang mga ito sa ibang mga cell. Maaaring palitan ng materyal na ipinasok sa genome ang hanggang 1/3 genetic na materyal phage.

Kapag ang isang cell ng tatanggap ay nahawahan, ang transducing phage ay sumasama sa kanyang chromosome at nagpapakilala ng isang bagong gene dito ( bagong tanda), namamagitan hindi lamang sa lysogenization, kundi pati na rin sa lysogenic conversion.

Kaya, kung sa panahon ng nonspecific transduction ang phage ay isang passive carrier lamang ng genetic material, kung gayon sa panahon ng tiyak na transduction ang phage ay kasama ang materyal na ito sa genome nito at inililipat ito, lysogenizing ang bacteria, sa tatanggap. Gayunpaman, ang lysogenic conversion ay maaari ding mangyari kung ang genome ng isang temperate phage ay naglalaman ng sarili nitong mga gene na wala sa cell, ngunit responsable para sa synthesis ng mahahalagang protina. Halimbawa, tanging ang mga pathogen ng diphtheria na may katamtamang prophage na nagdadala ng tox operon ang isinama sa kanilang mga chromosome upang makagawa ng exotoxin. Ito ay responsable para sa synthesis ng diphtheria toxin. Sa madaling salita, ang temperate phage tox ay nagdudulot ng lysogenic conversion ng isang nontoxigenic diphtheria bacillus sa isang toxigenic.

kanin. 4.

1 - pagsubok sa lugar; 2 - titration ayon kay Grazia.

Ang pamamaraan ng agar layer ay ang mga sumusunod. Una, ang isang layer ng nutrient agar ay ibinuhos sa tasa. Pagkatapos ng hardening, 2 ml ng 0.7% agar, natunaw at pinalamig sa 45 °C, ay idinagdag sa layer na ito, kung saan ang isang drop ng isang puro suspensyon ng bakterya at isang tiyak na dami ng phage suspension ay unang idinagdag. Pagkatapos itaas na layer Kapag tumigas ito, inilalagay ang tasa sa isang termostat. Ang mga bakterya ay dumami sa loob ng malambot na layer ng agar, na bumubuo ng isang tuluy-tuloy na opaque na background, kung saan ang mga kolonya ng phage ay malinaw na nakikita sa anyo ng mga sterile spot (Larawan 4.2). Ang bawat kolonya ay nabuo sa pamamagitan ng pagpaparami ng isang paunang phage virion. Ang paggamit ng paraang ito ay nagpapahintulot sa iyo na:

a) sa pamamagitan ng pagbibilang ng mga kolonya, tumpak na matukoy ang bilang ng mga viable na phage virion sa isang partikular na materyal;

b) ni mga katangiang katangian(laki, transparency, atbp.), pag-aralan ang namamana na pagkakaiba-iba ng V phages.

Ayon sa spectrum ng pagkilos sa bakterya, ang mga phage ay nahahati sa polyvalent(lyse related bacteria, halimbawa, ang polyvalent Salmonella phage lyses halos lahat ng Salmonella), monophagous(nag-lyse sila ng bacteria ng isang uri lang, halimbawa, phage Vi - I lyses only pathogens typhoid fever) At tukoy sa uri mga phage na piling nagli-lyse ng ilang variant ng bacteria sa loob ng isang species. Sa tulong ng naturang mga phage, ang pinaka banayad na pagkakaiba-iba ng bakterya sa loob ng isang species ay isinasagawa, na hinahati ang mga ito sa mga variant ng phage. Halimbawa, sa tulong ng isang set ng phages Vi - II, ang causative agent ng typhoid fever ay nahahati sa higit sa 100 phage variant. Dahil ang sensitivity ng bacteria sa phages ay medyo matatag na tanda nauugnay sa pagkakaroon ng kaukulang mga receptor, ang pag-type ng phage ay may mahalagang diagnostic at epidemiological na kahalagahan.

Transduction - isang uri ng recombinative variability ng mga microorganism, na sinamahan ng paglipat ng genetic na impormasyon mula sa donor patungo sa tatanggap gamit ang isang bacteriophage. Ang paglipat ng mga bacterial chromosome na rehiyon ng mga phage ay natuklasan noong 1951. Lederberg at Zinder Salmonella typhimurium, kasunod na inilarawan sa maraming bacterial genera: Salmonella, Escherichia, Shigella, Bacillus, Pseudomonas, Vibrio, Streptococcus, Slaphylococcus, Corynebacterium. Pinoprotektahan ng capsid shell ng bacteriophage ang DNA mula sa pagkilos ng mga nucleases, samakatuwid ang transduction, hindi katulad ng pagbabagong-anyo, ay hindi sensitibo sa mga nucleases. Isinasagawa ang transduction mapagtimpi phages. Naglilipat lamang sila ng isang maliit na fragment ng genome ng host cell, at, bilang panuntunan, sa mga indibidwal ng parehong species, ngunit ang paglipat ng interspecies ng genetic na impormasyon ay posible rin kung ang bacteriophage ay may malawak na saklaw mga may-ari.

Depende sa kinalabasan ng pakikipag-ugnayan ng phage sa bacterium, ang lytic at temperate phages ay nakikilala.

Lytic (virulent) phages mag-iniksyon ng nucleic acid sa cell at magparami sa loob nito, pagkatapos ay umalis sila sa cell sa pamamagitan ng lysis.

Lysogenic o mapagtimpi na mga phage, na na-inject ang kanilang DNA sa isang cell, ay maaaring gumawa ng dalawang bagay: 1) simulan ang reproduction cycle at umalis sa cell sa pamamagitan ng lysis; 2) isama ang genetic na impormasyon nito sa genome ng bacterium at, sa loob ng komposisyon nito, maipapasa sa mga daughter cell. Ang mga phage na isinama sa genome ng bakterya ay tinatawag prophages, at bacteria na may mga phage na nakapaloob sa genome ay lysogenic. Bilang resulta ng pagkilos ng mga salik na nakakaabala sa lysogeny (UV, ionizing radiation, chemical mutagens), ang mga viral particle ay muling na-synthesize at umalis sa cell. Ang isang halimbawa ng isang temperate phage ay phage l, na nakakahawa E. coli. Mga yugto ng transduction nito:

1. Phage adsorption sa mga receptor sa ibabaw E. coli.
2. Pagpasok ng phage tail sa pamamagitan ng cell wall at iniksyon ng DNA sa host cell.
3. Recombination ng circular phage DNA molecule na may host DNA at ang pagtatatag ng lysogeny (phage DNA ay nasa isang integrated state).
4. Paglipat ng prophage sa mga cell ng anak na babae sa panahon ng pagpaparami E. coli. Ang mas maraming dibisyon, ang malaking dami Ang mga cell ay naglalaman ng bacteriophage .
5. Pagtatapos ng lysogenesis. Ang DNA ng bacteriophage ay inalis mula sa bacterial chromosome. Ang synthesis ng mga viral protein at pagtitiklop ng phage DNA ay nangyayari, na sinamahan ng pagkahinog ng mga viral particle at ang kanilang paglabas mula sa cell sa pamamagitan ng lysis nito. Sa panahon ng pagtanggal, maaaring makuha ng bacteriophage ang mga kalapit na bacterial genes, na kasunod na pumasok sa cell ng tatanggap.
6. Pagsasama ng genome ng isang bacteriophage na nagdadala ng mga bacterial genes sa DNA ng bacterium ng tatanggap. Depende sa site ng pagpasok ng bacteriophage, sila ay nakikilala ang mga sumusunod na uri mga transduction:

a. Nonspecific (pangkalahatan). Ang isang bacteriophage ay maaaring ipasok ang sarili nito kahit saan sa bacterial genome at samakatuwid ay may kakayahang maglipat ng anumang fragment ng host DNA.

b. Tukoy. Ang bacteriophage ay isinama sa mahigpit ilang lugar bacterial genome, at samakatuwid ay naglilipat lamang ng mahigpit na tinukoy na mga fragment ng DNA.

c. Aborsyon. Ang isang seksyon ng bacterial chromosome ng donor na inilipat ng isang bacteriophage ay hindi pumapasok sa recombination sa chromosome ng tatanggap, ngunit nananatili sa labas ng chromosome. Ang transkripsyon ng inilipat na DNA ay nangyayari (ito ay ipinahiwatig ng synthesis ng kaukulang produkto ng gene), ngunit hindi pagtitiklop. Sa panahon ng cell division, ang donor fragment ay pumapasok lamang sa isa sa mga daughter cell at nawawala sa paglipas ng panahon.

Ang pag-aaral ng kababalaghan ng pagbabago ay nagsilbing impetus para sa pagtuklas ng isa pang kababalaghan - transduction- paglipat at recombination ng mga gene sa bacteria gamit ang isang bacteriophage.

Ang karanasan na naging posible upang matuklasan ang bago genetic na mekanismo At bagong daan ang pag-aaral ng pagmamana ay ang mga sumusunod.

Ang hugis-U na tubo sa ibaba ay hinati sa gitna ng isang bacterial filter. Ang typhoid bacteria (Salmonella typhimurium) strain 22A ay inilagay sa kalahati ng tubo na ito, at ang strain 2A ay inilagay sa kabilang kalahati ng tubo. Kasabay nito, ang mga bacterial cell ay hindi makadaan sa partisyon.

Ang strain 22A ay nagdala ng mutation na humarang sa synthesis ng tryptophan T - at samakatuwid, kapag nililinang ang bakterya, kailangan nila ang pagdaragdag ng tryptophan sa medium. Ang bacterial strain 2A ay nagkaroon ng mutation na humarang sa synthesis ng histidine H - at samakatuwid ay kinakailangan ito sa panahon ng paglilinang.

After incubating itong dalawa iba't ibang strain Ang mga cell ng parehong mga strain ay na-seed sa isang tubo na pinaghihiwalay lamang ng isang bacterial filter. Kapag ang mga cell ng strain 22A ay nilagyan ng medium na kulang sa tryptophan, isang maliit na bilang ng mga kolonya ang natagpuan. Dahil dito, ang ilang mga cell ng strain 22A sa paanuman ay nakakuha ng kakayahang mag-synthesize ng tryptophan at nakagawa ng mga kolonya sa isang daluyan na walang amino acid na ito. Ang dalas ng paglitaw ng naturang mga cell ay 1x10 -5.

Maaaring ipagpalagay na ang mga binagong cell na ito ay alinman sa resulta ng isang reverse mutation mula sa T - hanggang T + o ang paglipat ng isang transforming factor mula sa strain 2A. Ngunit ang strain 22A ay lubos na matatag, at samakatuwid ang ipinahiwatig na dalas ng paglitaw (10 6) ng mga cell ng T + genotype ay hindi maipaliwanag sa pamamagitan ng paglitaw ng mga reverse mutations. Hindi rin nakita ang transforming factor sa medium. Ang filtering agent na naglilipat ng T+ gene mula sa strain 2A hanggang sa strain 22A ay naging isang bacteriophage.

Ito ang mga unang katotohanan na nagpatunay sa paglipat ng namamana na impormasyon sa tulong ng isang bacteriophage mula sa isang bacterium ng isang genotype patungo sa isang bacterium ng isa pang genotype. Ang pagtuklas na ito ay ginawa noong 1952 nina N. Zinder at J. Lederberg.

Ang Solmonella typhirnurium strain 22A na ginamit sa mga pag-aaral ng Zinder at Lederberg ay walang kakayahang mag-synthesize ng tryptophan, ngunit pagkatapos na panatilihing magkasama sa isang hugis-U na tubo na pinaghihiwalay ng isang filter na may strain 2A, nakuha nito ang kakayahang mag-synthesize ng tryptophan. Ito ay maaaring mangyari lamang kung ang phage, na inilabas mula sa mga cell ng strain 2A, ay tumagos sa filter, tumagos sa ilang mga cell ng strain 22A at inilipat sa kanila ang bahagi ng namamana na impormasyon - isang fragment ng namamana na materyal ng strain 2A.

Dahil dito, ang DNA ng phage na nag-lysogenize sa bacterium sa paanuman ay sumasailalim sa recombination sa DNA ng bacterial cell, dahil kung saan ang mga gene ng host cell ay kasama sa mga bagong particle ng phage. Ang mga phage na ito, na nakakahawa muli ng mga cell ng ibang genotype, ay naglilipat din ng kanilang DNA dito bagong impormasyon. Kaya, nakuha ng mga cell ng strain 22A ang gene na responsable para sa synthesis ng tryptophan.

Tulad ng nakita natin, ang mga phage ay mga tagadala ng namamana na impormasyon mula sa isang bacterium ng isang genotype hanggang sa isang bacterium ng isa pang genotype. At ito ay posible lamang kung ang phage DNA ay pumasok sa matalik na relasyon sa chromosome DNA ng mga bacterial cell. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ng paglipat ng mga indibidwal na namamana na mga hilig mula sa donor bacterium, kung saan ang phage ay dumami at ang recombination ng Gothic na materyal ng phage at ang host bacterium sa tatanggap ay naganap, ay tinatawag na. transduction.

Ang donor ay isang bacterial culture na may kakayahang mag-synthesize ng methionine M + at fermenting galactose Gal + , at mayroon ding streptomycin resistance Sm r . Ang tatanggap na bacterium ay hindi nagsi-synthesize ng methionine M - , hindi nagbuburo ng galactose Gal - at sensitibo sa streptomycin Sm s . Ang phagolysate na nakuha mula sa donor M + Gal + Sm r ay ipinakilala sa kultura ng tatanggap M - Gal - Sm s. Pagkatapos ng pagpapapisa ng itlog, ang mga cell ng tatanggap ay inilalagay sa naaangkop na pumipili na media, bilang isang resulta kung saan natuklasan ang tatlong bagong klase ng mga recombinant: M - Gal + Sm s, M + Gal - Sm S, M - Gal - Sm r.

Sa kaso ng transduction, ang donor ay naglilipat lamang ng isang solong fragment ng DNA sa pamamagitan ng phage. Samakatuwid, ang mga nahawaang bakterya ng tatanggap ay, kumbaga, diploid para sa inilipat na fragment (merozygotes) at bahagyang heterozygotes (heterogenotes), ang mga supling nito ay maaaring maglaman ng recombinant bacteria M + Gal - Sm s at M - Gal - Sm s na lumitaw sa panahon ng transduction.

Maaaring iba ang kapalaran ng inilipat na fragment ng donor chromosome sa cell ng tatanggap. Ang fragment na ito ay maaaring, una, isama sa host chromosome at magtiklop nang sama-sama at kasabay sa kaukulang bahagi ng host chromosome (kumpletong transduction), pangalawa, maaari itong alisin mula sa host cell at, pangatlo, maaari itong mapanatili ang awtonomiya at mailipat. mula sa cell patungo sa cell anuman ang host chromosome (abortive transduction).

Ang phage ay maaaring magdala ng iba't ibang uri ng bacterial genes na tumutukoy sa isang tiyak na pattern ng synthesis ng amino acid, iba't ibang enzymatic properties, paglaban sa antibiotics (streptomycin, penicillin) at immunity sa isa pang phage. Bilang isang tuntunin, isa, hindi gaanong madalas ang dalawang malapit na nauugnay na mga gene, at napakabihirang tatlong mga gene ang na-transduce sa parehong oras. Ang tampok na ito ay ginamit sa mga eksperimento ni M. Demerets at ng kanyang mga kasamahan, na, sa pamamagitan ng pagsasaalang-alang sa mga resulta ng transduction, pinamamahalaang mag-map ng malapit na naka-link na gene loci na nagsisiguro sa synthesis ng cysteine ​​​​sa Salmonella.

Kaya, ang transduction, tulad ng pagbabago, ay isang uri ng proseso ng recombination ng gene. Ang recombination ng gene ay isa sa mga mekanismo na nagsasagawa ng combinative variability sa bacteria, na sa mas mataas na organismo ay sinisiguro ng meiosis.

Kung makakita ka ng error, mangyaring i-highlight ang isang piraso ng teksto at i-click Ctrl+Enter.

Mga Simpleng Teknik para sa Pagbalam ng mga Pahid

Mga simpleng pamamaraan paglamlam ay tinatawag na paglamlam ng mga paghahanda sa anumang pangkulay. Kadalasan, ginagamit ang fuchsin, gentian violet, at methylene blue.

Paghihiwalay ng mga purong kultura ng aerobic at anaerobic bacteria

Ang isang purong kultura ay isang populasyon ng mga microorganism ng isang species. Upang i-highlight purong kultura Ang mga aerob ay gumagamit ng mga pamamaraan batay sa:

1. Mechanical na paghihiwalay ng bacterial cells;

2. Mga aksyon ng pisikal at mga kadahilanan ng kemikal, pagkakaroon ng isang piling epekto;

3. Ang kakayahan ng ilang bacteria na dumami sa katawan.

Ang pamamaraan ng Drigalsky ay batay sa mekanikal na paghihiwalay ng lahat ng uri ng mikrobyo na bumubuo sa materyal na pinag-aaralan sa ibabaw ng isang siksik na daluyan ng nutrisyon.

1. Kahulugan komposisyon ng microbial materyal sa pagsubok (paghahanda ng pahid, Gram stain).

2. Paghahasik sa isang Petri dish: isang patak ng materyal ay inilapat sa ibabaw ng MPA at kuskusin ng isang spatula. Nang hindi sinusunog ang spatula o nangongolekta ng bagong materyal, ihasik ang pangalawa at pangatlong tasa.

3. Ang mga seeded cup ay nakabaligtad at inilublob sa thermostat sa loob ng 18-20 oras sa temperaturang 37°

1. Microscopic na pagsusuri ng column ayon sa laki, hugis, kulay, kalikasan ng ibabaw, mga gilid, pagkakapare-pareho ng kolonya.

2. Microscopic na pagsusuri ng isang kolonya na pinag-aaralan (paghahanda ng isang smear, Gram stain).

3. Ang natitirang bahagi ng kolonya ay inililipat sa isang test tube na may slanted sor.

4. Ang test tube ay incubated sa isang thermostat sa loob ng 18-20 oras sa temperatura na 37° C. Stage III.

Sinusuri ang kultura para sa kadalisayan (macroscopic - pare-parehong paglaki, mikroskopiko - pare-pareho sa mga katangiang morpolohikal at mga katangian ng tinctorial ng cell). Ang pagkakakilanlan ay isinasagawa sa pamamagitan ng:

Mga katangian ng enzymatic.

Antigenic properties ng phage sensitivity, toxicity at iba pang mga palatandaan

Mga tampok ng pisyolohiya ng anaerobic bacteria

Ang mga anaerobic microorganism, hindi tulad ng aerobes, ay hindi lamang nangangailangan ng air oxygen para sa kanilang mahahalagang pag-andar, ngunit ang huli, sa ilang mga kaso, ay nakakasira pa para sa kanila. Ang oksihenasyon ng substrate sa isang bacterial cell ay maaaring isagawa sa pamamagitan ng direktang oksihenasyon ng sangkap na may atmospheric oxygen (aerobic pathway) o sa pamamagitan ng dehydrogenation (pag-alis ng hydrogen mula sa substrate), na nangyayari kapwa sa ilalim ng mga kondisyon ng aerobic (aerobic dehydrogenation) at anaerobic na kondisyon (anaerobic dehydrogenation).

Ang aerobic dehydrogenation na may malawak na access sa oxygen ay nagtatapos sa oksihenasyon ng substrate sa mga huling produkto, at ang lahat ng enerhiya na nakapaloob sa substrate ay inilabas. Ngunit maaaring hindi ito kumpleto, at ang mga resultang produkto ng oksihenasyon ay maaaring maglaman ng mas maraming enerhiya.

Ang anaerobic dehydrogenation ay nangyayari sa isang kapaligiran na walang oxygen. Ang huling hydrogen acceptors ay maaaring carbon, nitrogen, at sulfur, na nababawasan sa CH^, NH^, HS^. Ang enerhiya na inilabas sa kasong ito ay maliit, ngunit ang mga nagresultang intermediate na produkto ay naglalaman pa rin ng isang malaking halaga ng enerhiya na nakapaloob sa kanila. Ang parehong aerobic at anaerobic na uri ng oksihenasyon ay hindi maaaring mangyari nang walang partisipasyon ng ilang mga enzyme, at ang anaerobic oxidation pathway ay nangingibabaw sa mga microorganism. Ang ilang mga microorganism ay may kakayahang baguhin ang aerobic na uri ng paghinga sa anaerobic at vice versa - ito ay facultative anaerobes. Ang iba pang mga microorganism ay nabubuhay lamang sa kawalan ng libreng oxygen - obligado, i.e. obligadong anaerobes.

Mga pamamaraan para sa paglikha ng mga kondisyon ng anaerobic

Mga pisikal na pamamaraan. Batay sa paglilinang ng mga microorganism sa isang walang hangin na kapaligiran, na nakamit:

1) paghahasik sa media na naglalaman ng pagbabawas at madaling oxidized na mga sangkap;

2) paghahasik ng mga mikroorganismo nang malalim sa solid nutrient media;

3) mekanikal na pag-alis ng hangin mula sa mga sisidlan kung saan sila lumaki anaerobic microorganism;

4) pagpapalit ng hangin sa sisidlan ng ilang walang malasakit na gas.

Transduction. Mga uri. Mekanismo ng nonspecific transduction

Transduction- paglipat ng bacterial DNA sa pamamagitan ng bacteriophage. Sa panahon ng proseso ng pagtitiklop ng phage sa loob ng bakterya, ang isang fragment ng bacterial DNA ay tumagos sa phage particle at inililipat kasama nito sa bacterium ng tatanggap. Sa kasong ito, ang mga particle ng phage ay kadalasang may depekto at nawawala ang kanilang kakayahang magparami. Dahil ang maliliit na fragment lamang ng DNA ang na-transduce, ang posibilidad ng recombination na makakaapekto sa isang partikular na katangian ay napakaliit: ito ay mula 10 -6 hanggang 10 -8. May tatlong uri ng transduction: nonspecific (general), specific at abortive.

Pangkalahatan (hindi tiyak) transduction- paglipat ng isang bacteriophage ng isang fragment ng anumang bahagi ng isang bacterial chromosome. Sa isang cell na nahawaan ng isang bacteriophage, sa panahon ng pagpupulong ng populasyon ng anak na babae, ang isang fragment ng bacterial DNA o plasmid ay maaaring tumagos sa mga ulo ng ilang mga phage, maaaring kasama ng viral DNA o sa halip nito. Ang prosesong ito ay nangyayari dahil ang bacterial DNA fragment pagkatapos ng impeksyon sa phage at isang piraso ng bacterial DNA na kapareho ng laki ng phage DNA ay pumapasok sa viral particle sa bilis na humigit-kumulang 1 sa 1000 phage particle. Sa ganitong paraan ng transduction, halos anumang mga gene ay maaaring ipasok sa mga cell ng tatanggap. Ang phenomenon ng nonspecific transduction ay maaaring gamitin upang imapa ang bacterial chromosome.

Pagbabago

Ang pagbabago ay ang paglipat ng purong DNA mula sa isang cell patungo sa isa pa. Ang pagbabago ay natuklasan ng bacteriologist na si F. Griffiths noong 1928 sa mga eksperimento sa pneumococci. Ang pneumococci ay may dalawang uri ng mga strain: S- at R-form.

Ang S-form ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagkakaroon ng isang polysaccharide capsule, dahil sa kung saan, kapag artipisyal na nilinang, ito ay bumubuo ng makinis na makintab na mga kolonya; ang form na ito ay pathogenic para sa mga daga. Ang R-form ay walang kapsula, kapag artipisyal na nilinang, ito ay bumubuo ng mga magaspang na kolonya; ang form na ito ay non-pathogenic para sa mga daga. Ngunit kung ang mga pinatay na S-cell at ang mga live na R-cell ay sabay-sabay na iniksyon sa mga daga, ang mga daga ay namamatay. Samakatuwid, ang genetic properties ng isang strain ay nakakaimpluwensya sa genetic properties ng isa pang strain.

Noong 1944, pinatunayan ni O. Avery, K. McLeod at M. McCarthy na ang mga pagbabago sa namamana na katangian ng mga selula ay nauugnay sa paglipat ng DNA.

Ang kakayahan ng isang cell na magbago ay posible sa ilalim ng espesyal na kondisyon nito, na tinatawag na kakayahan. Ang mga karampatang selula ay nagbabago ng komposisyon pader ng cell at plasmalemma: ang pader ay nagiging porous, ang plasmalemma ay bumubuo ng maraming invaginations, at sa panlabas na ibabaw lumilitaw ang mga espesyal na antigens - mga kadahilanan ng kakayahan (sa partikular, mga tiyak na protina na may mababang timbang ng molekular).

SA natural na kondisyon extracellular purong DNA ay nabuo sa panahon ng kamatayan (lysis) ng prokaryotes.

Bilang isang patakaran, ang pagbabagong-anyo ay nangyayari sa loob ng isang species ng prokaryotes, ngunit sa pagkakaroon ng mga homologous na gene, ang interspecific na pagbabago ay sinusunod din.

Kasama sa proseso ng pagbabago ang mga sumusunod na yugto:

1. Attachment ng pagbabago ng double-stranded DNA sa mga receptor sa ibabaw ng cell ng tatanggap.

2. Conversion ng double-stranded DNA sa single-stranded.

3. Pagpasok ng single-stranded DNA sa cell.

4. Pagsasama-sama ng pagbabago ng DNA sa chromosome ng tatanggap at recombination ng genetic material.

Ang haba ng pagbabago ng DNA ay dapat mula 500 hanggang 200 libong bp. Ang enerhiya na inilabas sa panahon ng pagkasira ng isa sa mga DNA strands ay ginagamit para sa aktibong transportasyon ng natitirang strand sa cell.

Ang unang tatlong yugto ng pagbabagong-anyo ay hindi nakasalalay sa komposisyon ng nucleotide ng DNA. Gayunpaman, ang proseso ng pagsasama ng pagbabago ng DNA sa chromosome ng tatanggap ay mas malamang kung ang DNA na ito ay lubos na homologous sa DNA ng tatanggap.

Ang proseso ng pagbabago ay inilalarawan sa diagram. Ang bawat segment ng tuwid na linya ay tumutugma sa isang DNA strand. Ang pagbabagong DNA ay ipinahiwatig sa itim, at ang recipient cell DNA ay ipinahiwatig sa kulay abo.

Sa unang yugto, ang pagbabago ng DNA ay nakakabit sa mga site ng receptor sa ibabaw ng cell ng tatanggap.

Sa ikalawang yugto, ang double-stranded na DNA sa ibabaw ng cell ay na-convert sa single-stranded DNA dahil sa cleavage ng isa sa mga strand ng bacterial nucleases.

Sa ikatlong yugto, ang natitirang DNA strand ay dinadala sa buong lamad patungo sa cytoplasm. Ginagamit nito ang enerhiya na inilabas sa panahon ng pagkasira ng komplementaryong kadena.

Sa panahon ng pagtitiklop ng isang bacterial chromosome, ang nagbabagong DNA strand ay nakakabit sa isang homologous (partially complementary) na rehiyon ng DNA ng recipient cell. Sa kasong ito, dahil sa kakulangan ng kumpletong complementarity, isang heteroduplex ("molecular heterozygote") ay nabuo - isang seksyon ng double-stranded DNA kung saan hindi lahat ng mga pares ng nucleotide ay may mga nitrogenous na base na konektado ng mga hydrogen bond. Ang natitirang bahagi ng DNA ay umuulit nang normal.

Pagkatapos ng pagtatapos ng DNA replication, ang recipient cell ay nahahati upang bumuo ng dalawang cell: isang bahagyang nabagong cell na may chromosome na kinabibilangan ng heteroduplex DNA region, at isang hindi nabagong cell. Sa panahon ng pagtitiklop ng DNA sa isang bahagyang nabagong selula, ang mga pantulong na kadena ay nakumpleto sa parehong mga hibla ng DNA. Ang isang strand ay nagpapanatili ng orihinal na mga pagkakasunud-sunod ng nucleotide, habang ang isa ay ganap na nagbabago. Pagkatapos ng paghahati ng isang bahagyang nabagong selula, isang hindi nabagong selula at isang ganap na nabagong selula ay nabuo, kung saan ang orihinal na pagkakasunud-sunod ng nucleotide ay pinalitan ng nucleotide sequence ng nagbabagong DNA.

Kaya, sa panahon ng pagbabagong-anyo, hindi ang pagdaragdag ng mga bagong gene ang nangyayari, ngunit ang pagpapalit ng mga gene ng tatanggap ng mga homologous nucleotide sequence.

Ang dalas ng pagbabagong-anyo sa mga prokaryote ay nakasalalay sa mga katangian ng nagbabagong DNA, ang konsentrasyon nito, ang estado ng cell ng tatanggap, at ang uri ng bakterya. Ang maximum na dalas ng mga nabagong cell ay hindi lalampas sa 1 bawat 100 na mga cell.

Ang pagbabago ay kilala rin para sa mga eukaryote. Gayunpaman, walang mga receptor site sa ibabaw ng mga eukaryotic cell, at ang pagbabago ng DNA ay artipisyal na ipinapasok sa mga cell. Halimbawa, ang DNA ay ipinapasok sa mga itlog ng hayop sa pamamagitan ng direktang microinjection, at sa mga itlog ng halaman sa pamamagitan ng microinjection sa pollen tube.

Ang transduction ay ang paglipat ng genetic material gamit ang mga virus mula sa isang donor cell patungo sa isang recipient cell.

Ang phenomenon ng transduction ay natuklasan noong 1951 ni N. Zinder (isang estudyante ni J. Lederberg).

Sa panahon ng transduction, ang DNA mula sa host cell ay pumapasok sa mga virion. Ang mga virion ay nakakahawa sa iba pang mga selula, at ang DNA ng orihinal na selula ng bakterya ay pumapasok sa isa pang selula ng bakterya. Ang viral DNA ay sumasama sa bacterial chromosome, at ang ipinakilala na bacterial DNA ay muling pinagsama sa DNA ng bacterial chromosome. Bilang resulta, 50% ng mga selula ay nababago.

Mayroong pangkalahatan (hindi tiyak), limitado (tiyak) at abortive transduction.

Pangkalahatang transduction

Sa pangkalahatang transduction Ang mga fragment ng donor bacterial DNA ay hindi sinasadyang kasama sa maturing phage particle kasama ng phage DNA o sa halip na phage DNA. Ang mga fragment ng bacterial DNA ay nabuo kapag ito ay pinutol ng isang enzyme na kinokontrol ng phage. Ang isang phage particle ay maaaring magsama ng hanggang 100 bacterial genes.

Limitadong transduction

Sa limitadong transduction, nangyayari ang recombination - pinapalitan ng bacterial DNA ang bahagi ng phage DNA. Ang recombinant DNA ay naglalaman ng isang maliit na bilang ng mga bacterial gene na katabi ng phage DNA na isinama sa bacterial chromosome.

Sa pangkalahatan at limitadong transduction, pinapalitan ng donor DNA ang mga homologous na rehiyon ng DNA ng tatanggap. Ang prosesong ito ay katulad ng pagbabago.

Ang abortive transduction ay maaaring parehong nonspecific at specific. Ang kakanyahan nito ay nakasalalay sa katotohanan na ang fragment ng DNA na inilipat ng phage ay hindi kasama sa chromosome ng tatanggap, ngunit umiiral bilang isang cytoplasmic replicon. Maaga o huli, mawawala ang replicon na ito.

Ang phenomenon ng transduction ng mga virus ay malawakang ginagamit sa gene transfer sa mga eukaryotes. Kung ang isang virus ay ginagamit na hindi makabuo ng isang capsid (iyon ay, umiiral lamang sa anyo ng DNA), kung gayon ang transduction ay hindi pangunahing naiiba sa pagbabagong-anyo o mula sa conjugative transfer ng genetic na materyal gamit ang plasmid vectors. Ang mga vector system ay nilikha batay sa mga binagong SV40 virus (bumubuo sila ng hanggang 100 libong kopya sa isang cell), herpes, vaccinia, at cauliflower mosaic virus.

Dapat itong bigyang-diin muli na ang lahat ng inilarawan na mga uri ng recombination ay nauugnay hindi sa pagdaragdag ng mga bagong seksyon ng DNA, ngunit sa pagpapalit ng mga umiiral na nucleotide sequence. Kung mas mataas ang antas ng homology sa pagitan ng pagbabago at orihinal na DNA, mas mataas ang posibilidad ng matagumpay na recombination. Ang pinakamadaling paraan upang makamit ang recombination ay ang mga enzyme na matatagpuan sa lahat ng organismo. Mas mahirap magpakilala ng mga bagong regulator na lubos na partikular sa genome. Samakatuwid, upang ipakilala ang mga bagong gene sa genome, higit pa kumplikadong pamamaraan nauugnay sa biochemical modification ng DNA.