If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Биологична библиотека

Курс: Биологична библиотека > Раздел 21

Урок 3: Мутации
Наука
Биологична библиотека
Още молекулярна биология
Мутации
© 2023 Khan AcademyУсловия за ползванеДекларация за поверителностПолитика за Бисквитки

Генетична изменчивост при прокариотите

Класна стая на Google
Механизми, които генерират изменчивост при прокариотните популации. Трансдукция, трансформация, конюгация, транспортируеми елементи.

Ключови точки:

  • При трансформацията една бактерия приема частица ДНК, носеща се в околната среда.
  • При трансдукция ДНК преминава инцидентно от една бактерия към друга чрез вирус.
  • При конюгация ДНК се прехвърля между бактериите чрез тръбичка между клетките.
  • Транспортируеми елементи са групи ДНК, които "прескачат" от едно място до друго. Те могат да придвижат бактериални гени, които дават на бактериите антибиотична резистентност или ги правят причиняващи заболяване.

Въведение

Когато чуеш думата "клонинг", за какво мислиш? Може би за овцата Доли или за експерименти, проведени в лабораториите по молекулярна биология? Но също е вярно, че бактериите около теб – върху кожата ти, в червата ти, растящи на кухненската мивка – се "клонират" постоянно!
Бактериите се възпроизвеждат, като се разделят на две чрез бинарно делене. Бинарното делене изгражда клонинги, или генетично идентични копия на родителската бактерия. Тъй като "дъщерните" бактерии са генетично идентични на родителя, бинарното делене не предоставя възможност за генетична рекомбинация или генетично разнообразие (освен случайните мутации, които се случват отвреме-навреме). Това е в контраст на половото възпроизвеждане.
Все пак генетичното разнообразие е ключ за оцеляване на видовете, като позволява на групите да се адаптират към промени в околната си среда чрез естествен подбор. Това е вярно и за бактериите, и за растенията и животните. Така че не е твърде учудващо, че прокариотите могат да споделят гени чрез три други механизми: конюгация, трансформация и трансдукция.

Трансформация

При трансформация една бактерия приема ДНК от околната си среда, често ДНК, която е била освободена от други бактерии. В лабораторията ДНК може да бъде въведена от учените (виж статията за биотехнологии). Ако ДНК е във вид на кръгова ДНК, наречена плазмид, тя може да бъде копирана в получаващата клетка и предадена на потомците ѝ.
Вляво: плазмид, поет чрез трансформация.
Вдясно: Линеен ДНК фрагмент, поет чрез трансформация и вкаран в бактериалната хромозома чрез хомоложна рекомбинация.
Фигура, модифицирана от "Конюгация" от Аденозин (CC BY-SA 3.0). Модифицираното изображение е под лиценз CC BY-SA 3.0.
Защо това би било важно? Представи си, че безвредна бактерия поеме ДНК за токсичен ген от патогенен (причиняващ заболяване) вид бактерия. Ако получаващата клетка включи новата ДНК в собствената си хромозома (което може да се случи в процес, наречен хомоложна рекомбинация), тя също може да стане патогенна.

Трансдукция

При трансдукцията вируси, които инфектират бактериите, придвижват къси отрязъци хромозомна ДНК от една бактерия към друга "инцидентно".
Да, дори бактериите могат да прихванат вирус! Вирусите, които инфектират бактериите, се наричат бактериофаги. Бактериофагите, като други вируси, са пиратите на биологичния свят – те ограбват ресурсите на клетката и ги използват, за да произведат още бактериофаги.
Но този процес може да е малко нескопосан. Понякога отрязъци от ДНК на клетката гостоприемник биват уловени в новия бактериофаг, докато той се изгражда. Когато един от тези "дефектни" бактериофаги инфектира клетка, той прехвърля тази ДНК. Някои бактериофаги разрязват ДНК на клетката гостоприемник на части, което прави този процес на трансфер по-вероятенstart superscript, 1, end superscript.
Вирус инфектира клетка, като инжектира своята ДНК. Бактериалната ДНК бива фрагментирана и вирусната ДНК се репликира. Изграждат се нови вирусни частици и те излизат от клетката. Една съдържа ДНК на гостоприемника, вместо вирусната ДНК. Когато този вирус инфектира нов гостоприемник, той инжектира бактериалната ДНК, която може да се рекомбинира с хромозомата на новите гостоприемници.
Фигура, модифицирана от "Конюгация" от Аденозин (CC BY-SA 3.0). Модифицираното изображение е под лиценз CC BY-SA 3.0.
Археите, другата група прокариоти освен бактериите, не биват инфектирани от бактериофаги, но имат собствени вируси, които придвижват генетичен материал от един индивид на друг.

Конюгация

При конюгацията ДНК бива прехвърлена от една бактерия на друга. След като донорната клетка се придърпа близо до реципиента, с помощта на структура, наречена ресничка, ДНК бива прехвърлена между клетките. В повечето случаи тази ДНК е във формата на плазмид.
  1. F+ донорна клетка съдържа хромозомна ДНК и F плазмид. Тя има пръчкоподобна ресничка. Реципиентна F- клетка има само хромозома и няма F плазмид.
  2. Донорната клетка използва ресничката си, за да се прикрепи към реципиентната клетка, и двете клетки се сближават.
  3. Образува се канал между цитоплазмата на двете клетки и единична нишка на F плазмида преминава през него.
  4. И двете клетки сега имат F плазмид и са F+. Реципиентната досега клетка сега става нов донор и може да образува ресничка.
Фигура, модифицирана от "Конюгация" от Аденозин (CC BY-SA 3.0). Модифицираното изображение е под лиценз CC BY-SA 3.0.
Донорните клетки типично действат като донори, понеже имат група ДНК, наречена фертилитетен фактор (или F фактор). Тази група ДНК кодира протеини, които изграждат половата пила. Тя също съдържа специално място, където започва ДНК трансферът по време на конюгацияsquared.
Ако F факторът е прехвърлен по време на конюгация, получаващата клетка се превръща в Fstart superscript, plus, end superscript донор, който може да създаде собствена ресничка и да прехвърли ДНК към други клетки. Ето една аналогия: този процес е подобен на това как един вампир може да превърне други хора във вампири, като ги ухапе.

Транспортируеми елементи

Транспортируемите елементи също са важни в бактериалната генетикаcubed. Тези "парчета" ДНК "прескачат" от едно място към друго в генома, копирайки и поставяйки се или вмъквайки копия на себе си в нови места. Траспортируемите елементи се срещат при много организми (включително теб и мен!), не само при бактериите.
При бактериите транспортируемите елементи понякога носят гени за антибиотична резистентност и патогенност (гени, които правят бактериите причиняващи заболяване)start superscript, 4, comma, 5, comma, 6, end superscript. Ако един от тези транспортируеми елементи "прескочи" от хромозомата в плазмид, гените, които носи, могат лесно да бъдат предадени към други бактерии чрез трансформация или конюгация. Това означава, че гените могат бързо да се разпространят из популацията.
Един начин, по който транспозоните могат да се преместват в генома, е като се копират и копието влезе на нова място. В тази диаграма транспозон в бактериалната хромозома бива копиран и се вмъква в плазмида.
Изображение, базирано на подобно изображение в Reece et al. start superscript, 7, end superscript

Заключение

При бактериите възпроизводството обикновено е много бързо, като създаването на поколение отнема малко повече от няколко минути за някои видове. Това късо време за създаване на поколение в комбинация със случайни мутации и механизмите на генетична рекомбинация, които видяхме в тази статия, позволяват на бактериите (и други прокариоти) да еволюират много бързо.
Хубаво ли е това? Зависи от гледната точка. Бързата еволюция означава, че бактериите могат много бързо да се адаптират към промени в средата като въвеждането на антибиотик. Това е хубаво за тях, но лошо за нас, когато се борим с инфекцията!

Провери знанията си

  1. Свържи всеки вид генен трансфер с определението му.

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Вписване в профила
Все още няма публикации.
Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.