Hoe verwisselen bacteriën genetische informatie

Bacteriën zijn microscopische organismen met dubbelstrengig, circulair DNA in hun genoom. Hoewel bacteriën geen verplichte seksuele voortplantingsstappen hebben tijdens hun levenscyclus, kunnen ze actief genetische informatie tussen hen uitwisselen. De uitwisseling van genetische informatie in bacteriën gebeurt op drie manieren: conjugatie, transformatie en transductie. De directe overdracht van genetisch materiaal tussen twee bacteriën staat bekend als conjugatie; het gebeurt via een geslachtspilus. Transformatie is het oppikken van naakt, vreemd DNA uit de omgeving. Transductie is het dragen van bacterieel DNA door bacteriofagen aan een andere bacterie.

Key Areas Covered

1. Wat zijn Bacteriën
      - Definitie, kenmerken, Bacterieel DNA
2. Hoe verwisselen bacteriën genetische informatie
     - Conjugation, Transformation, Transduction

Sleutelbegrippen: bacterieel DNA, conjugatie, plasmiden, sex-pilus, transformatie, transductie

Wat zijn Bacteriën

Bacteriën zijn prokaryoten die membraangebonden organellen missen. Ze hebben een peptidoglycan celwand. Aseksuele reproductie door binaire splitsing is de belangrijkste reproductiemethode in bacteriën. Bacteriën kunnen twee soorten genetisch materiaal in een bacterie bevatten en het zijn bacterieel genoom en plasmiden. Genoom is een dubbelstrengs circulair chromosomaal DNA en plasmiden zijn dubbelstrengs kleine, cirkelvormige DNA-moleculen. Bacterieel chromosomaal DNA bevindt zich in het nucleotide. De grootte van de E coli genoom is 4,6 miljoen basenparen, en het bestaat uit ongeveer 4.300 genen. Plasmiden of niet-chromosomaal bacterieel DNA zijn kleiner dan het bacteriële chromosoom en per bacteriecel kunnen meerdere tot meer dan duizenden plasmiden worden gevonden. Bacteriën in een cultuur worden getoond in Figuur 1.

Figuur 1: Bacteriën

Hoe verwisselen bacteriën genetische informatie

De genetische informatie kan worden overgedragen van de ene bacterie naar de andere in de vorm van DNA. De overdracht van genetische informatie tussen bacteriën wordt niet vaak als een echte uitwisseling beschouwd, aangezien de ene bacterie als donor dient, terwijl de andere alleen als ontvanger dient. Bovendien worden alleen kleine stukjes bacteriële chromosomen overgedragen.

De drie modi die worden gebruikt voor de uitwisseling van genetische informatie tussen bacteriën zijn conjugatie, transformatie en transductie.

Conjugatie

Het proces dat genetische informatie uitwisselt tussen twee bacteriën via een direct cel-cel contact staat bekend als conjugatie. Het wordt gemedieerd door conjugatieve plasmiden die zijn gecodeerd met efficiënte mechanismen voor de mediatie van DNA-overdracht. Conjugatie is een unidirectioneel proces en alleen de donorbacterie heeft de conjugatie-plasmiden. Conjugatieve plasmiden van Gram-negatieve bacteriën worden gecodeerd voor een sexpilus die de DNA-overdracht naar de ontvangende bacterie vergemakkelijkt. Het directe contact tussen twee bacteriën wordt bereikt via de geslachtspilus en vormt een echtelijke brug. De stappen van bacteriële conjugatie worden getoond in Figuur 2.

Figuur 2: Vervoeging

1- Donorcel produceert pilus.
2- Pilus hecht aan de ontvangende cel, brengt de twee cellen bij elkaar.
3- Het mobiele plasmide wordt geknipt en een enkele DNA-streng wordt vervolgens overgebracht naar de ontvangende cel.
4- Beide cellen opnieuw circulariseren hun plasmiden, synthetiseren tweede strengen en reproduceren pili; beide cellen zijn nu levensvatbare donoren.

transformatie

Het proces van het nemen van de vrije fragmenten van DNA door bacteriën uit het omringende medium staat bekend als transformatie. Alleen de competente bacteriële cellen kunnen DNA opnemen door transformatie. Beperkte soorten bacteriën kunnen op natuurlijke wijze een transformatie ondergaan zoals Bacil, Streptococcus, Neisseria, Haemophilus, enz. Bovendien zijn de meeste bacteriën zoals E coli kan kunstmatig competent worden gemaakt door het bloot te stellen aan een medium met calciumchloride. Plasmiden worden gebruikt als dragers van DNA bij de transformatie tijdens DNA-kloneringsexperimenten.

transductie

Het proces van het overbrengen van bacterieel DNA van één cel naar een andere cel door middel van bacteriën infecterende virussen is bekend als transductie. Het wordt beschouwd als een efficiënte methode voor DNA-overdracht, omdat vreemd DNA binnen de bacteriofaag wordt beschermd. Het door bacteriofagen overgedragen DNA wordt door homologe recombinatie permanent in het ontvangende bacteriële genoom geïntegreerd.

Conclusie

De uitwisseling van genetisch materiaal tussen DNA vindt plaats in drie methoden; conjugatie, transformatie en transductie. Conjugatie is de directe overdracht van genetisch materiaal tussen twee bacteriën met behulp van een geslachts pilus. Transformatie is de opname van naakte DNA-fragmenten door bacteriën uit het omringende medium. Transfectie is de overdracht van bacterieel DNA door bacteriën die virussen infecteren.

Referentie:

1. Rogers, Kara en Robert J. Kadner. “Bacteriën.” Encyclopædia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc., 22 feb. 2018, hier beschikbaar.

Afbeelding met dank aan:

1. "Bacteroides hypermegas bacteria" door CDC / Dr. V. R. Dowell, Jr. (Public Domain) via Public Health Image Library
2. "Conjugation" door Adenosine - Eigen werk (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia