Bakteerikonjugaatio
Bakteerikonjugaatio on geneettisen materiaalin siirtymistä bakteerisolujen välillä suorassa solujen välisessä kontaktissa tai kahden solun välisen sillan kaltaisen yhteyden kautta.
Konjugaatio on horisontaalisen geeninsiirron mekanismi, samoin kuin transformaatio ja transduktio, vaikka näihin kahteen muuhun mekanismiin ei liity solujen välistä kontaktia.
Bakteerien konjugaation löysivät Nobel-palkitut Joshua Lederberg ja Edward Tatum. He osoittivat, että Escherichia coli -bakteeri siirtyi seksuaaliseen vaiheeseen, jonka aikana se pystyi jakamaan geneettistä tietoa.
Bakteerikonjugaatiota pidetään usein virheellisesti sukupuolisen lisääntymisen vastineena, koska siihen liittyy geneettisen materiaalin vaihtoa. Konjugaation aikana luovuttajasolu antaa konjugoituvan tai mobilisoituvan geneettisen elementin, joka on useimmiten plasmidi tai transposoni. Useimmissa konjugatiivisissa plasmideissa on järjestelmiä, joilla varmistetaan, että vastaanottajasolu ei jo sisällä samanlaista elementtiä.
Siirretty geneettinen tieto on usein hyödyllistä vastaanottajalle. Hyötyjä voivat olla esimerkiksi antibioottiresistenssi, ksenobioottien sietokyky tai kyky käyttää uusia aineenvaihduntatuotteita. Tällaisia hyödyllisiä plasmideja voidaan pitää bakteerien endosymbionteina. Muita elementtejä voidaan kuitenkin pitää bakteerien loisina ja konjugaatiota niiden kehittämänä mekanismina, joka mahdollistaa niiden leviämisen.
Mekanismi
Konjugatiivinen perusplasmidi on F-plasmidi eli F-faktori. F-plasmidi on episomi (plasmidi, joka voi integroitua bakteerin kromosomiin), jonka pituus on noin 100 000 emäsparia.
Tietyssä bakteerissa voi olla vain yksi kopio F-plasmidia, joko vapaana tai integroituneena, ja bakteereja, joilla on kopio, kutsutaan F-positiivisiksi tai F-plus-bakteereiksi (merkintä F +). Soluja, joista puuttuu F-plasmidi, kutsutaan F-negatiivisiksi tai F-miinuksiksi (F -), ja ne voivat toimia vastaanottajasoluina.
Bakteerikonjugaation kaaviokuva. Konjugaatiokaavio 1- Luovuttajasolu tuottaa piluksen. 2- Pilus kiinnittyy vastaanottajasoluun ja yhdistää nämä kaksi solua. 3- Liikkuva plasmidi niksautetaan ja yksittäinen DNA-juoste siirtyy vastaanottajasoluun. 4- Molemmat solut syntetisoivat komplementaarisen säikeen tuottaakseen kaksisäikeisen ympyränmuotoisen plasmidin ja tuottaakseen myös pilejä; molemmat solut ovat nyt elinkelpoisia luovuttajia.
Kuntien välinen siirto
Typpeä sitovat Rhizobiat ovat mielenkiintoinen tapaus valtakuntien välisestä konjugaatiosta.
Esimerkiksi Agrobacteriumin kasvainta aiheuttava (Ti) plasmidi ja A. rhizogenesin juurikasvainta aiheuttava (Ri) plasmidi sisältävät geenejä, jotka voivat siirtyä kasvisoluihin. Nämä geenit tekevät kasvisoluista tehtaita, jotka tuottavat kemikaaleja, joita bakteerit käyttävät typen ja energian tuotantoon. Infektoituneet solut muodostavat kruunupalloja tai juurikasvaimia. Ti- ja Ri-plasmidit ovat siis bakteerien endosymbiontteja, jotka puolestaan ovat tartunnan saaneen kasvin endosymbiontteja (tai loisia).
Geenitekniikka
Konjugaatio on kätevä keino siirtää geneettistä materiaalia erilaisiin kohteisiin. Laboratorioissa on raportoitu onnistuneista siirroista bakteereista hiivaan, kasveihin, nisäkässoluihin ja eristettyihin nisäkkäiden mitokondrioihin.
Konjugaatiolla on etuja muihin geneettisen siirron muotoihin verrattuna. Kasvinsuojelussa Agrobacteriumin kaltainen konjugaatio täydentää muita vakiovälineitä, kuten tupakan mosaiikkivirusta (TMV). Vaikka TMV kykenee tartuttamaan monia kasviryhmiä, nämä ovat pääasiassa ruohovartisia kaksisirkkaisia kasveja. Agrobacteriumin kaltaista konjugaatiota käytetään myös ensisijaisesti kaksisirkkaisiin kasveihin, mutta yksisirkkaiset vastaanottajat eivät ole harvinaisia.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on bakteerikonjugaatio?
V: Bakteerikonjugaatio on geneettisen materiaalin siirtymistä bakteerisolujen välillä suorassa solujen välisessä kontaktissa tai kahden solun välisen sillan kaltaisen yhteyden kautta.
K: Mitä muita horisontaalisen geeninsiirron mekanismeja on olemassa?
V: Muita horisontaalisen geeninsiirron mekanismeja ovat transformaatio ja transduktio, vaikka näihin kahteen muuhun mekanismiin ei liity solujen välistä kontaktia.
K: Kuka löysi bakteerien konjugaation?
V: Bakteerikonjugaation löysivät Nobel-palkitut Joshua Lederberg ja Edward Tatum.
K: Mitä Lederberg ja Tatum osoittivat Escherichia coli -bakteerista konjugaation aikana?
V: Lederberg ja Tatum osoittivat, että Escherichia coli -bakteeri siirtyi yhdyntävaiheeseen, jonka aikana se pystyi jakamaan geneettistä tietoa.
K: Mitä luovuttajasolu tarjoaa konjugaation aikana?
V: Konjugaation aikana luovuttajasolu tarjoaa konjugoituvan tai mobilisoituvan geneettisen elementin, joka on useimmiten plasmidi tai transposoni.
K: Mitä hyötyä konjugaation aikana siirrettävästä geneettisestä informaatiosta on?
V: Konjugaation aikana siirtyvä geneettinen informaatio on usein hyödyllistä vastaanottajalle. Hyötyjä voivat olla esimerkiksi antibioottiresistenssi, ksenobioottien sietokyky tai kyky käyttää uusia aineenvaihduntatuotteita.
K: Miten joitakin konjugaation aikana siirtyviä elementtejä voidaan tarkastella?
V: Muita konjugaation aikana siirtyviä elementtejä voidaan pitää bakteerien loisina ja konjugaatiota niiden kehittämänä mekanismina, joka mahdollistaa niiden leviämisen.
