Parasexual processes in bacteria

_notoc__ Bakterie jsou organismy, které se rozmnožují nepohlavně. Výměna genetické informace probíhá prostřednictvím parasexuálních dějů. Při nich dochází k předání a rekombinaci genetické informace. Způsoby předávání této informace jsou konjugace, transformace a transdukce. Přenášejí se geny, které jsou pro bakterie selekčně výhodné např. odolnost vůči virům, rezistenci vůči antibiotikům.

Konjugace
Konjugace je postupný, regulovatelný proces. Dochází k vytvoření cytoplazmatického spojení mezi dvěma bakteriemi v podobě úzké trubičky a dále k přenosu části nebo celého genomu z dárcovské buňky do buňky příjemce.

O schopnosti přenést část své genetické výbavy do druhé bakterie rozhoduje přítomnost sex-chromatinu (F-faktoru). F-faktor tvoří samostatnou součást jejich genetické výbavy (F-plazmid). Takové buňky označujeme F+ a jsou vždy donory genetické informace. Geny F faktoru determinují tvorbu fimbrií (F-pili) na povrchu, které umožňují kontakt mezi bakteriemi. F+ bakterie se specificky naváže na povrch recipientní bakterie a přenese do ní jedno vlákno svého F-plazmidu. Druhý řetězec se poté v obou bakteriích syntetizuje.

F plazmid se replikuje nezávisle na hlavním chromozomu buňky. V případě předání F-plazmidu, F- buňka se přeměňuje na buňku F+ a je také schopna předávat svou genetickou informaci. F plazmid může být součástí hlavního chromozomu (pomocí inzertních sekvencí), v takovém případě se nazývá episom. Přenesená část chromozomu se rekombinuje s hlavním chromozomem příjemce. Takové buňky vykazují vysokou četnost rekombinací genů a jsou označovány jako Hfr bakterie.

Popsaný proces je typický pro Gram-negativní bakterie. Gram-pozitivní bakterie nevyužívají pili ale adhesiny, díky kterým se buňky dočasně spojí, aby mohlo dojít ke konjugaci.

Transformace
Transformace je přenos genetické informace mezi bakteriemi. Je to aktivní, enzymy řízený a energeticky náročný proces. Probíhá při ní zpětná rekombinace geneticky aktivního materiálu. Izolované nebo z donorových buňek uvolněné alely jsou přenášeny do buněk recipientních (prostřednictvím DNA). Tento proces může vnést například geny pro virulenci.

Tento proces může probíhat pouze u geneticky vybavených druhů, jako jsou například Rod Haemophilus, Rod Neisseria, Streptococcus pneumoniae atd.. U grampozitivních bakterií je zásadní přítomnost peptidu zvaného faktor kompetence, který je nezbytný pro transformaci. U gramnegativních není kompetenční faktor třeba, k transformaci zde ale dojde pouze u velmi příbuzných bakterií.

Dárcovská DNA se váže na buněčný povrch, jedno vlákno je rozloženo, druhé přeneseno pomocí přenašeče do buňky. Při rychlém dělení bakterií nemusí dojít k opravě chybného párování bazí. Dochází ke vzniku jednoho chromozomu s původní výbavou a druhého s výbavou dárcovskou. Polovina potomstva je transformována a druhá polovina není.



Transdukce
Přenos části genetické informace z jedné bakterie do druhé (recipientní) prostřednictvím bakteriofága. Transdukce je možná v lyzogenním cyklu reprodukce virů.

Generalizovaná (obecná) transdukce je děj při kterém bakteriofág přenáší libovolnou část genomu (fragment chromozomu nebo plazmid) donora do recipientní buňky. Projeví se jako dědičná změna v dalších generacích bakterií, pokud byla DNA vestavěna do chromozomu recipientní buňky.

Specializovaná (restringovaná) transdukce je děj, kdy mírný bakteriofág přenáší z donora do recipienta pouze určitou část jeho chromozomu. Místo integrace viru do bakteriálního chromozomu je přesně dané. Virus i chromozom musí obsahovat sekvenci att, kterými se k sobě přiloží, dojde k rozpojení cirkulárního chromozomu bakterie i viru a začlenění virové informace. Virus integrovaný do bakteriálního chromozomu se nazývá profág. Tento proces je reverzibilní a znovu vyštěpený virus může zahájit lytický cyklus buňky.

Abortivní transdukce je děj, při kterém se přenesená část genomu donora se v hostiteli nereplikuje.

Transdukce je přirozený prvek moderního genového inženýrství, kdy temperovaný fág napravuje dědičný defekt hostitele vnesením normálního genu do jeho genomu.

Related articles

 * Prokaryote
 * Viruses
 * Gene Therapy
 * Gene Manipulation