Unterschied zwischen generalisierter und spezialisierter Transduktion

Schlüsseldifferenz - generalisierte vs. spezialisierte Transduktion
 

Die Transduktion ist ein Mechanismus, der DNA durch einen Bakteriophagen von einem Bakterium auf ein anderes Bakterium überträgt. Bakteriophage ist ein Virus, das innerhalb eines Bakteriums infiziert und sich darin repliziert. Es kann sich an die bakterielle Zellwand anlagern und seine DNA in das Bakterium injizieren. Im Inneren des Bakteriums repliziert virale DNA die notwendigen Komponenten und Enzyme, um neue Bakteriophagen zu erzeugen. Während dieses Prozesses wird bakterielle DNA in Stücke abgebaut und integriert sich mit dem viralen Genom oder die virale DNA integriert sich direkt mit der bakteriellen DNA. Neue Bakteriophagen tragen die bakterielle DNA in sich. Wenn diese Bakteriophagen andere Bakterien infizieren, kommt es zu einer Vermischung der bakteriellen DNA. Die Transduktion kann je nach Typ des Bakteriophagen entweder durch einen lytischen Zyklus oder durch einen lysogenen Zyklus erfolgen. Daher gibt es zwei Arten von Transduktionen, nämlich die generalisierte und die spezialisierte Transduktion. Der Hauptunterschied zwischen generalisierter und spezialisierter Transduktion ist der Die generalisierte Transduktion erfolgt durch virulente Bakteriophagen, in denen die Bakterienzelle lysiert, wenn neue Bakteriophagen freigesetzt werden während Die spezialisierte Transduktion erfolgt durch temperierte Bakteriophagen, bei denen die Bakterienzelle nicht lysiert wird und die virale DNA in die bakterielle DNA integriert wird und im Prophage-Stadium innerhalb der Bakterien über mehrere Generationen überlebt.

INHALT
1. Übersicht und Schlüsseldifferenz
2. Was ist generalisierte Transduktion?
3. Was ist spezialisierte Transduktion?
4. Side-by-Side-Vergleich - generalisierte vs spezialisierte Transduktion
5. Zusammenfassung

Was ist generalisierte Transduktion??

Es gibt zwei Arten von Bakteriophagen: virulent und gemäßigt. Virulente Bakteriophagen können das Wirtsbakterium abtöten. Sie durchlaufen immer einen lytischen Lebenszyklus, der den Tod von Wirtsbakterien verursacht. Die Infektion eines Bakteriums durch einen virulenten Bakteriophagen und die Übertragung bakterieller DNA auf ein anderes Bakterium während der zweiten Infektion wird als generalisierte Transduktion bezeichnet. Daher kann eine generalisierte Transduktion als der Transfer bakterieller DNA von einem Bakterium auf ein anderes Bakterium durch einen virulenten Bakteriophagen während des lytischen Zyklus des Bakteriophagen definiert werden. Der bakterielle DNA-Transfer geschieht aufgrund von Fehlern der Verpackung von genetischem Material in den neuen Phagen. Die Verpackung von neu replizierter viraler DNA in neue Phagen zeigt eine geringe Wiedergabetreue. Daher können während der Verpackung des genetischen Materials kleine Stücke bakterieller DNA oder rekombinierte bakterielle DNA mit viraler DNA falsch in Phagen aufgenommen werden. Wenn zufällig bakterielle DNA in das virale Kapsid eingebracht wird, führt die zweite Infektion diese DNA in ein anderes Bakterium ein. Somit ist die Transduktion zwischen zwei Bakterien erfolgreich abgeschlossen.

Nach der Infektion sind virulente Phagen in der Lage, die Bakterienzellmaschinerie zu kontrollieren, um ihre eigene DNA zu replizieren. Das Virus wird auch in der Lage, das Bakterienchromosom in kleine Stücke abzubauen, und verursacht eine plötzliche Zerstörung der Bakterienzellwand für die Freisetzung zusammengesetzter Phagen, die den Zelltod verursachen.

Generalisierter Transduktionsprozess

Die generalisierte Transduktion ist ein schneller Prozess, bei dem Bakterien innerhalb kurzer Zeit absterben. Bakteriophagen sind in der Lage, bakterielle DNA in Stücke zu zerbrechen und die Bakterienzelle zu zerstören. Die Schritte der generalisierten Transduktion können wie folgt zusammengefasst werden.

1. Ein virulenter (lytischer) Bakteriophage infiziert ein Bakterium.
2. Das Phagengenom dringt in die Bakterienzelle ein.
3. Das Virus steuert die bakteriellen Stoffwechselmechanismen, um seine eigene DNA und andere notwendige Komponenten und Enzyme herzustellen.
4. Bakterien-DNA hydrolysiert in kleine Stücke.
5. Genetisches Material verpackt sich in den neuen Phagen. Gelegentlich verpacken bakterielle DNA-Fragmente in neuen Phagenkapsiden
6. Bakterienzellen lysieren und setzen die neuen Phagen frei.
7. Wenn der transduzierte Phage ein anderes Bakterium infiziert, wird die vorherige bakterielle DNA in ein neues eingebaut.

Abbildung 01: Generalisierter Transduktionsprozess

Was ist spezialisierte Transduktion??

Gemäßigte Bakteriophagen zeigen lysogene Lebenszyklen. Sie sind an einem speziellen Transduktionsprozess beteiligt, bei dem ein Fragment bakterieller DNA aufgrund eines Fehlers von einem Bakterium auf ein anderes Bakterium übertragen wird. Daher kann eine spezialisierte Transduktion als Übertragung von Donor-Bakterien-DNA auf ein anderes Bakterium durch die gemäßigten Bakteriophagen definiert werden. Wenn temperierte Phagen Bakterien infizieren, können sie virale DNA in das Bakterienchromosom integrieren und bleiben für mehrere Bakteriengenerationen im Prophagenstadium, ohne sie aus dem Bakteriengenom freizusetzen. Während der bakteriellen Genomreplikation unterliegt die virale DNA der Replikation und dringt in neue Bakterienzellen ein und überlebt. Wenn jedoch die Propheten durch bestimmte Faktoren induziert werden, löst sich die virale DNA vom bakteriellen Chromosom. Während dieser Ablösung lösen sich manchmal Fragmente bakterieller Chromosomen und bleiben an prophage-DNA gebunden. Aufgrund der Induktion durchlaufen Phagen danach einen lytischen Zyklus. Das virale Genom repliziert sich mit angehängter bakterieller DNA und wird in neue Kapside gepackt und bildet neue Phagen. Neue Phagen setzen die Bakterienzelle durch Lyse frei. Wenn ein neuer Phage ein anderes Bakterium infiziert, wird bakterielle DNA in dieses übertragen.

Spezialisierter Transduktionsprozess

Die Schritte der spezialisierten Transduktion können wie folgt zusammengefasst werden.

1. Ein gemäßigter Bakteriophage infiziert ein Bakterium.
2. Virus-DNA integriert sich in das bakterielle Chromosom und wird zum Prophage-Stadium
3. Virus-DNA bleibt über mehrere Generationen in Bakterien
4. Bei einer spontanen Induktion löst virale DNA die bakterielle chromosomale DNA ab.
5. Fragmente bakterieller DNA lösen sich mit viraler DNA vom bakteriellen Chromosom.
6. Virale DNA repliziert sich zusammen mit bakteriellen Genen, verpackt in neuen Kapsiden und bildet neue Phagen.
7. Bakterienzellen lysieren und setzen die neuen Phagen frei.
8. Neue Phagen infizieren neue Bakterien.
9. Bakterien-DNA vermischt sich während der Infektion mit neuen Bakterien.

   

   Abbildung 02: Spezifische Transduktion durch Lambda-Phagen

Was ist der Unterschied zwischen generalisierter und spezialisierter Transduktion??

Generalisierte vs spezialisierte Transduktion
Die generalisierte Transduktion erfolgt durch virulente oder lytische Bakteriophagen.	Die spezialisierte Transduktion erfolgt durch gemäßigte Phagen.
Lebenszyklus
Die generalisierte Transduktion durchläuft einen lytischen Zyklus	Die spezialisierte Transduktion durchläuft einen lysogenen Zyklus.
Lyse von Bakterien
Bakterienzellen lysieren schnell.	Bakterienzellen werden nicht schnell lysiert, sondern überleben mehrere Generationen.
Verpackung von genetischem Material
Ein Teil der Donor-Bakterien-DNA ist in generalisierter Transduktion in virales Kapsid eingeschlossen	Kleine Teile der bakteriellen DNA bleiben während der Ablösung vom bakteriellen Chromosom an viraler DNA haften und werden in neue Kapside gepackt.
Integration von viraler DNA
Virus-DNA wird nicht in das bakterielle Chromosom integriert.	Bakterielle und virale DNA integriert.
Hydrolyse bakterieller DNA
Bakterien-DNA hydrolysiert durch das Virus in Stücke.	Bakterien-DNA wird nicht hydrolysiert.
Produktion von Prophage
Während der generalisierten Transduktion gibt es keine Prophagenbildung.	Prophagen werden während der spezialisierten Transduktion gebildet.

Zusammenfassung - Generalisierte vs spezialisierte Transduktion

Die Transduktion ist der Vorgang, bei dem bakterielle DNA von einem Virus zum anderen übertragen wird. Es ist ein natürlicher Prozess, der durch lytische oder lysogene Zyklen abläuft. Virulente Phagen zeigen eine generalisierte Transduktion. Gemäßigte Phagen zeigen eine spezialisierte Transduktion. Während der generalisierten Transduktion zerstört das Virus die Bakterienzelle. Bei der spezialisierten Transduktion werden Bakterienzellen nicht schnell zerstört, es sei denn, es liegt eine Induktion vor. Dies ist der Hauptunterschied zwischen generalisierter und spezialisierter Transduktion. Virale DNA integriert sich in das bakterielle Chromosom bei der spezialisierten Transduktion und die Integration findet bei der generalisierten Transduktion nicht statt.

Referenz:
1. Grenzenlos. "Bakterielle Transduktion - Grenzenloses offenes Lehrbuch." Grenzenlos. Boundless, 08. Aug. 2016. Web. 26. April 2017
2. "Transduktion - generalisierte Transduktion". Chromosomen-, genetische, virale und DNA-JRank-Artikel. N.p., n. D. Netz. 26. April 2017
"Transduktion (Prokaryoten)." Nature News. Nature Publishing Group, n. D. Netz. 26. April 2017

Bildhöflichkeit:
1. "Lytischer Zyklus" von xxoverflowed (CC BY 2.0) über Flickr
2. "Lambda Phage" Von Tinastella - Eigene Arbeit (Public Domain) via Commons Wikimedia