Wie tauschen Bakterien genetische Informationen aus?

Bakterien sind mikroskopisch kleine Organismen mit doppelsträngiger, zirkulärer DNA in ihrem Genom. Obwohl Bakterien während ihres Lebenszyklus keine obligatorischen sexuellen Fortpflanzungsstadien haben, können sie aktiv genetische Informationen zwischen ihnen austauschen. Der Austausch genetischer Informationen in Bakterien erfolgt auf drei Arten: Konjugation, Transformation und Transduktion. Die direkte Übertragung von genetischem Material zwischen zwei Bakterien wird als Konjugation bezeichnet. es geschieht durch einen Sex-Pilus. Transformation ist das Aufnehmen von nackter, fremder DNA aus der Umgebung. Transduktion ist der Transport bakterieller DNA durch Bakteriophagen zu einem anderen Bakterium.

Wichtige Bereiche

1. Was sind Bakterien?
      - Definition, Merkmale, bakterielle DNA
2. Wie tauschen Bakterien genetische Informationen aus?
     - Konjugation, Transformation, Transduktion

Schlüsselbegriffe: Bakterien-DNA, Konjugation, Plasmide, Sex Pilus, Transformation, Transduktion

Was sind Bakterien?

Bakterien sind Prokaryoten, denen membrangebundene Organellen fehlen. Sie haben eine Peptidoglycan-Zellwand. Asexuelle Reproduktion durch binäre Spaltung ist die hauptsächliche Reproduktionsmethode bei Bakterien. Bakterien können zwei Arten von genetischem Material in einem Bakterium enthalten und sie sind bakterielles Genom und Plasmide. Das Genom ist eine doppelsträngige, zirkuläre chromosomale DNA und Plasmide sind doppelsträngige, kleine, zirkuläre DNA-Moleküle. Die bakterielle chromosomale DNA befindet sich im Nukleoid. Die grosse von E coli Das Genom besteht aus 4,6 Millionen Basenpaaren und besteht aus ungefähr 4.300 Genen. Plasmide oder nichtchromosomale bakterielle DNA sind kleiner als das bakterielle Chromosom, und pro Bakterienzelle können mehrere bis mehr als tausend Plasmide gefunden werden. Bakterien in einer Kultur sind in gezeigt Abbildung 1.

Abbildung 1: Bakterien

Wie tauschen Bakterien genetische Informationen aus?

Die genetische Information kann in Form von DNA von einem Bakterium auf ein anderes übertragen werden. Die Übertragung genetischer Informationen zwischen Bakterien wird häufig nicht als wahrer Austausch betrachtet, da ein Bakterium als Spender dient, während das andere nur als Empfänger dient. Außerdem werden nur kleine Stücke von Bakterienchromosomen übertragen.

Die drei Modi für den Austausch genetischer Informationen zwischen Bakterien sind Konjugation, Transformation und Transduktion.

Konjugation

Der Prozess, bei dem genetische Informationen zwischen zwei Bakterien durch direkten Zell-zu-Zell-Kontakt ausgetauscht werden, wird als Konjugation bezeichnet. Es wird durch konjugative Plasmide vermittelt, die mit effizienten Mechanismen für die Vermittlung des DNA-Transfers kodiert werden. Die Konjugation ist ein unidirektionaler Prozess, und nur das Spenderbakterium enthält die konjugativen Plasmide. Konjugative Plasmide von gramnegativen Bakterien werden für einen Geschlechtspilus kodiert, der den DNA-Transfer zum Empfängerbakterium erleichtert. Der direkte Kontakt zwischen zwei Bakterien wird durch den Sex-Pilus erreicht und bildet eine eheliche Brücke. Die Schritte der bakteriellen Konjugation sind in gezeigt Figur 2.

Abbildung 2: Konjugation

1- Spenderzelle produziert Pilus.
2- Pilus haftet an der Empfängerzelle und bringt die beiden Zellen zusammen.
3- Das mobile Plasmid wird gekerbt und ein einzelner DNA-Strang wird dann in die Empfängerzelle transferiert.
4- Beide Zellen rezyklisieren ihre Plasmide um, synthetisieren zweite Stränge und produzieren Pili. Beide Zellen sind jetzt lebensfähige Spender.

Transformation

Der Vorgang des Entnehmens der freien DNA-Fragmente durch Bakterien aus dem umgebenden Medium wird als Transformation bezeichnet. Nur die kompetenten Bakterienzellen können DNA durch Transformation aufnehmen. Begrenzte Arten von Bakterien können sich auf natürliche Weise einer Transformation unterziehen, wie z Bazillus, Streptococcus, Neisseria, Haemophilus, etc. Außerdem können die meisten Bakterien wie E coli kann künstlich durch Einwirkung von Kalziumchlorid in ein Medium kompetent gemacht werden. Plasmide werden als DNA-Träger bei der Transformation während DNA-Klonierungsexperimenten verwendet.

Transduktion

Der Vorgang des Transfers bakterieller DNA von einer Zelle zu einer anderen Zelle mittels Bakterien infizierender Viren wird als Transduktion bezeichnet. Es wird als eine effiziente Methode des DNA-Transfers angesehen, da fremde DNA im Bakteriophagen geschützt wird. Die von den Bakteriophagen übertragene DNA wird durch homologe Rekombination dauerhaft in das Empfängerbakteriengenom integriert.

Fazit

Der Austausch von genetischem Material zwischen DNA erfolgt in drei Methoden. Konjugation, Transformation und Transduktion. Konjugation ist der direkte Transfer von genetischem Material zwischen zwei Bakterien mit Hilfe eines Sex-Pilus. Transformation ist die Aufnahme nackter DNA-Fragmente durch Bakterien aus dem umgebenden Medium. Transfektion ist die Übertragung bakterieller DNA durch Bakterien, die Viren infizieren.

Referenz:

1. Rogers, Kara und Robert J. Kadner. "Bakterien." Encyclopædia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc., 22. Februar 2018, verfügbar hier.

Bildhöflichkeit:

1. "Bacteroides hypermegas Bakterien" von CDC / Dr. V. R. Dowell, Jr. (Public Domain) über die Public Health Image Library
2. „Konjugation“ von Adenosine - Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia