3 Arten der sexuellen Fortpflanzung, die in Bakterien vorkommen (1869 Wörter)

Arten der sexuellen Fortpflanzung, die in Bakterien vorkommen, sind folgende:

Zytologische Beobachtungen und genetische Studien deuten auf eine sexuelle Fortpflanzung hin, bei der zwei unterschiedliche Zellen miteinander verschmolzen werden und die Übertragung erblicher Faktoren in Bakterien erfolgt, wenn auch selten. Genetische Rekombination tritt in jenen Bakterien auf, die sorgfältig untersucht wurden und vermutlich auch in anderen Spezies vorkommen.

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Escherichia coli ist eine der am intensivsten untersuchten Bakterienspezies, und es wurde gezeigt, dass Escherichia coli Sexualität hat, einige wirken als Männer und übertragen genetische Informationen durch direkten Kontakt mit Frauen. Diese Fähigkeit, Gene zu übertragen, wird durch einen Fruchtbarkeitsfaktor F + reguliert, der wiederum auf ein Weibchen übertragen werden kann, wodurch er sich in ein Männchen verwandelt.

Die üblichen vegetativen Bakterienzellen sind haploide und bei der sexuellen Fortpflanzung gelangt ein Teil oder das gesamte Chromosom von der männlichen in die weibliche Zelle, wodurch eine Zelle entsteht, das heißt teilweise oder vollständig diploid. Ein Übergang tritt dann zwischen dem weiblichen Chromosom und dem männlichen Chromosom oder Fragment auf, gefolgt von einem Segregationsprozess, der haploide Nachkommenszellen liefert.

1. bakterielle Transformation:

Der genetische Transfer in Bakterien erfolgt auch durch Transformation, bei der das DNA-Molekül der Spenderzelle bei Freisetzung durch eine andere Empfängerzelle aufgenommen wird und deren Nachkommen einige Merkmale der Spenderzelle erben. Wenn verschiedene Bakterienstämme in einem gemischten Zustand entweder in Kultur oder in der Natur gefunden werden, besitzen einige der resultierenden Nachkommen eine Kombination von Eigenschaften der Elternstämme. Dieses Phänomen ist als Rekombination bekannt.

Das Phänomen der Transformation wurde erstmals von Griffith (1928) aufgezeichnet. Avery, Macleod und McCarty (1944) zeigten, dass das Transformationsprinzip die DNA in der Abfolge der Ereignisse bei der bakteriellen Transformation ist.

Die Untersuchungslinien, die zu einem Verständnis der chemischen Natur des genetischen Materials führten, gingen aus einer Untersuchung des schädlichen Organismus Diplococcus pneumoniae hervor. Dieses Bakterium verursacht eine Pneumonie bei Männern. Im Jahr 1928 fand Frederick Griffith heraus, dass es zwei Stämme von D. pneumoniae gibt, einer, der glatte Kolonien bildet, die durch eine Kapsel geschützt werden, und der andere, der unregelmäßige oder raue Kolonien ohne Kapsel bildete, wenn er auf einem geeigneten Medium in Petrischalen gezüchtet wurde.

Bei der Injektion in Mäuse (A) bildeten nur gekappte glatte Zellen (virulent) die Krankheit, nicht aber die nicht-virulenten rauen Zellen (B). Wenn dagegen die durch Wärme abgetöteten, kapsulierten (virulenten) glatten Zellen mit nicht virulenten rauen Zellen (D) gemischt wurden und dann den Mäusen injiziert wurde, wurde die Krankheit erzeugt. Dies zeigt, dass einige Faktoren aus den toten gekapselten glatten Zellen die lebenden nicht virulenten rauen Zellen in lebende glatte, kapsulierte (virulente) Zellen umwandelten (siehe Abb. 2.16).

1944 unterstützten Avery, McCarty und Macleod das Experiment von Griffith durch molekulare Erklärung. Sie fanden heraus, dass die aus der Hitze isolierte DNA glatte Zellen abtötete, wenn sie zu rauen Zellen hinzugefügt wurde, ihren Oberflächencharakter von rau zu glatt veränderte und sie auch virulent machte.

Durch dieses Experiment wurde gezeigt, dass DNA das genetische Material ist, das für den glatten Charakter der Zellen und deren Virulenz-Eigenschaft in Mäusen verantwortlich ist. Ihr Experiment bewies, dass die bakterielle Transformation den Transfer eines Teils der DNA vom toten Bakterium (dh Spender) zum lebenden Bakterium (dh Empfänger) beinhaltet, der den Charakter toter Zellen zum Ausdruck bringt und daher als Rekombinant bekannt ist.

Virusinfektionsmittel ist DNA:

Ein Bakteriophage (T 2 -Virus) infiziert das Bakterium Escherichia coli. Nach der Infektion multipliziert sich das Virus und T2-Phagen werden mit der Lyse der Bakterienzellen freigesetzt. Wie wir wissen, enthält der T2-Phage sowohl DNA als auch Proteine. Nun stellt sich die Frage, welche der beiden Komponenten die Informationen enthält, die für die Vermehrung von mehr viralen Partikeln zu programmieren sind.

Um dieses Problem zu lösen, entwickelten Hershey und Chase (1952) ein Experiment mit zwei verschiedenen Präparationen von T2-Phagen. In einer Präparation wurde der Proteinanteil radioaktiv und in der anderen Präparation wurde die DNA radioaktiv gemacht. Danach wurde eine Kultur von E. coli mit diesen beiden Phagenpräparaten infiziert. Unmittelbar nach der Infektion und vor der Lyse der Bakterien wurden die E. coli-Zellen in einem Mischer leicht gerührt, so dass die anhaftenden Phagenteilchen gelöst wurden und die Kultur dann zentrifugiert wurde. Als Ergebnis wurden die schwereren Pellets infizierter Bakterienzellen im Boden des Röhrchens angesiedelt. Im Überstand wurden die leichteren Viruspartikel und die Partikel gefunden, die nicht in die Bakterienzellen gelangten. Es wurde festgestellt, dass bei der Verwendung von T 2 -Phagen mit radioaktiver DNA zur Infektion von E. coli im Experiment das schwerere Bakterienpellet auch radioaktiv war. Andererseits hatte das Bakterienpellet bei der Verwendung von T 2 -Phagen mit radioaktivem Protein sehr wenig Radioaktivität, und der größte Teil der Radioaktivität wurde im Überstand gefunden. Diese

dass die virale DNA und nicht das Protein Informationen für die Produktion von mehr T 2 -Phagenpartikeln enthält, daher ist DNA genetisches Material. Bei einigen Viren (z. B. TMV, Influenza-Virus und Polio-Virus) dient RNA jedoch als genetisches Material (siehe Abb. 2.17).

Hershey und Chase führten zwei Experimente durch. In einem Experiment wurde E. coli in einem Medium verabreicht, das das Radioisotop S 35 enthielt, und in dem anderen Experiment wurde E. coli in einem Medium gezüchtet, das die Radioistope P 32 enthielt. In diesen Experimenten wurden E. coli-Zellen mit T2-Phagen infiziert, die aus E. coli-Zellen freigesetzt wurden, die in S35- Medium gezüchtet wurden, haben S35 in ihrem Proteincapsid, und diejenigen aus P32-Medium hatten P32 in ihrer DNA.

Wenn diese Phagen verwendet wurden, um neue E. coli-Zellen in normalem Medium zu infizieren, zeigten die Bakterienzellen, die eine Infektion durch mit S35 markierte Phagen hatten, die Radioaktivität in ihrer Zellwand und nicht im Zytoplasma. Die mit P 32 markierten Bakterien hatten dagegen den umgekehrten Zustand gezeigt.

Man kann also sagen, dass, wenn der T 2 -Phage die Bakterienzelle infiziert, sein Proteincapsid außerhalb der Bakterienzelle bleibt, seine DNA jedoch in das Zytoplasma des Bakteriums gelangt. Wenn die infizierten Bakterienzellen lysiert werden, bilden sich neue vollständige Viruspartikel (T2-Phagen). Dies beweist, dass virale DNA die Informationen für die Synthese weiterer Kopien von DNA- und Protein-Capsiden enthält. Dies zeigt, dass DNA genetisches Material ist (siehe Abb. 2.19).

2. bakterielle Transduktion:

Der Gentransfer in Bakterien wird durch einen Prozess erreicht, der als Transduktion bekannt ist. Das Experiment von Lederberg und Zinder (1952) in Salmonella typhimurium im U-Rohr zeigte, dass bakterielle Viren oder Phagen für die Übertragung von genetischem Material von einem lysogenen auf das andere verantwortlich sind

lytische Phagen. Damit erhält der Wirt einen neuen Genotyp. Die Transduktion wurde in vielen Bakterien nachgewiesen.

In diesem Prozess wird das DNA-Molekül, das die Erbmerkmale des Spenderbakteriums trägt, durch die Vermittlung des Phagenpartikels in die Empfängerzelle übertragen. In diesem Prozess können nur sehr wenige eng miteinander verbundene Zeichen von jedem Partikel übertragen werden. Der Bakteriophage bewirkt also genetische Veränderungen in den Bakterien, die den Phagenangriff überleben.

Wenn eine Bakterienzelle mit einem temperierten Virus infiziert wird, beginnt entweder der Lysezyklus oder die Lysogenie. Danach zerfällt die Wirts-DNA zusammen mit der Vermehrung des Virus in kleine Fragmente. Einige dieser DNA-Fragmente werden mit den Viruspartikeln eingebaut, die zu einem wandelnden werden. Wenn Bakterien lysieren, werden diese Partikel zusammen mit normalen Viruspartikeln freigesetzt

Wenn diese Mischung aus transduzierenden und normalen Viruspartikeln die Population der Empfängerzellen infizieren kann, werden die meisten Bakterien mit normalen Viruspartikeln infiziert, und es kommt erneut zu Lysogenie oder Lysezyklus. Einige Bakterien werden mit transduzierenden Partikeln infiziert, die Transduktion findet statt und die DNA der Viruspartikel wird mit der bakteriellen DNA genetisch rekombiniert. (Siehe Abb. 2.20 und 2.21).

3. Bakterienkonjugation:

Wollman und Jacob (1956) haben eine Konjugation beschrieben, bei der zwei Bakterien eine halbe Stunde nebeneinander liegen. Während dieser Zeit wird ein Teil des genetischen Materials langsam von einem als männlich bezeichneten Bakterium an einen als weiblich bezeichneten Empfänger weitergegeben. Dies ergab, dass das männliche Material in einer linearen Serie in das weibliche Material gelangte.

Die genetische Rekombination zwischen Spender- und Empfängerzellen findet wie folgt statt: Die Hfr-DNA rekonstruiert sich wieder, nachdem sie einen Teil in Fragment zu Empfängerzelle zurückgelassen hat. Im F-Stamm findet eine genetische Rekombination zwischen Spenderfragment und Empfänger-DNA statt. Der Gentransfer ist ein sequentieller Prozess, und ein bestimmter Hfr-Stamm spendet immer Gene in einer bestimmten Reihenfolge. Eine einzelsträngige Donor-DNA (F-Faktor) wird mit Hilfe des Nuklease-Enzyms in das Wirtschromosom integriert (siehe Abb. 2.21 und 2.22).

Bei der bakteriellen Konjugation erfolgt der Transfer von genetischem Material (DNA) durch den Zellkontakt von Spender- und Empfängerzellen. Während des Konjugationsprozesses wird ein großer Teil des Genoms übertragen, während bei der Transformation und Transduktion nur ein kleines DNA-Fragment übertragen wird. Der Konjugationsprozess wurde von Lederberg und Tatum (1944) in einem einzigen Escherichia coli-Stamm entdeckt. Konjugation wurde auch bei Salmonellen, Pseudomonas und Vibrio nachgewiesen.

Bei der Konjugation findet eine Übertragung des genetischen Materials vom Spender zum Empfängerstamm statt. Die Spender- und Empfängerstämme werden immer genetisch bestimmt. Empfängerstamm wird als F bezeichnet, während Donorstämme von zwei Arten sind und als F + und H fr (hohe Rekombinationsfrequenz) bezeichnet werden. Wenn der Stamm nur einen kleinen Teil seines Genoms spendet, wird er F + genannt, und wenn er eine große Menge an Genom spendet, heißt er H fr. Diese F + - und H fr-Faktoren werden als Episomen bezeichnet.

Die Stämme F + und Hfr sind durch das Vorhandensein spezifischer flagellumartiger Strukturen, des sogenannten Sex-Pilus, gekennzeichnet. Der Geschlechtspilus fehlt in F + -Stämmen und ist für die bakterielle Paarung verantwortlich. Sex-Pili von F + und H fr berühren den entgegengesetzten Paarungstyp spezifisch, um das genetische Material zu übertragen.

Sex pilus hat ein Loch mit einem Durchmesser von 2, 5 µm, das groß genug ist, damit ein DNA-Molekül der Länge nach passieren kann. Zum Zeitpunkt der Paarung wird DNA des H fr-Stammes (Donors) sofort in den F-Stamm (Empfänger) transferiert. Die zirkuläre DNA von H fr-Zellen öffnet und repliziert sich, aber während des Transfers wird ein DNA-Strang neu synthetisiert, während der andere Strang von einem bereits vorhandenen Strang des H fr-Stammes stammt. Nach dem Transfer von DNA werden beide Zellen voneinander getrennt.

Die H fr-DNA rekonstruiert sich erneut in zirkulärer Form, nachdem sie ihr Fragment zur Empfängerzelle getrennt hat. Im F - Stamm findet die genetische Rekombination zwischen Spenderfragment und Empfänger - DNA statt. Der Gentransfer ist ein sequentieller Prozess, bei dem ein Hfr-Stamm immer Gene in einer bestimmten Reihenfolge spendet. Wenn sich F - und H fr - Stämme in einer Suspension mischen können, werden im Laufe der Zeit verschiedene Gene vom Genom des H fr auf den F - Stamm übertragen. Früh eintretende Gene treten immer zu einem höheren Prozentsatz der Rekombinationen auf als Gene, die spät eintreten (siehe Abb. 2.22, 2.23 und 2.24).

Die Konjugation führt zu einer Reihe von Rekombinanten in einer Suspension von F + - und H fr-Zellen. Diese Rekombinanten sind in ihrer genotypischen Konstitution und somit auch in ihrer phänotypischen Expression variabel. Diese Rekombinanten sind völlig neu und unterscheiden sich von ihren Eltern.


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