Biologia
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
 Jesteś tutaj:  Wirtualny Wszechświat > Biologia > Genetyka > Podstawy genetyki 
  Indeks
Genetyka
Historia odkryć . . .
Podstawy genetyki
Podstawy budowy . . .
Przepływ informacji . .
Metody poznawania
genów
Wstęp
Transformacja . . .
Koniugacja
Transdukcja
Klonowanie i . . .
Enzymy . . .
Genetyka molekularna
Geny i ewolucja
Świat wirusów i . . .
Inżynieria genetyczna
Słowniczek
  Źródło
Wybrane fragmenty pochodzą z książki
Język genów autorstwa Paul'a Berg'a i Maxine Singer


  Transdukcja
 
Transdukcja
 
O
prócz swego własnego DNA fagi mogą uzyskiwać komórkowy DNA z zainfekowanych bakterii i przekazywać nowo nabyty DNA do innych bakterii podczas kolejnych infekcji. Zjawisko to nosi nazwę transdukcji. Scharakteryzowano dwa jego typy. Pierwszy polega na tym, że transdukujący fag nabywa obcy DNA podczas infekcji – bakteryjny DNA jest wówczas degradowany do fragmentów o wielkości w przybliżeniu odpowiadającej wielkości genomu faga (np. około 50 000 par zasad w przypadku faga λ [lambda]), a następnie fragmenty te są w sposób przypadkowy pakowane do struktur fagowych.
Zjawiska zachodzące podczas infekcji komórki bakteryjnej przez faga
Tego rodzaju transdukujące pseudo-fagi podczas kolejnych infekcji wprowadzają nowo pozyskany DNA komórki dawcy do komórki biorcy. Wprowadzony fragment DNA komórki dawcy zastępuje odpowiedni odcinek DNA w DNA komórki biorcy i staje się stałą częścią jej genomu. Każdy transdukujący fag zawiera zasadniczo tylko jeden przypadkowy fragment oryginalnego chromosomu dawcy. Co więcej, z równym prawdopodobieństwem fragment ten może pochodzić z jakiejkolwiek części genomu. Jednak ponieważ transdukowane odcinki DNA są dosyć duże (50 000 par zasad stanowi ponad 1% chromosomu E. coli składającego się z 4 milionów par zasad), a geny bakteryjne mają zwykle długość około 1,5 tys. par zasad, komórka-biorca uzyskuje podczas jednej transdukcji zwykle całą grupę genów. Geny położone blisko siebie na chromosomie dawcy są więc często transdukowane razem na jednym fragmencie. Geny leżące daleko od siebie są transdukowane niezależnie. Mierząc częstość, z jaką geny są transdukowane razem, można oszacować względną odległość między genami, które leżą stosunkowo blisko siebie.
       Drugi typ transdukcji jest właściwością fagów, których normalny cykl infekcyjny może zostać przerwany (i zwykle tak się dzieje), wskutek integracji genomu wirusowego w określone miejsce chromosomu zainfekowanej komórki. Jest to specjalny rodzaj rekombinacji. DNA faga i komórki jest przecinany w wybranych miejscach i łączony. Rozcinane są obie nici obu cząsteczek DNA, a ich końce łączone w wyniku działania enzymu ligazy DNA. Rezultatem jest wbudowanie DNA faga do chromosomu bakterii. Bakteria zawierająca wbudowany DNA faga przekazuje fagowy genom komórkom potomnym jako część ich własnych chromosomów. Genom wirusowy i bakteryjny powielają się wspólnie i zgodnie ze sobą współistnieją. Integracja genomu fagowego do DNA komórkowego jest nieletalną (tj. nie kończącą się śmiercią – przyp. tłum.) alternatywną konsekwencją infekcji, która zazwyczaj prowadzi do wytworzenia nowych wirusów i śmierci zakażonych komórek.
       W pewnych warunkach środowiskowych wbudowany w genom komórki DNA faga sam wycina się z jej chromosomu. Następnie fagowy DNA powiela się, wchodzi do nowych, wytworzonych infekcyjnych wirusów, które zabijają komórkę. Zazwyczaj proces wycinania wirusowego DNA jest precyzyjny i uwalniający się genom faga jest dokładnie taki sam jak oryginalnego wirusa. Zdarza się jednak, iż wycięcie wirusowego DNA jest niedokładne i geny komórkowe, położone w pobliżu wbudowanego genomu faga, zostają włączone do genomów fagów potomnych w miejsce niektórych genów faga. Dwa spośród takich sąsiadujących genów, bio i gal, pokazano na rycinie 4.5 – w tym przykładzie gen bio został włączony do nieprecyzyjnie wyciętego DNA. Podczas następnego cyklu infekcyjnego gen komórkowy (w tym przypadku bio) jest wprowadzany razem z genami faga do nowo zainfekowanych komórek. W następstwie insercji (wstawienia) fagowego DNA do genomu komórki biorcy, komórka nabywa, poza genami faga, informację genetyczną pochodzącą z poprzedniego gospodarza faga. Fag służy więc jako nośnik, wektor, przenoszący geny z jednej komórki do drugiej. W ten sposób mogą być transdukowane tylko te geny komórkowe, które są blisko miejsca wbudowania DNA faga.
       Ponieważ poszczególne fagi wbudowują się w rozmaite miejsca chromosomu bakteryjnego, mogą przenosić różne geny chromosomalne. Pewne genetyczne triki pozwalają fagom uzyskiwać geny położone nawet dość daleko od miejsca ich integracji. Fagi transdukujące mogą nabywać geny zmutowane tak samo łatwo jak geny normalne, o ile dawca jest mutantem. Ponieważ fagi transdukujące są łatwe do identyfikacji, namnażania i oczyszczania, można uzyskać znaczne ilości ich DNA. Możliwe jest zatem otrzymanie normalnych lub zmutowanych wersji genów E. coli w znacznie większej ilości.
       Bakteryjny genom jest ogromny w stosunku do genomu transdukującego bakterię faga. Rozważmy dla przykładu gen E. coli, lacZ, który koduje β-galaktozydazę. Białko β-galaktozydazy składa się z czterech identycznych łańcuchów polipeptydowych, każdy z nich zawiera 1173 aminokwasy. Sekwencja DNA kodująca polipeptyd ma więc długość 3519 par zasad (3 razy 1173). Podczas gdy lacZ stanowi niecałą jedną tysięczną genomu E. coli (3519 wobec 4 000 000 par zasad), w genomie transdukującego faga jest to prawie jego jedna pięćdziesiąta (3519 spośród 50 000 par zasad). Z tego powodu jest znacznie łatwiej (około 100 razy) wyizolować gen lacZ z DNA transdukującego wirusa niż z DNA E. coli. Ułatwienie izolacji genu lacZ pomogło w identyfikacji obszarów DNA regulujących ekspresję genu i w analizie jego sekwencji nukleotydowej. W podobny sposób transdukujące fagi integrujące się w inne miejsca bakteryjnego genomu wykorzystano do izolacji innych genów. Analiza ich sekwencji nukleotydowych pozwoliła na identyfikację ich sekwencji kodujących oraz sygnałów regulatorowych, które rządzą ich ekspresją. Co więcej, ponieważ równie dobrze można transdukować zmutowane, jak i prawidłowe geny bakteryjne, możliwe jest sprawdzanie wpływu różnych mutacji na regulację i ekspresję genów.
       Rozważmy teraz specyficzne właściwości genomu faga, które pozwalają mu funkcjonować w postaci faga transdukującego. Po pierwsze, ponieważ genom po infekcji ulega replikacji, w DNA faga musi zostać zachowane miejsce jej startu (z ang.: origin of replication) oraz geny niezbędne do przeprowadzenia tego procesu. Po drugie, musi być zdolny do pozyskania odcinka niewirusowego DNA, który będzie przenoszony. Obcy DNA może zostać wstawiony w jakimkolwiek miejscu fagowego genomu, jeżeli tylko nie osłabi to zdolności fagowego DNA do replikacji w zainfekowanej komórce-gospodarzu lub nie obniży prawdopodobieństwa, że zostanie on zapakowany do cząstek fagowych. Stając się integralną częścią fagowego DNA, przeniesiony odcinek DNA jest replikowany razem z genomem faga. Po trzecie, muszą być obecne geny kodujące białka otoczki faga. Po czwarte, ponieważ transdukujące fagi otrzymane po infekcji są zwykle wymieszane z fagami zawierającymi nie zmieniony fagowy DNA, musi istnieć sposób, aby oddzielić normalne fagi od przenoszących nowo nabyty DNA oraz zidentyfikować te, które zawierają konkretny interesujący gen. Wyodrębnienie zazwyczaj uzyskuje się dzięki klonowaniu.
góra strony
poprzedni esej następny esej
Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach