Archaea & Bakterien

Bakterien - Austausch genetischer Informationen

Austausch genetischer Informationen

Bakterien haben in ihrem Lebenszyklus kein obligates sexuelles Fortpflanzungsstadium, können jedoch beim Austausch genetischer Informationen sehr aktiv sein. Die genetische Information in derDNA kann von einer Zelle zur anderen übertragen werden; Dies ist jedoch kein echter Austausch, da nur ein Partner die neuen Informationen erhält. Darüber hinaus ist die übertragene DNA-Menge normalerweise nur ein kleines Stück des Chromosoms . Es gibt verschiedene Mechanismen, durch die dies geschieht. Bei der Transformation nehmen Bakterien freie DNA-Fragmente auf, die im Medium schwimmen. Um die DNA effizient aufzunehmen, müssen sich Bakterienzellen in einem kompetenten Zustand befinden, der durch die Fähigkeit von Bakterien definiert ist, freie DNA-Fragmente zu binden, und der auf natürliche Weise nur in einer begrenzten Anzahl von Bakterien wie Haemophilus , Neisseria , Streptococcus , gebildet wird. und Bacillus. Viele andere Bakterien, einschließlich E. coli , können unter Laborbedingungen künstlich kompetent gemacht werden, beispielsweise durch Einwirkung von Lösungen von Calciumchlorid (CaCl 2 ).Die Transformation ist ein wichtiges Werkzeug in der rekombinanten DNA-Technologie , da DNA-Fragmente eines Organismus von einem zweiten Organismus aufgenommen werden können, wodurch der zweite Organismus neue Eigenschaften erwerben kann.

Die Transduktion ist die Übertragung von DNA von einem Bakterium auf ein anderes mittels eines bakterieninfizierenden Virus namens aBakteriophage . Die Transduktion ist ein effizientes Mittel zur Übertragung von DNA zwischen Bakterien, da die im Bakteriophagen eingeschlossene DNA vor physikalischem Zerfall und vor Angriffen durch Enzyme in der Umwelt geschützt ist und vom Bakteriophagen direkt in Zellen injiziert wird. Ein weit verbreiteter Gentransfer mittels Transduktion ist jedoch von begrenzter Bedeutung, da die Verpackung von bakterieller DNA in ein Virus ineffizient ist und die Bakteriophagen im Bereich der Bakterienspezies, die sie infizieren können, normalerweise stark eingeschränkt sind. Daher ist ein Transfer von DNA zwischen den Spezies durch Transduktion selten.

Konjugation ist der Transfer von DNA durch direkten Kontakt von Zelle zu Zelle, der durch vermittelt wirdPlasmide (nichtchromosomale DNA-Moleküle). Konjugative Plasmide codieren einen äußerst effizienten Mechanismus, der ihren eigenen Transfer von einer Spenderzelle zu einer Empfängerzelle vermittelt. Der Prozess findet in einer Richtung statt, da nur die Spenderzellen das konjugative Plasmid enthalten . In gramnegativen Bakterien produzieren Spenderzellen ein spezifisches Plasmid-codiertPilus , genannt Sexpilus, der die Spenderzelle an die Empfängerzelle bindet. Sobald sie verbunden sind, werden die beiden Zellen in direkten Kontakt gebracht und es bildet sich eine eheliche Brücke, über die die DNA vom Spender zum Empfänger übertragen wird. Viele konjugative Plasmide können zwischen einer großen Anzahl verschiedener gramnegativer Bakterienspezies übertragen werden und sich dort vermehren. Plasmide variieren in der Größe von einigen tausend bis zu mehr als 100.000 Basenpaaren; Letztere werden manchmal als Megaplasmide bezeichnet.

Das bakterielle Chromosom kann auch während der Konjugation übertragen werden, obwohl dies weniger häufig vorkommt als der Plasmidtransfer. Die Konjugation ermöglicht die Vererbung großer Teile von Genen und kann für die Existenz von Bakterien mit Merkmalen verschiedener Arten verantwortlich sein. Konjugation wurde auch bei der grampositiven Gattung Enterococcus beobachtet , aber der Mechanismus der Zellerkennung und des DNA-Transfers unterscheidet sich von dem, der bei gramnegativen Bakterien auftritt.