Avainero – yleinen vs. erikoistunut muunnos
Transduktio on mekanismi, joka siirtää DNA:ta yhdestä bakteerista toiseen bakteeriin bakteriofagin avulla. Bakteriofagi on virus, joka saastuttaa ja replikoituu bakteerissa. Se pystyy kiinnittymään bakteerin soluseinään ja ruiskuttamaan DNA:nsa bakteeriin. Bakteerin sisällä virus-DNA replikoituu ja luo tarvittavia komponentteja ja entsyymejä uusien monien bakteriofagien muodostamiseksi. Tämän prosessin aikana bakteeri-DNA hajoaa paloiksi ja integroituu virusgenomiin tai virus-DNA integroituu suoraan bakteeri-DNA:han. Uudet bakteriofagit kantavat sisällään bakteeri-DNA:ta. Kun nämä bakteriofagit infektoivat toisen bakteerin, bakteerien DNA sekoittuu. Transduktio voi tapahtua joko lyyttisellä syklillä tai lysogeenisellä syklillä bakteriofagin tyypin mukaan. Tästä syystä on olemassa kahdenlaisia transduktioita, nimittäin yleistetty transduktio ja erikoistunut transduktio. avainero yleistyneen ja erikoistuneen transduktion välillä on se, että yleisen transduktion tekevät virulentit bakteriofagit, joissa bakteerisolu hajoaa, kun uusia bakteriofageja vapautuu, kun taas erikoistuneen transduktion tekevät lauhkeat bakteriofagit, joissa bakteerisolu ei hajoa, ja virus-DNA integroituu bakteerien kanssa. DNA ja säilyy profaagivaiheessa bakteerien sisällä useita sukupolvia.
Mikä on yleinen transduktio?
Bakteriofageja on kahdenlaisia: virulentteja ja lauhkeita. Virulentti bakteriofagi pystyy tappamaan isäntäbakteerin. Ne käyvät aina läpi lyyttisen elinkaaren, joka aiheuttaa isäntäbakteerien kuoleman. Bakteerin infektio virulentilla bakteriofaagilla ja bakteeri-DNA:n siirtäminen toiseen bakteeriin toisen infektion aikana tunnetaan yleistyneenä transduktiona. Näin ollen yleistynyt transduktio voidaan määritellä bakteeri-DNA:n siirroksi yhdestä bakteerista toiseen bakteeriin virulentin bakteriofagin toimesta bakteriofagin lyyttisen syklin aikana. Bakteerien DNA:n siirto tapahtuu uusien faagien geneettisen materiaalin pakkausvirheiden vuoksi. Äskettäin replikoituneen virus-DNA:n pakkaaminen uusiin faageihin osoittaa alhaista tarkkuutta. Siten geneettisen materiaalin pakkaamisen aikana faageihin voidaan sisällyttää pieniä paloja bakteeri-DNA:ta tai rekombinoitua bakteeri-DNA:ta virus-DNA:n kanssa. Jos bakteeri-DNA lisätään sattum alta viruskapsidin sisään, toinen infektio vie tämän DNA:n toiseen bakteeriin. Näin ollen transduktio päättyy onnistuneesti kahden bakteerin välillä.
Infektion jälkeen virulentit faagit pystyvät hallitsemaan bakteerisolukoneistoa replikoimaan omaa DNA:taan. Virus pystyy myös hajottamaan bakteerikromosomin pieniksi paloiksi ja aiheuttaa äkillisen bakteerin soluseinän hajoamisen, jolloin muodostuneet faagit vapautuvat aiheuttaen solukuoleman.
Yleinen transduktioprosessi
Yleistetty transduktio on nopea prosessi, jossa bakteerit kuolevat lyhyessä ajassa. Bakteriofagi pystyy hajottamaan bakteerien DNA:n paloiksi ja tuhoamaan bakteerisolun. Yleisen transduktion vaiheet voidaan tiivistää seuraavasti.
- Virulentti (lyyttinen) bakteriofagi infektoi bakteerin.
- Faagigenomi tulee bakteerisoluun.
- Virus hallitsee bakteerien aineenvaihduntamekanismeja oman DNA:n ja muiden tarvittavien komponenttien ja entsyymien tuottamiseksi.
- Bakteeri-DNA hydrolysoituu pieniksi paloiksi.
- Geenimateriaalipakkaukset uusien faagien sisällä. Joskus bakteerien DNA-fragmentit pakautuvat uusiin faagikapsideihin
- Bakteerisolu hajoaa ja vapauttaa uudet faagit.
- Kun transdusoitu faagi infektoi toisen bakteerin, edellinen bakteeri-DNA yhdistyy uuteen.
Kuva 01: Yleistetty transduktioprosessi
Mitä on erikoistunut transduktio?
Lauhkeat bakteriofagit osoittavat lysogeenistä elinkaarta. He ovat mukana erikoistuneessa transduktioprosessissa, jossa bakteerin DNA:n fragmentti siirtyy bakteerista toiseen bakteerin virheen vuoksi. Tästä syystä erikoistunut transduktio voidaan määritellä luovuttajabakteeri-DNA:n siirtämiseksi toiselle bakteerille lauhkeiden bakteriofagien toimesta. Kun lauhkeat faagit infektoivat bakteereja, ne pystyvät integroimaan virus-DNA:ta bakteerin kromosomiin ja pysymään profaagivaiheessa useiden bakteerisukupolvien ajan vapauttamatta sitä bakteerigenomista. Bakteerigenomin replikaation aikana virus-DNA on alttiina replikaatiolle ja joutuu uusiin bakteerisoluihin ja selviää. Kuitenkin, kun tietyt tekijät indusoivat profaageja, virus-DNA irtoaa bakteerikromosomista. Joskus tämän irtautumisen aikana bakteerikromosomien fragmentit irtoavat ja pysyvät kiinnittyneinä profaagi-DNA:han. Induktion ansiosta faagit käyvät läpi lyyttisen syklin myöhemmin. Viruksen genomi replikoituu kiinnittyneen bakteeri-DNA:n kanssa ja pakautuu uusiin kapsideihin ja muodostaa uusia faageja. Uudet faagit vapauttavat bakteerisolun hajoamalla. Kun uusi faagi infektoi toisen bakteerin, bakteeri-DNA siirtyy siihen.
Erikoistunut siirtoprosessi
Erikoistransduktion vaiheet voidaan tiivistää seuraavasti.
- Lauhkea bakteriofagi infektoi bakteerin.
- Virus-DNA integroituu bakteerikromosomiin ja siitä tulee profaagivaihe
- Virus-DNA säilyy bakteereissa useiden sukupolvien ajan
- Spontaanin induktion seurauksena virus-DNA irrottaa bakteerien kromosomaalisen DNA:n.
- Bakteeri-DNA-fragmentit irtoavat bakteerikromosomista virus-DNA:lla.
- Virus-DNA replikoituu yhdessä bakteerigeenien kanssa ja pakautuu uusiin kapsideihin ja muodostaa uusia faageja.
- Bakteerisolu hajoaa ja vapauttaa uudet faagit.
- Uudet faagit infektoivat uusia bakteereja.
- Bakteeri-DNA sekoittuu uusien bakteerien kanssa infektion aikana.
Kuva 02: Lambda-faagin osoittama erikoistransduktio
Mitä eroa on yleisellä ja erikoistuneella transduktiolla?
Yleinen vs. erikoistunut transduktio |
|
| Yleistetty transduktio suoritetaan virulenttien tai lyyttisten bakteriofagien avulla. | Lauhkeat faagit tekevät erikoistuneen transduktion. |
| Elinkaari | |
| Yleistetty transduktio käy läpi lyyttisen syklin | Erikoistunut transduktio käy läpi lysogeenisen syklin. |
| Bakteereiden hajoaminen | |
| Bakteerisolu hajoaa nopeasti. | Bakteerisolut eivät hajoa nopeasti, vaan säilyvät useiden sukupolvien ajan. |
| Geenimateriaalin pakkaus | |
| Osa luovuttajan bakteeri-DNA:sta on suljettu viruskapsidin sisään yleistetyssä transduktiossa | Pienet osat bakteeri-DNA:sta jää kiinni virus-DNA:han bakteerikromosomista irtoamisen aikana ja pakautuvat uusiin kapsideihin. |
| Virus-DNA:n integraatio | |
| Virus-DNA ei ole integroitunut bakteerikromosomiin. | Bakteeri- ja virus-DNA integroituu. |
| Bakteeri-DNA:n hydrolyysi | |
| Bakteeri-DNA hydrolysoituu paloiksi viruksen vaikutuksesta. | Bakteeri-DNA ei hydrolysoitu. |
| Profaagin tuotanto | |
| Yleisen transduktion aikana ei tapahdu profagia. | Profagit muodostuvat erikoistuneen transduktion aikana. |
Yhteenveto – yleinen vs. erikoistunut muunnos
Transduktio on prosessi, jossa virus siirtää bakteeri-DNA:ta bakteerista toiseen. Se on luonnollinen prosessi, joka tapahtuu lyyttisten tai lysogeenisten syklien kautta. Virulentit faagit osoittavat yleistynyttä transduktiota. Lauhkeat faagit osoittavat erikoistunutta transduktiota. Yleistyneen transduktion aikana virus tuhoaa bakteerisolun. Erikoistuneessa transduktiossa bakteerisolut eivät tuhoudu nopeasti, ellei induktiota tapahdu. Tämä on tärkein ero yleisen ja erikoistuneen transduktion välillä. Viruksen DNA integroituu bakteerin kromosomiin erikoistuneessa transduktiossa, eikä integraatiota tapahdu yleisessä transduktiossa.
