الاقتران البكتيري: العملية والبنية والعوامل

الاقتران البكتيري هو النقل في اتجاه واحد للمادة الوراثية من بكتيريا مانحة إلى مستلم آخر ، عن طريق الاتصال الجسدي بين الخليتين. يمكن أن يحدث هذا النوع من العمليات في كل من البكتيريا التي تتفاعل ، كما هو الحال في تلك التي لا تتفاعل مع اللطخة غرام ، وكذلك في الستربتومايتيسيت.

يمكن أن يحدث الاقتران بين البكتيريا من نفس النوع ، أو من أنواع مختلفة. يمكن أن يحدث حتى بين بدائيات النوى وأعضاء الممالك الأخرى (النباتات والفطريات والحيوانات).

لكي تحدث عملية الاقتران ، يجب أن تمتلك إحدى البكتيريا المعنية ، المتبرع ، المادة الوراثية التي يمكن تعبئتها ، والتي عادة ما يتم تمثيلها بالبلازميدات أو الترانسبوزونات.

لا يجب أن تحتوي الخلية الأخرى ، المستقبل ، على مثل هذه العناصر. يمكن لمعظم البلازميدات اكتشاف خلايا مستقبلات محتملة تفتقر إلى بلازميدات مماثلة.

الاقتران والتكاثر الجنسي

لا تحتوي البكتيريا على مادة وراثية مماثلة لتلك الموجودة في حقيقيات النوى. لا تقدم هذه الكائنات التكاثر الجنسي لأنها لا تقدم انقسام الاختزال (الانقسام الاختزالي) لتشكيل الأمشاج في أي لحظة من حياتهم.

لتحقيق إعادة التركيب للمواد الجينية (جوهر النشاط الجنسي) ، للبكتيريا ثلاث آليات: التحول ، الاقتران والتحول.

الاقتران البكتيري ليس ، إذن ، عملية تكاثر جنسي. في الحالة الأخيرة ، يمكن اعتباره نسخة بكتيرية من هذا النوع من التكاثر ، لأنه ينطوي على بعض التبادل الوراثي.

الهياكل والعوامل التي تتدخل في العملية

الجنس بيلى

وتسمى أيضًا pili F ، وهي هياكل خيطية ، أقصر وأرق كثيرًا من السوط ، تتشكل من وحدات فرعية من البروتين متشابكة مع بعضها البعض ، حول مركز مجوف. وتتمثل مهمتها في الحفاظ على اتصال خليتين أثناء الاقتران.

من الممكن أيضًا نقل العنصر المقترن إلى الخلية المستقبلة عبر الفتحة المركزية لعنصر الجنس.

العناصر الملحقة

إنها المادة الوراثية التي سيتم نقلها خلال عملية الاقتران البكتيري. يمكن أن تكون ذات طبيعة مختلفة ، من بينها:

جزيئات الحمض النووي خارج الصبغي (العامل F)

هذه الجسيمات عبارة عن حلقات ، أي بلازميدات يمكن دمجها في الكروموسوم البكتيري من خلال عملية تسمى إعادة التركيب المتماثل. تتميز بطول حوالي 100 كيلو بايت ، بالإضافة إلى أصلها من النسخ المتماثل والنقل.

تسمى الخلايا التي تمتلك العامل F الخلايا الذكورية أو الخلايا F + ، في حين تفتقر الخلايا الأنثوية (F-) إلى هذا العامل. بمجرد الانتهاء من الاقتران ، تصبح البكتيريا F + ويمكن أن تعمل على هذا النحو.

المواضيع كروموسوم

عند حدوث إعادة التركيب المتماثل ، يرتبط العامل F بالكروموسوم البكتيري ؛ في مثل هذه الحالات ، يطلق عليها العامل F 'وتسمى الخلايا التي تمتلك الحمض النووي المعاد تكوينه Hfr ، بواسطة الاختصارات باللغة الإنجليزية ذات التردد العالي من إعادة التركيب.

أثناء الاقتران بين بكتريا Hfr و F- البكتيريا ، ينقل الأول إلى الأخير حبلا من الحمض النووي الخاص به معاد إلى العامل F. وفي هذه الحالة ، يتم تحويل خلية المستقبلات إلى خلية Hfr.

يمكن أن يكون هناك عامل F واحد فقط في البكتيريا ، إما خارج الصبغية (F) أو يعاد تجميعه مع الكروموسوم البكتيري (F ').

البلازميدات

ينظر بعض المؤلفين في البلازميدات وعوامل F معًا ، ويعالجها مؤلفون آخرون بشكل منفصل. كلاهما جزيئات وراثية خارج الصبغية ، ولكن على عكس العامل واو ، لا يتم دمج البلازميدات في الكروموسومات. إنها العناصر الجينية التي تنتقل في الغالب أثناء عملية الاقتران.

تتكون البلازميدات من جزأين ؛ عامل نقل المقاومة ، وهو المسؤول عن نقل البلازميد وجزء آخر يتكون من جينات متعددة تمتلك المعلومات التي ترمز إلى مقاومة المواد المختلفة.

يمكن أن تنتقل بعض هذه الجينات من بلازميد إلى آخر من نفس الخلية ، أو من بلازميد إلى كروموسوم البكتيريا. وتسمى هذه الهياكل transposons.

يجادل بعض المؤلفين بأن البلازميدات المفيدة للبكتيريا هي في الواقع متجانسة ، في حين أن البعض الآخر يمكن ، على العكس من ذلك ، أن يكون طفيليات داخلية بكتيرية.

عملية

الخلايا المانحة تنتج الجنس pili. تحتوي جزيئات F أو البلازميدات الموجودة فقط في هذه البكتيريا على المعلومات الوراثية التي تشكل رموزًا لإنتاج البروتينات التي تشكل البيلي. ولهذا السبب ، فإن خلايا F + فقط هي التي ستقدم هذه الهياكل.

تسمح سمكة الجنس ، في المقام الأول ، بأن تلتصق الخلايا المانحة بالخلايا المتلقية ثم تبقى معًا.

من أجل الشروع في عملية النقل ، يجب الفصل بين خيطي DNA. أولاً ، يحدث القطع في المنطقة المعروفة باسم أصل النقل (oriT) لأحد الخيوط. يقوم إنزيم ريتاز بإعداد هذا القطع بحيث يبدأ إنزيم هليز في عملية فصل السلاسل.

يمكن أن يتصرف الإنزيم بمفرده أو أيضًا في تكوين مركب به عدة بروتينات مختلفة. هذا المجمع يعرف باسم ريتوسوما.

سيبدأ فصل السلاسل الذي تم البدء فيه فورًا في نقل أحد السلاسل ، والذي سينتهي فقط عندما يتم تمرير السلاسل بأكملها إلى الخلية المستقبلة ، أو عند فصل البكتيرين.

لإكمال عملية النقل ، تقوم كل من الخلايا والمستلم والجهات المانحة بتجميع الخيوط التكميلية وتصبح السلسلة دائرية مرة أخرى. كمنتج نهائي ، أصبحت كلتا البكتيريا الآن F + ويمكنهما أن يعملا كمتبرعين بالبكتيريا F.

البلازميدات هي العناصر الجينية التي تنتقل في أغلب الأحيان بهذه الطريقة. تعتمد قدرة الاقتران على وجود بلازميدات متلازمة في بكتيريا تحتوي على المعلومات الوراثية المطلوبة لمثل هذه العملية.

تطبيقات

تم استخدام الاقتران في الهندسة الوراثية كأداة لنقل المواد الوراثية إلى وجهات مختلفة. لقد ساعد في نقل المواد الوراثية من البكتيريا إلى خلايا حقيقية النواة ومستقبلات بدائية النواة ، وحتى الميتوكوندريا المعزولة من الثدييات.

أحد أجناس البكتيريا التي تم استخدامها بنجاح كبير لتحقيق هذا النوع من النقل هو Agrobacterium ، الذي تم استخدامه بمفرده ، أو مع فيروس فسيفساء التبغ.

من بين الأنواع التي تحولت وراثيا بواسطة Agrobacterium الخمائر والفطريات والبكتيريا الأخرى والطحالب والخلايا الحيوانية.