MGA GENETIKA NG BAKTERYA: ORGANISASYON, MEKANISMO, REGULASYON, PAGLIPAT - BIOLOGY - 2025

Ang genetika ng bakterya ay ang pag-aaral ng mga batayan ng impormasyong genetic sa loob ng mga cell ng bakterya. Saklaw nito ang samahan ng impormasyon ng genetic, kung paano ito regulated, kung paano ito ipinahayag, at kung paano ito nag-iiba.

Ang mga unang eksperimento sa genetika ng bakterya ay isinasagawa noong ika-19 na siglo, sa isang makasaysayang konteksto kung saan hindi pa ito nalalaman kung ang mga bakterya ay may mga mekanismo upang palitan ang impormasyon ng genetic, hindi pa ito kilala kung mayroon silang isang kromosoma.

Bacterial DNA (Pinagmulan: Average_prokaryote_cell-_en.svg: Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHatsDifference_DNA_RNA-EN.svg: * Pagkakaiba_DNA_RNA-DE.svg: Sponk (talk) pagsasalin: Sponk (talk) derivative work: Radio89 sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Ang tanging tunay na katiyakan ay ang mga bakterya ay maaaring magtatag ng mga matatag na linya na may iba't ibang mga phenotypes, hindi bababa sa para sa assimilation ng iba't ibang mga nutritional compound, at na paminsan-minsan ang mga bagong form ay lumitaw, tila dahil sa genetic mutations.

Sa sobrang kawalan ng katiyakan na umiiral tungkol sa mga bakterya sa oras, kinakailangan na sagutin ang ilang mga katanungan tungkol sa "bacterial genetics" na eksperimento, lalo na upang maunawaan kung natagpuan ng bakterya ang mga pangunahing prinsipyo ng pagmamana.

Sa wakas, noong 1946, nalutas nina Joshua Lederberg at Edward Tatum ang mga pangunahing tanong na ito gamit ang dalawang mga pilay ng bakterya ng Escherichia coli, pilay A at pilay B, ang bawat isa ay may iba't ibang mga kinakailangan sa nutrisyon.

Ang mga cell A at B cells ay hindi maaaring lumago sa isang maliit na daluyan, dahil ang parehong may mga mutation na pumipigil sa kanila mula sa pag-assimilating ng mga nutrisyon mula sa sinabi na daluyan.

Gayunpaman, kapag ang A at B ay halo-halong sa loob ng ilang oras at kasunod na seeded sa minimal medium plate, ang ilang mga kolonya ay lumitaw sa minimal medium plate, i.

Ang mga kolonyang ito ay nagmula sa mga indibidwal na selula na nagpalitan ng genetic material at, pagkatapos ng palitan, ay nakapagpapahayag ng genetic na impormasyon sa phenotype at sa gayon ay nai-assimilate ang mga nutrients mula sa minimal na medium.

Organisasyon ng genetic na impormasyon

Ang lahat ng impormasyong genetic na kinakailangan para sa buhay ng isang bacterium ay matatagpuan sa loob ng "bacterial chromosome", isang solong double-stranded deoxyribonucleic acid (DNA) na molekula.

Ang molekula ng DNA na ito ay isinaayos sa isang pabilog na istraktura, na sarado ng mga covalent bond, at mga form, kasama ang ilang mga protina, ang bacterial chromosome.

Ang bakterya, bilang karagdagan sa bacterial chromosome, ay maaaring magkaroon ng mga fragment ng extrachromosomal na mas maliit na laki, ngunit nakabalangkas din sa isang saradong pabilog na paraan. Ang mga molekulang DNA na ito ay kolektibong tinawag na "plasmids" o "plasmid DNA."

Ang mga molekula ng DNA na plasmid ay ginagamit ng bakterya upang palitan ang partikular na impormasyon ng genetic sa pagitan nila.

Karaniwan, kapag ang isa sa mga selula ng bakterya ay nagkakaroon ng paglaban laban sa isang antibiotiko, maaari nitong ipadala ang paglaban sa iba pang mga selula ng bakterya sa pamamagitan ng plasmids.

Ang laki ng molareng molekula ng DNA sa bakterya ay maaaring mag-iba mula sa 3 hanggang 10 kilo na mga base at sa maraming mga species ng bakterya daan-daang kopya ng isang solong uri ng plasmid ang matatagpuan.

Ang komposisyon at istraktura ng DNA ng bakterya ay pareho sa natagpuan sa lahat ng mga nabubuhay na bagay at sa mga virus. Ang istraktura nito ay binubuo ng isang skeleton ng asukal, mga nitrogen base, at mga grupo ng pospeyt.

Ang kumpletong mapa ng chromosome ng bakterya ng Escherichia coli ay nakuha noong 1963. Inilibot nito ang eksaktong posisyon ng humigit-kumulang 100 gen, ngunit ngayon alam na ang E. coli chromosome ay naglalaman ng higit sa 1000 mga gene at may sukat na 4.2. milyong mga pares ng base.

Mga mekanismo ng expression ng gene

Ang mekanismo ng pagpapahayag ng gene sa bakterya ay katulad sa ilang mga respeto sa proseso ng pagpapahayag ng gene na nangyayari sa iba pang mga nilalang na buhay at nakasalalay din sa mga proseso ng transkrip at pagsasalin.

Ang impormasyon ng mga gene ay isinalin sa isang molekula ng RNA at kasunod sa pagkakasunud-sunod ng mga amino acid na bumubuo ng mga protina. Ang prosesong ito ay kung ano ang isinasagawa ang pagpapahayag ng impormasyon na nilalaman sa genotype at ang istraktura sa phenotype.

Transkripsyon

Sa transkripsyon, ang RNA polymerase enzyme ay lumilikha ng isang pantulong na produkto sa isang segment ng DNA na ginagamit nito bilang isang template, ngunit ang produktong ito ay ribonucleic acid (RNA).

Ang molekulang ito ay nagdadala ng impormasyon para sa synthesis ng protina na naka-encode ng segment ng DNA, ito ay isang solong banda at tinatawag na messenger RNA. Ang RNA polymerase ng bacteria ay naiiba sa bakterya at sa eukaryotic organism.

Kinikilala ng RNA polymerase ang isang tukoy na site sa DNA (tagataguyod) kung saan nagbubuklod ito upang simulan ang transkripsyon. Ang isang solong molekula ng RNA ay maaaring maglaman ng impormasyon para sa higit sa isang gene.

Hindi tulad ng mga eukaryotic na organismo, ang mga gene ng bakterya ay walang "introns" sa kanilang pagkakasunud-sunod, dahil ang bakterya ay walang isang nucleus na naghihiwalay sa chromosome mula sa iba pang mga elemento ng cytoplasm.

Pagsasalin

Tulad ng lahat ng mga elemento na "maluwag" sa celltoplasm ng bacterial cell, ang mga bagong synthesized messenger RNA molecules ay maaaring makipag-ugnay sa mga ribosom at magsimula kaagad ang synthesis ng protina.

Pinapayagan nito ang bakterya na magkaroon ng isang kalamangan sa pagtugon at pagbagay sa matinding pagbabago sa kapaligiran.

Ang ribosomal RNA, paglipat ng RNA, at iba't ibang mga protina ng ribosomal ay lumahok sa pagsasalin. Ang ribosom ng mga prokaryotic cells ay nag-iiba sa istraktura at komposisyon na nauugnay sa ribosom ng mga eukaryotic cells.

Ang mga elementong ito ay "pagbabasa" sa anyo ng mga nucleotide triplets (mga codon) ang mga tagubilin na nakalagay sa genetic code ng mga RNA molekula at, sa parehong oras, pinag-iipon nila ang bawat isa sa mga amino acid upang mabuo ang polypeptide.

Ang "unibersidad" ng genetic code ay nagpapahintulot sa mga siyentipiko na gamitin ang pagsasalin ng bakterya bilang isang mahalagang tool para sa synthesis ng peptides at mga protina na may mga interes sa teknolohiya.

Ang regulasyon ng expression ng gene

Ang mekanismo na kumokontrol sa expression ng gene sa bakterya ay lubos na tumpak; pinapayagan nito ang mga ito na tumpak na ayusin ang dami at tiyempo ng synthesis ng produkto ng gene, upang maganap lamang ito kapag kinakailangan.

Ang isang rehiyon ng genus ng bakterya na pinagsama-sama ang ilang mga gen ay tinatawag na isang "operon." Ang rehiyon na ito ay nag-oaktibo o nag-aktibo sa transkripsyon nito depende sa mga kondisyon kung saan ang bakterya.

Ang lahat ng mga gen na bahagi ng parehong operon ay coordinated na naka-transcribe sa messenger RNA na naglalaman ng maraming mga genes (tinatawag na "polycistronic" RNA). Ang mga RNA na ito ay isinalin sa ribosom sunud-sunod, isa-isa.

Ang mga operating ay maaaring maging positibo o negatibong regulado. Tumitigil lamang ang mga gene na ipahayag ang kanilang sarili kapag ang mga protina ng inhibitory na tinatawag na mga repressors ay nakatali sa isang tiyak na pagkakasunod-sunod sa kanilang istraktura.

Ang tiyak na pagkakasunud-sunod ng gene ay tinatawag na "tagataguyod", kung ang protina ng pagsupil ay nakasalalay sa tagataguyod, hindi maaaring simulan ng RNA polymerase ang transkripsyon ng pagkakasunud-sunod ng genetic na pinag-uusapan.

Sa kabilang banda, kapag ang mga operating ay nakaayos na, ang transkripsyon ng genetic na rehiyon na ito ay hindi magsisimula hanggang sa mayroong isang protina ng activator na nakasalalay sa tiyak na pagkakasunud-sunod ng DNA.

Ginagamit ng mga siyentipiko ang "kawalan ng kakayahan" ng mga operon upang madagdagan o bawasan ang expression ng gene ng ilang mga rehiyon na interes sa mga bakterya. Sa pamamagitan ng pagpapakilala ng ilang mga substrates, ang pagpapahayag ng mga enzyme na kinakailangan para sa metabolismo ay maaaring tumaas.

Paglilipat ng Gene

Ang mga bakterya, hindi katulad ng mga eukaryotic cells, ay hindi ilipat ang kanilang mga gen sa pamamagitan ng sekswal na pagpaparami, sa halip, magagawa nila ito sa pamamagitan ng tatlong magkakaibang proseso: pagbabagong-anyo, transduction at conjugation.

Ang paglilipat ng gene sa paglilipat sa bakterya (Pinagmulan: 2013MMG320B sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Pagbabago

Sa pagbabagong-anyo , ang ilang mga selula ng bakterya sa populasyon ay nagiging "karampatang". Sa sandaling "karampatang" nagagawa nilang makatanggap ng exogenous DNA mula sa iba pang mga bakterya na natagpuan sa extracellular environment.

Kapag ang DNA ay nakasama sa loob ng cell, ang mga bakterya ay nagsasagawa ng isang proseso ng pagsasama-sama ng mga gene na nilalaman sa kanilang kromosom sa dayuhang DNA na isinama lamang sa loob. Ang prosesong ito ay kilala bilang genetic recombination.

Transduction

Sa transduction, isinasama ng bakterya ang DNA mula sa iba pang mga bakterya sa kanilang molekula ng DNA sa pamamagitan ng mga virus na nakakahawa ng bakterya (bacteriophages). Maaari itong ibigay sa isang dalubhasa o pangkalahatang paraan.

Sa dalubhasang pagbawas, nangyayari ito kapag ang isang phage na dating nahawahan ng isa pang bakterya ay nakakakuha ng mga gene nito sa panahon ng nakakahawang pag-ikot.

Nang maglaon, sa pamamagitan ng pag-impeksyon ng isang bagong bakterya at isinasama ang mga gen nito sa kromosom ng bagong nahawaang bacterium, isinasama rin nito ang mga gene mula sa bakterya na nauna nang nahawahan.

Sa panahon ng pangkalahatang pag-transduction, ang mga depektibong bahagi ng phage na mayroong walang laman na mga capsids ay isinasama ang bahagi ng chromosome ng bakterya sa panahon ng pagtitiklop ng viral, kung gayon, sa sandaling makahawa sila ng isa pang bakterya, maaari nilang ipakilala ang mga genes na kinuha mula sa nakaraang bakterya.

Pagsugpo

Sa conjugation, ipinapalitan ng bakterya ang genetic na materyal sa isang unidirectional na paraan, sa pamamagitan ng pisikal na pakikipag-ugnay. Ang isa sa mga bakterya ay kumikilos bilang isang donor at ang iba pa bilang isang tatanggap. Sa prosesong ito, ang bakterya ng donor sa pangkalahatan ay nagbibigay ng isang molekulang molekula ng DNA sa bakterya ng tatanggap.

Ang pagkakasumpong sa bakterya ay hindi pangkaraniwan sa lahat ng mga species, ang kapasidad ng pangatnig ay ipinagkakaloob sa pamamagitan ng mga gene na ipinapadala sa pamamagitan ng isang molekulang DNA.

Mga Sanggunian

1. Braun, W. (1953). Mga Genetics ng Bakterya. Mga Genetics ng Bakterya.
2. Brock, TD (1990). Ang paglitaw ng mga genetika ng bakterya (Hindi. 579: 575 BRO). Cold Spring Harbour, NY: Cold Spring Harbour Laboratory Press.
3. Fry, JC, at Araw, MJ (Eds.). (1990). Mga genetika ng bakterya sa mga likas na kapaligiran (pp. 55-80). London: Chapman at Hall.
4. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Isang pagpapakilala sa genetic analysis. Macmillan.
5. Luria, SE (1947). Kamakailang pagsulong sa mga genetika ng bakterya. Mga pagsusuri sa bacteriological, 11 (1), 1.