BAKTERIENKONJUGATION: PROZESS, STRUKTUR UND FAKTOREN - BIOLOGIE - 2025

Die bakterielle Konjugation besteht darin, durch physischen Kontakt zwischen den beiden Zellen in eine Richtung des genetischen Materials von einem Spenderbakterium auf einen anderen Empfänger zu übertragen. Diese Art von Prozess kann sowohl bei Bakterien auftreten, die reagieren, wie bei solchen, die nicht auf Gram-Färbung reagieren, als auch bei Streptomyceten.

Konjugation kann zwischen Bakterien derselben Art oder verschiedener Arten auftreten. Es kann sogar zwischen Prokaryoten und Mitgliedern anderer Königreiche (Pflanzen, Pilze, Tiere) auftreten.

Bakterienkonjugation. Das Bild zeigt von oben nach unten zwei Bakterien vor, während und nach der Konjugation. Entnommen und bearbeitet von User Magnus Manske auf en.wikipedia.

Damit der Konjugationsprozess stattfinden kann, muss eines der beteiligten Bakterien, der Spender, das genetische Material besitzen, das mobilisiert werden kann und das im Allgemeinen durch Plasmide oder Transposons dargestellt wird.

Der anderen Zelle, dem Empfänger, müssen diese Elemente fehlen. Die meisten Plasmide können potenzielle Empfängerzellen nachweisen, denen ähnliche Plasmide fehlen.

Konjugation und sexuelle Fortpflanzung

Bakterien haben keine ähnliche Organisation von genetischem Material wie Eukaryoten. Diese Organismen zeigen keine sexuelle Fortpflanzung, da sie zu keinem Zeitpunkt in ihrem Leben eine reduktive Teilung (Meiose) zur Bildung von Gameten aufweisen.

Um die Rekombination ihres genetischen Materials (Essenz der Sexualität) zu erreichen, haben Bakterien drei Mechanismen: Transformation, Konjugation und Transduktion.

Die bakterielle Konjugation ist also kein Prozess der sexuellen Reproduktion. Im letzteren Fall kann es als bakterielle Version dieser Art der Reproduktion angesehen werden, da es einen gewissen genetischen Austausch beinhaltet.

Am Prozess beteiligte Strukturen und Faktoren

Sexuelle Pili

Sie werden auch als Pili F bezeichnet und sind filamentöse Strukturen, die viel kürzer und dünner als ein Flagellum sind und aus Proteinuntereinheiten bestehen, die um ein hohles Zentrum miteinander verflochten sind. Seine Funktion besteht darin, zwei Zellen während der Konjugation in Kontakt zu halten.

Es ist auch möglich, dass das konjugative Element über das zentrale Foramen des Sexualpilis auf die Empfängerzelle übertragen wird.

Konjugative Elemente

Es ist das genetische Material, das während des bakteriellen Konjugationsprozesses übertragen wird. Es kann von anderer Natur sein, darunter:

Extrachromosomale DNA-Partikel

Diese Partikel sind Episomen, dh Plasmide, die durch einen als homologe Rekombination bezeichneten Prozess in das Bakterienchromosom integriert werden können. Sie zeichnen sich durch eine Länge von ungefähr 100 kb sowie durch einen eigenen Replikations- und Transferursprung aus.

Zellen, die Faktor F besitzen, werden männliche Zellen oder F + -Zellen genannt, während weiblichen Zellen (F-) dieser Faktor fehlt. Nach der Konjugation werden die F-Bakterien zu F + und können als solche wirken.

Chromosomenstränge

Wenn eine homologe Rekombination auftritt, bindet Faktor F an das Bakterienchromosom; in solchen Fällen wird es Faktor F 'genannt und die Zellen, die die rekombinante DNA haben, werden Hfr genannt, für eine Hochfrequenzrekombination.

Während der Konjugation zwischen einem Hfr-Bakterium und einem F-Bakterium überträgt das erstere einen Strang seiner rekombinierten DNA mit Faktor F auf das letztere. In diesem Fall wird die Empfängerzelle selbst eine Hfr-Zelle.

Es kann nur einen Faktor F in einem Bakterium geben, entweder in extrachromosomaler Form (F) oder rekombiniert mit dem Bakterienchromosom (F ').

Plasmide

Einige Autoren betrachten Plasmide und F-Faktoren zusammen, andere Autoren behandeln sie getrennt. Beide sind extrachromosomale genetische Partikel, aber im Gegensatz zu Faktor F integrieren sich Plasmide nicht in Chromosomen. Sie sind die genetischen Elemente, die meist während des Konjugationsprozesses übertragen werden.

Plasmide bestehen aus zwei Teilen: einem Resistenztransferfaktor, der für den Transfer des Plasmids verantwortlich ist, und einem weiteren Teil, der aus mehreren Genen besteht, die die Information enthalten, die die Resistenz gegen verschiedene Substanzen codiert.

Einige dieser Gene können in derselben Zelle von einem Plasmid zu einem anderen oder von einem Plasmid zum Bakterienchromosom wandern. Diese Strukturen werden Transposons genannt.

Einige Autoren argumentieren, dass für Bakterien vorteilhafte Plasmide tatsächlich Endosymbionten sind, während andere im Gegenteil bakterielle Endoparasiten sein können.

Prozess

Die Spenderzellen produzieren die Sexualpili. Die F-Partikel oder Plasmide, die nur in diesen Bakterien vorhanden sind, enthalten die genetische Information, die die Produktion der Proteine ​​codiert, die die Pili bilden. Aus diesem Grund präsentieren nur F + -Zellen diese Strukturen.

Sex Pili ermöglichen es Spenderzellen, sich zuerst an Empfängerzellen zu binden und dann zusammenzuhalten.

Um den Transfer zu initiieren, müssen die beiden Stränge des DNA-Strangs getrennt werden. Erstens tritt ein Schnitt in dem Bereich auf, der als Übertragungsursprung (oriT) eines der Stränge bekannt ist. Ein Relaxaseenzym macht diesen Schnitt, so dass später ein Helikaseenzym den Prozess der Trennung beider Ketten beginnt.

Das Enzym kann allein oder auch durch Bildung eines Komplexes mit mehreren verschiedenen Proteinen wirken. Dieser Komplex ist unter dem Namen Relaxosom bekannt.

Sofort nach Beginn der Trennung der Ketten beginnt die Übertragung eines der Stränge, die erst endet, wenn der gesamte Strang zur Empfängerzelle gelangt ist oder wenn sich die beiden Bakterien trennen.

Um den Transferprozess zu beenden, synthetisieren beide Zellen, Empfänger und Spender, den komplementären Strang und die Kette zirkuliert wieder. Als Endprodukt sind beide Bakterien jetzt F + und können als Spender mit F- Bakterien fungieren.

Plasmide sind die genetischen Elemente, die auf diese Weise am häufigsten übertragen werden. Die Konjugationskapazität hängt von der Anwesenheit von konjugativen Plasmiden im Bakterium ab, die die für einen solchen Prozess erforderliche genetische Information enthalten.

Anwendungen

Die Konjugation wurde in der Gentechnik als Instrument verwendet, um genetisches Material an verschiedene Ziele zu übertragen. Es diente dazu, genetisches Material von Bakterien auf verschiedene eukaryotische und prokaryotische Rezeptorzellen und sogar auf isolierte Mitochondrien von Säugetieren zu übertragen.

Eine der Gattungen von Bakterien, die am erfolgreichsten eingesetzt wurde, um diese Art der Übertragung zu erreichen, ist Agrobacterium, das allein oder in Verbindung mit dem Tabakmosaikvirus verwendet wurde.

Zu den durch Agrobacterium genetisch transformierten Arten gehören Hefen, Pilze, andere Bakterien, Algen und tierische Zellen.

Transformation durch Agrobacterium tumefaciens in eine Pflanzenzelle. Entnommen und bearbeitet von: J LEVIN W.

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