การผันคำกริยาของแบคทีเรีย: กระบวนการโครงสร้างและปัจจัย - ชีววิทยา - 2026

การผันคำกริยาของแบคทีเรียคือการถ่ายโอนสารพันธุกรรมในทิศทางเดียวจากแบคทีเรียของผู้บริจาคไปยังผู้รับอีกรายโดยการสัมผัสทางกายภาพระหว่างเซลล์ทั้งสอง กระบวนการประเภทนี้สามารถเกิดขึ้นได้ทั้งในแบคทีเรียที่ทำปฏิกิริยาเช่นเดียวกับในกระบวนการที่ไม่ทำปฏิกิริยากับคราบแกรมและในสเตรปโตไมซีส

การผันคำกริยาสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างแบคทีเรียในสายพันธุ์เดียวกันหรือต่างสายพันธุ์ มันสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างโปรคาริโอตและสมาชิกของอาณาจักรอื่น ๆ (พืชเชื้อราสัตว์)

การผันคำกริยาของแบคทีเรีย ภาพแสดงจากบนลงล่างแบคทีเรียสองตัวก่อนระหว่างและหลังการผันคำกริยา ถ่ายและแก้ไขจาก User Magnus Manske บน en.wikipedia

เพื่อให้กระบวนการผันคำกริยาเกิดขึ้นแบคทีเรียชนิดใดชนิดหนึ่งที่เกี่ยวข้องคือผู้บริจาคต้องมีสารพันธุกรรมที่สามารถเคลื่อนย้ายได้ซึ่งโดยทั่วไปจะแสดงโดยพลาสมิดหรือทรานส์โพซอน

เซลล์อื่นผู้รับจะต้องขาดองค์ประกอบเหล่านี้ พลาสมิดส่วนใหญ่สามารถตรวจจับเซลล์ผู้รับที่มีศักยภาพซึ่งขาดพลาสมิดที่คล้ายกัน

การผันคำกริยาและการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ

แบคทีเรียไม่มีองค์กรของสารพันธุกรรมคล้ายกับยูคาริโอต สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ไม่ได้นำเสนอการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศเนื่องจากไม่มีการนำเสนอการแบ่งตัวแบบลดขนาด (ไมโอซิส) เพื่อสร้าง gametes ตลอดเวลาในชีวิต

เพื่อให้เกิดการรวมตัวกันใหม่ของสารพันธุกรรม (สาระสำคัญของเรื่องเพศ) แบคทีเรียมีกลไกสามประการ: การเปลี่ยนแปลงการผันคำกริยาและการถ่ายทอด

ดังนั้นการผันคำกริยาของแบคทีเรียจึงไม่ใช่กระบวนการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ ในกรณีหลังนี้ถือได้ว่าเป็นรุ่นของแบคทีเรียในการสืบพันธุ์ประเภทนี้เนื่องจากเกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนทางพันธุกรรม

โครงสร้างและปัจจัยที่เกี่ยวข้องในกระบวนการ

pili ทางเพศ

เรียกอีกอย่างว่าพิลีเอฟเป็นโครงสร้างที่มีลักษณะเป็นเส้นใยสั้นและบางกว่าแฟลเจลลัมมากซึ่งเกิดจากหน่วยย่อยของโปรตีนที่พันรอบศูนย์กลางกลวง หน้าที่ของมันคือทำให้เซลล์สองเซลล์ติดต่อกันระหว่างการผันคำกริยา

นอกจากนี้ยังเป็นไปได้ว่าองค์ประกอบผันคำถูกถ่ายโอนไปยังเซลล์ผู้รับผ่านทาง foramen ส่วนกลางของ pili เพศ

องค์ประกอบผัน

เป็นสารพันธุกรรมที่จะถูกถ่ายโอนระหว่างกระบวนการผันคำกริยาของแบคทีเรีย อาจมีลักษณะที่แตกต่างกันในหมู่พวกเขาคือ:

อนุภาค DNA ของ Extrachromosomal

อนุภาคเหล่านี้เป็นอีพิโซมนั่นคือพลาสมิดที่สามารถรวมเข้ากับโครโมโซมของแบคทีเรียผ่านกระบวนการที่เรียกว่า homologous recombination มีลักษณะเฉพาะคือมีความยาวประมาณ 100 กิโลไบต์รวมทั้งมีที่มาของการจำลองและถ่ายโอนของตัวเอง

เซลล์ที่มีแฟกเตอร์ F เรียกว่าเซลล์เพศชายหรือเซลล์ F + ในขณะที่เซลล์เพศหญิง (F-) ขาดปัจจัยนี้ หลังจากการผันคำกริยาแล้วแบคทีเรีย F จะกลายเป็น F + และสามารถทำหน้าที่ดังกล่าวได้

โครโมโซม

เมื่อเกิดการรวมตัวกันเป็นเนื้อเดียวกันปัจจัย F จะจับกับโครโมโซมของแบคทีเรีย ในกรณีเช่นนี้เรียกว่าแฟคเตอร์ F 'และเซลล์ที่มีรีคอมบิแนนท์ดีเอ็นเอเรียกว่า Hfr สำหรับการรวมตัวกันใหม่ด้วยความถี่สูง

ในระหว่างการผันคำระหว่างแบคทีเรีย Hfr และแบคทีเรีย F- แบคทีเรียในอดีตจะถ่ายโอนสายดีเอ็นเอที่รวมตัวกันใหม่ด้วยปัจจัย F ในกรณีนี้เซลล์ผู้รับจะกลายเป็นเซลล์ Hfr

แบคทีเรียมีได้เพียงปัจจัยเดียวเท่านั้นไม่ว่าจะอยู่ในรูปแบบนอกโครโมโซม (F) หรือรวมตัวกับโครโมโซมของแบคทีเรีย (F ')

พลาสมิด

ผู้เขียนบางคนพิจารณาพลาสมิดและปัจจัย F ร่วมกันและผู้เขียนคนอื่นปฏิบัติแยกกัน ทั้งสองเป็นอนุภาคทางพันธุกรรมนอกโครโมโซม แต่ต่างจากปัจจัย F คือพลาสมิดไม่รวมเข้ากับโครโมโซม พวกมันเป็นองค์ประกอบทางพันธุกรรมที่ส่วนใหญ่ถ่ายทอดระหว่างกระบวนการผันคำกริยา

พลาสมิดประกอบด้วยสองส่วนคือทรานสเฟอร์แฟกเตอร์ความต้านทานซึ่งมีหน้าที่ในการถ่ายโอนพลาสมิดและอีกส่วนหนึ่งประกอบด้วยยีนหลายยีนที่มีข้อมูลที่เข้ารหัสความต้านทานต่อสารต่างๆ

ยีนเหล่านี้บางยีนสามารถย้ายจากพลาสมิดหนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งในเซลล์เดียวกันหรือจากพลาสมิดไปยังโครโมโซมของแบคทีเรีย โครงสร้างเหล่านี้เรียกว่า transposons

ผู้เขียนบางคนยืนยันว่าพลาสมิดที่มีประโยชน์ต่อแบคทีเรียนั้นแท้จริงแล้วเป็นเอนโดซิมไบออนในขณะที่คนอื่น ๆ อาจเป็นเอนโดปาราไซต์ของแบคทีเรีย

กระบวนการ

เซลล์ของผู้บริจาคจะผลิตพิลีเพศ อนุภาค F หรือพลาสมิดมีอยู่ในแบคทีเรียเหล่านี้เท่านั้นมีข้อมูลทางพันธุกรรมที่เข้ารหัสการผลิตโปรตีนที่สร้างพิลี ด้วยเหตุนี้มีเพียงเซลล์ F + เท่านั้นที่จะนำเสนอโครงสร้างเหล่านี้

เพศ pili อนุญาตให้เซลล์ของผู้บริจาคแนบกับเซลล์ผู้รับก่อนแล้วจึงจะติดกัน

ในการเริ่มต้นการถ่ายโอนต้องแยกสายดีเอ็นเอทั้งสองเส้นออกจากกัน ประการแรกการตัดเกิดขึ้นในพื้นที่ที่เรียกว่าจุดกำเนิดของการถ่ายโอน (oriT) ของเส้นใดเส้นหนึ่ง เอนไซม์รีแล็กเทสทำการตัดต่อเพื่อให้เอนไซม์เฮลิเคสเริ่มกระบวนการแยกโซ่ทั้งสองออกจากกันในภายหลัง

เอนไซม์สามารถทำหน้าที่เพียงอย่างเดียวหรือโดยการสร้างสารประกอบเชิงซ้อนที่มีโปรตีนหลายชนิด คอมเพล็กซ์นี้รู้จักกันในชื่อของรีโซโซม

ทันทีที่เริ่มต้นการแยกโซ่การถ่ายโอนเส้นใดเส้นหนึ่งจะเริ่มต้นซึ่งจะสิ้นสุดก็ต่อเมื่อเส้นใยที่สมบูรณ์ส่งผ่านไปยังเซลล์ผู้รับหรือเมื่อแบคทีเรียทั้งสองแยกจากกัน

เพื่อให้กระบวนการถ่ายโอนเสร็จสมบูรณ์ทั้งเซลล์ผู้รับและผู้บริจาคสังเคราะห์เส้นใยเสริมและห่วงโซ่จะหมุนเวียนอีกครั้ง ในฐานะที่เป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายตอนนี้แบคทีเรียทั้งสองเป็น F + และสามารถทำหน้าที่เป็นผู้บริจาคด้วย F- แบคทีเรีย

พลาสมิดเป็นองค์ประกอบทางพันธุกรรมที่ถ่ายทอดด้วยวิธีนี้บ่อยที่สุด ความสามารถในการผันคำกริยาขึ้นอยู่กับการมีอยู่ในแบคทีเรียของพลาสมิดคอนจูเกทีฟที่มีข้อมูลทางพันธุกรรมที่จำเป็นสำหรับกระบวนการดังกล่าว

การประยุกต์ใช้งาน

การผันคำกริยาถูกใช้ในพันธุวิศวกรรมเป็นเครื่องมือในการถ่ายโอนสารพันธุกรรมไปยังจุดหมายปลายทางที่แตกต่างกัน มันทำหน้าที่ในการถ่ายโอนสารพันธุกรรมจากแบคทีเรียไปยังเซลล์ยูคาริโอตและเซลล์โปรคาริโอตที่แตกต่างกันและแม้กระทั่งไมโตคอนเดรียของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่แยกได้

แบคทีเรียชนิดหนึ่งที่ถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จมากที่สุดในการถ่ายโอนประเภทนี้คือ Agrobacterium ซึ่งใช้เพียงอย่างเดียวหรือร่วมกับไวรัสโมเสคยาสูบ

ในบรรดาสายพันธุ์ที่เปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมโดย Agrobacterium ได้แก่ ยีสต์เชื้อราแบคทีเรียอื่น ๆ สาหร่ายและเซลล์สัตว์

การเปลี่ยนแปลงโดย Agrobacterium tumefaciens ไปเป็นเซลล์พืช ถ่ายและเรียบเรียงจาก: J LEVIN W.

อ้างอิง

1. EW Nester, CE Roberts, NN Pearsall และ BJ McCarthy (1978) จุลชีววิทยา พิมพ์ครั้งที่ 2. Holt, Rinehart และ Winston
2. ค. พิณ Agrobacterium ในชีวิต. กู้คืนจาก lifeder.com.
3. การผันคำกริยาของแบคทีเรีย บน Wikipedia สืบค้นจาก en.wikipedia.org.
4. อาร์คาร์ปา (2010). การรวมตัวกันใหม่ทางพันธุกรรมในแบคทีเรีย: ขอบฟ้าของจุดเริ่มต้นของเรื่องเพศในสิ่งมีชีวิต เอลบาไบโอฟลักซ์
5. การผันคำกริยาของโปรคาริโอต บน Wikipedia สืบค้นจาก es.wikipedia.org.
6. LS Frost & G.Coraimann (2010). ระเบียบการผันคำกริยาของแบคทีเรีย: สร้างความสมดุลระหว่างโอกาสกับความทุกข์ยาก จุลชีววิทยาในอนาคต.
7. อีฮ็อก (2005). จุลชีววิทยาที่จำเป็น John Wiley & Sons Ltd.