Skip to main content
Global

11.6: Jinsi Prokaryotes ya Asexual Kufikia Utofauti wa Maumbile

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    174720

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Malengo ya kujifunza

    • Linganisha mchakato wa mabadiliko, transduction, na conjugation
    • Eleza jinsi matokeo ya uhamisho wa jeni asexual katika utofauti wa maumbile ya prokaryotic
    • Eleza muundo na matokeo kwa utofauti wa maumbile ya bakteria ya transposons

    Kwa kawaida, tunapozingatia uhamisho wa maumbile, tunadhani ya uhamisho wa jeni wima, uhamisho wa habari za maumbile kutoka kizazi hadi kizazi. Uhamisho wa jeni wa wima ni kwa mbali njia kuu ya maambukizi ya habari za maumbile katika seli zote. Katika viumbe wanaozalisha ngono, matukio ya kuvuka na usawa wa kujitegemea wa chromosomes ya mtu binafsi wakati wa meiosis huchangia kwa utofauti wa maumbile katika idadi ya watu. Utofauti wa maumbile pia huletwa wakati wa uzazi wa kijinsia, wakati habari za maumbile kutoka kwa wazazi wawili, kila mmoja akiwa na mchango tofauti wa habari za maumbile, huzalisha mchanganyiko mpya wa genotypes ya wazazi katika watoto wa diploid. Tukio la mabadiliko pia huchangia utofauti wa maumbile katika idadi ya watu. Maumbile tofauti ya watoto ni muhimu katika kubadilisha au haiendani mazingira na inaweza kuwa sababu moja ya mafanikio ya mabadiliko ya uzazi wa kijinsia.

    Wakati prokaryotes na eukaryotes zinazalisha asexually, huhamisha nakala karibu sawa ya vifaa vyao vya maumbile kwa watoto wao kupitia uhamisho wa jeni wima. Ingawa uzazi wa asexual hutoa watoto zaidi kwa haraka zaidi, faida yoyote ya utofauti kati ya watoto hao hupotea. Je! Viumbe ambavyo hali ya uzazi mkubwa ni asexual huunda utofauti wa maumbile? Katika prokaryotes, uhamisho wa jeni usio na usawa (GT), kuanzishwa kwa nyenzo za maumbile kutoka kwa kiumbe kimoja hadi kiumbe kingine ndani ya kizazi kimoja, ni njia muhimu ya kuanzisha utofauti wa maumbile. HGT inaruhusu hata spishi zinazohusiana mbali kugawana jeni, na kushawishi fenotipu zao. Inafikiriwa kuwa HGT imeenea zaidi katika prokaryotes lakini sehemu ndogo tu ya genome ya prokaryotic inaweza kuhamishwa na aina hii ya uhamisho wakati wowote. Kama jambo hilo linachunguzwa vizuri zaidi, linaweza kufunuliwa kuwa la kawaida zaidi. Wanasayansi wengi wanaamini kwamba GT na mutation ni vyanzo muhimu vya tofauti ya maumbile, malighafi kwa mchakato wa uteuzi wa asili, katika prokaryotes. Ingawa GT ni ya kawaida zaidi kati ya viumbe vinavyohusiana na mageuzi, inaweza kutokea kati ya spishi zozote mbili zinazoishi pamoja katika jamii asilia.

    GT katika prokaryotes inajulikana kutokea kwa njia tatu za msingi kwamba ni mfano katika Kielelezo\(\PageIndex{1}\):

    1. Mabadiliko: DNA ya uchi inachukuliwa kutoka kwenye mazingira
    2. Transduction: jeni huhamishwa kati ya seli katika virusi (angalia Mzunguko wa Maisha ya Virusi)
    3. Mchanganyiko: matumizi ya tube ya mashimo inayoitwa pilus conjugation kuhamisha jeni kati ya seli
    a) Mabadiliko ni wakati DNA inapoingia ndani ya seli na imeingizwa katika jenomu. B) transduction ni wakati virusi injects DNA ndani ya seli na DNA hii ni kuingizwa katika genome. C) Kuunganishwa ni pale kiini kimoja cha bakteria kinachopiga plasmid yake na kutuma nakala hiyo kwenye seli nyingine ya bakteria kupitia pilus (daraja la saitoplazimu).
    Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Kuna njia tatu za prokaryote maalum zinazosababisha uhamisho wa jeni usio na usawa katika prokaryotes. a) Katika mabadiliko, kiini huchukua DNA moja kwa moja kutoka kwenye mazingira. DNA inaweza kubaki tofauti kama plasmid au kuingizwa katika jenomu jeshi. b) Katika transduction, bacteriophage injects DNA ambayo ni mseto wa DNA virusi na DNA kutoka kiini awali kuambukizwa bakteria. c) Katika conjugation, DNA huhamishwa kati ya seli kupitia daraja cytoplasmic baada ya conjugation pilus huchota seli mbili karibu kutosha kuunda daraja.

    Zoezi\(\PageIndex{1}\)

    1. Je! Ni njia tatu za uzazi wa kijinsia huanzisha tofauti za maumbile katika watoto?
    2. Ni faida gani ya uzazi wa asexual?
    3. Je! Ni njia gani tatu za uhamisho wa jeni usio na usawa katika prokaryotes?

    Mabadiliko

    Frederick Griffith alikuwa wa kwanza kuonyesha mchakato wa mabadiliko. Mwaka wa 1928, alionyesha kuwa bakteria hai, zisizo za pathogenic Streptococcus pneumoniae zinaweza kubadilishwa kuwa bakteria ya pathogenic kwa njia ya kuambukizwa na ugonjwa wa pathogenic unaouawa Alihitimisha kuwa aina fulani ya wakala, ambayo aliiita “kanuni ya kubadilisha,” ilipitishwa kutoka kwa bakteria ya pathogenic iliyokufa kwa bakteria hai, isiyo ya pathogenic. Mwaka 1944, Oswald Avery (1877—1955), Colin MacLeod (1909—1972), na Maclyn McCarty (1911—2005) walionyesha kuwa kanuni ya kubadilisha ilikuwa DNA (tazama Kutumia Microbiolojia kugundua Siri za Maisha).

    Katika mabadiliko, prokaryote huchukua DNA ya uchi inayopatikana katika mazingira yake na hiyo inatokana na seli zingine ambazo zimejaa kifo na kutolewa yaliyomo yao, ikiwa ni pamoja na jenomu zao, ndani ya mazingira. Bakteria nyingi zina uwezo wa kawaida, maana yake ni kwamba wao hufunga kikamilifu kwa DNA ya mazingira, husafirisha kwenye bahasha zao za seli ndani ya saitoplazimu zao, na kuifanya kuwa moja iliyopigwa. Kwa kawaida, DNA ya kigeni iliyopigwa mara mbili ndani ya seli huharibiwa na nucleases kama ulinzi dhidi ya maambukizi ya virusi. Hata hivyo, nucleases hizi kwa kawaida hazifanyi kazi dhidi ya DNA moja-stranded, hivyo DNA hii moja-stranded ndani ya seli ina nafasi ya kuunganisha tena katika jenomu ya bakteria. Molekuli ya DNA iliyo na vipande vya DNA kutoka viumbe mbalimbali huitwa DNA ya recombinant. (DNA Recombinant itajadiliwa kwa undani zaidi katika Microbes na Vyombo vya Uhandisi wa Maumbile.) Kama bakteria inashirikisha DNA mpya katika jenomu yake mwenyewe kwa njia ya recombination, seli ya bakteria inaweza kupata mali mpya phenotypic. Kwa mfano, kama bakteria isiyo na pathogenic inachukua DNA kwa jeni la sumu kutoka kwa pathojeni na kisha inaiingiza katika kromosomu yake, pia, inaweza kuwa pathogenic. DNA ya plasmid pia inaweza kuchukuliwa na bakteria yenye uwezo na kutoa mali mpya kwa seli. Kwa ujumla, mabadiliko katika asili ni mchakato usiofaa kiasi kwa sababu viwango vya DNA vya mazingira ni vya chini kwa sababu ya shughuli za nucleases ambazo zinatolewa pia wakati wa lisisi za seli. Zaidi ya hayo, recombination maumbile ni ufanisi katika kuchanganya Utaratibu mpya wa DNA katika genome.

    Kwa asili, mabadiliko ya bakteria ni utaratibu muhimu wa upatikanaji wa vipengele vya maumbile encoding sababu za virulence na upinzani wa antibiotic. Jeni za encoding upinzani dhidi ya misombo ya antimicrobial zimeonyeshwa kuwa zimeenea katika asili, hata katika mazingira yasiyoathiriwa na wanadamu. Jeni hizi, ambazo huruhusu microbes wanaoishi katika jamii zilizochanganywa kushindana kwa rasilimali ndogo, zinaweza kuhamishwa ndani ya idadi ya watu kwa mabadiliko, pamoja na michakato mingine ya GT. Katika maabara, tunaweza kutumia mchakato wa asili wa mabadiliko ya bakteria kwa uhandisi wa maumbile ili kufanya bidhaa mbalimbali za dawa, kama ilivyojadiliwa katika Microbes na Vyombo vya Uhandisi wa Maumbile.

    Zoezi\(\PageIndex{2}\)

    Kwa nini kiini cha bakteria hufanya DNA ya mazingira iliyoletwa ndani ya seli kuwa fomu moja iliyopigwa?

    Transduction

    Virusi zinazoambukiza bakteria (bacteriophages) zinaweza pia kusonga vipande vifupi vya DNA ya chromosomal kutoka kwa bakteria moja hadi nyingine katika mchakato unaoitwa transduction (angalia Mchoro 6.2.3). Kumbuka kwamba katika transduction ya jumla, kipande chochote cha DNA ya chromosomal inaweza kuhamishiwa kwenye kiini kipya cha jeshi kwa kufunga kwa ajali ya DNA ya chromosomal kwenye kichwa cha phage wakati wa mkutano wa phage. Kwa upande mwingine, matokeo maalumu ya transduction kutokana na uchelevu usio sahihi wa unabii wa lysogenic kutoka kwa kromosomu ya bakteria kama vile hubeba kipande cha kromosomu ya bakteria kutoka upande wowote wa tovuti ya ushirikiano wa phage hadi kiini kipya cha jeshi. Matokeo yake, mwenyeji anaweza kupata mali mpya. Utaratibu huu unaitwa uongofu wa lysogenic. Ya umuhimu wa matibabu, phage ya lysogenic inaweza kubeba na jeni la virulence kwa mwenyeji wake mpya. Mara baada ya kuingizwa kwenye chromosome mpya ya jeshi, mwenyeji mpya anaweza kupata pathogenicity. Baadhi ya bakteria kusababisha magonjwa, ikiwa ni pamoja Corynebacterium diphtheria (wakala causative wa mkamba) na Clostridium botulinum (wakala causative ya botulism), ni virulent kutokana na kuanzishwa kwa jeni sumu encoding na bakteria lysogenic, kuthibitisha kliniki umuhimu wa transduction katika kubadilishana jeni kushiriki katika magonjwa ya kuambukiza. Archaea wana virusi vyao ambavyo hubadilisha vifaa vya maumbile kutoka kwa mtu mmoja hadi mwingine.

    Zoezi\(\PageIndex{3}\)

    1. Ni wakala gani wa transduction ya seli za prokaryotic?
    2. Katika transduction maalumu, kipande cha DNA cha transducing kinatoka wapi?

    Matokeo ya kliniki ya Transduction

    Paul, mfanyakazi wa misaada mwenye umri wa miaka 23 kutoka Atlanta, alisafiri hadi Haiti mwaka 2011 kutoa misaada kufuatia tetemeko la ardhi la 2010 Baada ya kufanya kazi huko kwa wiki kadhaa, ghafla alianza kukumbana na shida ya tumbo, ikiwa ni pamoja na kuponda kali, kichefuchefu, kutapika, na kuhara kwa maji. Pia alianza kupata msongamano mkubwa wa misuli. Katika kliniki ya ndani, daktari huyo alidhani kuwa dalili za Paulo zilisababishwa na kipindupindu kwa sababu kulikuwa na kuzuka kwa kipindupindu baada ya tetemeko la ardhi. Kwa sababu kipindupindu huambukizwa kwa njia ya kinyesi-mdomo, ukiukaji katika miundombinu ya usafi wa mazingira, kama vile mara nyingi hutokea kufuatia majanga ya asili, inaweza kuharakisha kuzuka. Daktari alithibitisha utambuzi wa kudhani kwa kutumia mtihani wa kipindupindu cha dipstick. Kisha aliagiza Paulo dozi moja ya doxycycline, pamoja na chumvi za upungufu wa maji mwilini, akimfundisha kunywa kiasi kikubwa cha maji safi.

    Kipindupindu husababishwa na fimbo ya gramu-hasi ya Vibrio cholerae (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Dalili zake kwa kiasi kikubwa zinatokana na uzalishaji wa sumu ya kipindupindu (CT), ambayo hatimaye huwezesha transporter ya kloridi kusubu ioni za kloridi nje ya seli za epithelial ndani ya lumen ya tumbo. Maji kisha hufuata ions ya kloridi, na kusababisha kuhara maji mengi ya tabia ya kipindupindu. Jeni encoding sumu ya kipindupindu ni kuingizwa katika chromosome bakteria ya V. kipindupindu kupitia maambukizi ya bakteria na phage ya lysogenic filamentous CTX, ambayo hubeba gene ya CT na kuiingiza ndani ya kromosomu juu ya ushirikiano wa unabii. Hivyo, matatizo ya pathogenic ya V. cholerae hutokana na uhamisho wa jeni usio na usawa na transduction maalumu.

    Micrograph ya fimbo zilizopigwa.
    Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Micrograph ya elektroni ya skanning ya Vibrio cholerae inaonyesha sura yake ya fimbo ya sura.

    Zoezi\(\PageIndex{4}\)

    1. Kwa nini kuzuka kwa kipindupindu ni kawaida zaidi kutokana na maafa ya asili?
    2. Kwa nini misuli hupungua dalili ya kawaida ya kipindupindu? Kwa nini matibabu na chumvi za upungufu wa mdomo ni muhimu sana kwa ajili ya kutibu kipindupindu?
    3. Katika maeneo yaliyopigwa na kipindupindu, ni mikakati gani ambayo watu wanaweza kutumia ili kuzuia maambukizi ya magonjwa?

    Muungano

    Katika conjugation, DNA huhamishwa moja kwa moja kutoka prokaryote moja hadi nyingine kwa njia ya pilus conjugation, ambayo huleta viumbe kuwasiliana na kila mmoja. Katika E. koli, jeni encoding uwezo wa conjugate ziko kwenye plasmid bakteria iitwayo F plasmid, pia inajulikana kama sababu ya uzazi, na pilus conjugation inaitwa F pilus. Jeni la F-plasmid linajumuisha protini zote mbili zinazounda F pilus na wale wanaohusika katika kuiga duara replication ya plasmid. Seli zenye plasmid F, zenye uwezo wa kutengeneza F pilus, huitwa seli F + au seli za wafadhili s, na zile zinazopoteza plasmid F huitwa F - seli au seli za mpokeaji s.

    Kuunganishwa kwa F Plasmid

    Wakati wa muungano wa kawaida katika E. coli, F pilus ya kiini F + huwasiliana na F — kiini na hurejesha, na kuleta bahasha za seli mbili kuwasiliana (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Kisha daraja la cytoplasmic linaunda kati ya seli mbili kwenye tovuti ya pilus ya conjugation. Kama rolling mduara replication ya F plasmid hutokea katika seli F +, moja stranded nakala ya plasmid F ni kuhamishwa kwa njia ya daraja cytoplasmic kwa F - kiini, ambayo kisha synthesizes strand nyongeza, na kuifanya mara mbili stranded. Kiini cha F - sasa kinakuwa kiini cha F + kinachoweza kufanya pilus yake mwenyewe. Hatimaye, katika idadi ya bakteria iliyochanganywa iliyo na seli za F + na F-, seli zote zitakuwa seli za F +. Jeni kwenye plasmid ya E. coli F pia husimba protini zinazozuia muunganisho kati ya seli za F +.

    Mchoro wa kuunganishwa. 1: Pilus ya kiini cha wafadhili huunganisha kiini cha mpokeaji. Kiini cha wafadhili kina plasmid iliyoitwa F plasmid; kiini kinachoitwa F+kiini cha wafadhili. Kiini cha mpokeaji kinaitwa F- kiini cha mpokeaji na haina plasmid. Daraja kati yao ni kinachoitwa pilus. 2: Pilus mikataba, kuchora seli pamoja ili kuwasiliana na mtu mwingine. 3: Strand moja ya F plasmid DNA uhamisho kutoka kiini wafadhili kwa mpokeaji kiini. 4: Wafadhili synthesizes strand nyongeza ya kurejesha plasmid. Mpokeaji huunganisha kamba ya ziada kuwa F+kiini cha pith pilus. Seli zote mbili sasa zimeitwa F+na zina plasmid ndogo ya mviringo.
    Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Mchanganyiko wa kawaida wa F plasmid kutoka kiini F + hadi kiini F - huletwa na pilus conjugation kuleta seli mbili kuwasiliana. Kipande kimoja cha plasmid F kinahamishiwa kwenye kiini cha F, ambacho kinafanywa mara mbili.

    Kuunganishwa kwa seli za F' na Hfr

    Ingawa muunganisho wa kawaida katika E. koli husababisha uhamisho wa DNA ya F-plasmid tu, kuungana kunaweza pia kuhamisha DNA ya kromosomu. Hii ni kwa sababu F plasmid mara kwa mara huunganisha katika kromosomu ya bakteria kwa njia ya recombination kati ya plasmid na kromosomu, kutengeneza kiini cha Hfr (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). “Hfr” inahusu frequency ya juu ya recombination inayoonekana wakati seli za mpokeaji F - zinapokea taarifa za maumbile kutoka seli za Hfr kwa njia ya kuungana. Sawa na excision isiyo sahihi ya unabii wakati wa transduction maalumu, jumuishi F plasmid pia inaweza kutolewa kwa usahihi kutoka kromosomu, kuzalisha F' plasmid ambayo hubeba na baadhi ya DNA chromosomal karibu na tovuti ya ushirikiano. Juu ya kuungana, DNA hii huletwa kwa seli ya mpokeaji na inaweza kuhifadhiwa kama sehemu ya F' plasmid au kuunganishwa tena katika kromosomu ya bakteria ya seli ya mpokeaji.

    Seli za Hfr zinaweza pia kutibu kromosomu ya bakteria kama F plasmid kubwa na kujaribu kuhamisha nakala yake kwa mpokeaji F - kiini. Kwa sababu chromosome ya bakteria ni kubwa sana, uhamisho wa chromosome nzima huchukua muda mrefu (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)). Hata hivyo, mawasiliano kati ya seli za bakteria wakati wa kuunganishwa ni ya muda mfupi, hivyo ni kawaida kwa chromosome nzima kuhamishiwa. Jeshi la DNA ya kromosomu karibu na tovuti ya ushirikiano wa F plasmid, iliyohamishwa na mchakato wa unidirectional wa kuiga mzunguko wa mzunguko, inawezekana zaidi kuhamishiwa na kuunganishwa tena katika kromosomu ya seli ya mpokeaji kuliko jeni jeshi mbali zaidi. Hivyo, eneo la jamaa la jeni la bakteria kwenye jenomu ya seli ya Hfr linaweza kupangiliwa kulingana na wakati zinahamishwa kwa njia ya kuunganishwa. Matokeo yake, kabla ya umri wa kuenea kwa genome ya bakteria, umbali kwenye ramani za genome za prokaryotic mara nyingi zilipimwa kwa dakika.

    Kiini kina kromosomu ya jeshi (kitanzi kikubwa cha DNA), F plasmid (kitanzi kidogo cha DNA) na pilus (makadirio nje ya seli). Plasmid F inaingizwa ndani ya kromosomu ya jeshi kuwa Hfr kiume (wafadhili). Wakati plasmid inapoondolewa kwenye kromosomu ya jeshi, jeni kutoka kromosomu (kama vile lac) zinaweza kuhamia kutoka kromosomu hadi kwenye plasmid. Katika kesi hii kiini inakuwa F 'kiini.
    Kielelezo\(\PageIndex{4}\): (a) Plasmid F inaweza mara kwa mara kuunganisha katika chromosome ya bakteria, kuzalisha kiini cha Hfr. (b) Excision sahihi ya plasmid F kutoka kromosomu ya seli Hfr inaweza kusababisha uzalishaji wa F' plasmid ambayo hubeba DNA ya kromosomu karibu na tovuti ya ushirikiano. F' plasmid hii inaweza kuhamishiwa kwenye kiini cha F - kwa kuunganishwa.
    a) Mchoro unaonyesha seli moja yenye jeni nyingi kwenye kromosomu yake pamoja na plasmid F iliyounganishwa. Kiini hiki kinaanza kunakili na kuhamisha jenomu yake yote lakini muungano unaishia kabla ya kromosomu nzima kuhamishwa. B) Plasmid sampuli inayoonyesha aina mbalimbali za jeni kwenye plasmid. Baadhi ya jeni sampuli ni pamoja na: ARGG, PabB, Meta, ARGR, PolA, na oric. Hesabu zilizopo katikati ya plasmid zinaonyesha mahali pa jeni; namba hizi zinaonyesha plasmid ya jumla ya 1000bp.
    Kielelezo\(\PageIndex{5}\): (a) Kiini cha Hfr kinaweza kujaribu kuhamisha chromosome nzima ya bakteria kwenye kiini cha F -, kutibu chromosome kama F plasmid kubwa sana. Hata hivyo, kuwasiliana kati ya seli wakati wa kuunganishwa ni muda mfupi. Jeni za kromosomu zilizo karibu zaidi na tovuti ya ushirikiano (gene 1) ambazo zinahamishwa kwanza wakati wa kuiga kwa mduara unaoendelea zitahamishwa haraka zaidi kuliko jeni mbali na tovuti ya ushirikiano (jeni 4). Hivyo, wao ni zaidi ya kuwa recombined katika mpokeaji F - chromosome kiini. (b) Muda unaotumika kwa jeni kuhamishiwa, kama inavyoonekana kwa kuunganishwa tena katika kromosomu ya seli ya F -, inaweza kutumika kuzalisha ramani ya jenomu ya bakteria, kama vile ramani hii ya jenomia ya E. koli. Kumbuka kwamba inachukua takriban dakika 100 kwa jenomu nzima (4.6 Mbp) ya aina ya Hfr ya E. koli kuhamishiwa kwa kuungana.

    Matokeo na Matumizi ya Kuunganishwa

    Plasmidi ni aina muhimu ya kipengele cha DNA ya extrachromosomal katika bakteria na, katika seli hizo zinazowahifadhi, huhesabiwa kuwa sehemu ya jenomu ya bakteria. Kutokana na mtazamo wa kliniki, plasmidi mara nyingi hutambulisha jeni zinazohusika na virulence. Kwa mfano, jeni encoding protini ambazo hufanya seli ya bakteria sugu kwa antibiotiki fulani ni encoded kwenye plasmidi R. R plasmids, pamoja na jeni zao kwa upinzani wa antimicrobial, zina jeni zinazodhibiti kuunganishwa na uhamisho wa plasmid. Plasmidi R zinaweza kuhamisha kati ya seli za aina moja na kati ya seli za aina tofauti. Plasmidi moja ya R huwa na jeni nyingi zinazopinga upinzani dhidi ya antibiotics nyingi.

    Jeni zinazohitajika kwa ajili ya uzalishaji wa sumu na molekuli mbalimbali muhimu kwa ukoloni wakati wa maambukizi pia inaweza kupatikana encoded kwenye plasmidi. Kwa mfano, Matatizo yanayozalisha verotoksini ya E. coli (VTEC) yanaonekana kuwa yamepata jeni encoding sumu ya Shiga kutoka kwa jamaa yake ya gramu-hasi Shigella dysenteriae kupitia upatikanaji wa plasmid kubwa encoding sumu hii. VTEC husababisha ugonjwa mkali wa kuhara ambao unaweza kusababisha syndrome ya uremiki ya hemolytic (HUS), ambayo inaweza kusababisha kushindwa kwa figo na kifo.

    Katika mazingira yasiyo ya kliniki, jeni za bakteria ambazo zinajumuisha enzymes za kimetaboliki zinahitajika ili kuharibu misombo maalumu ya atypical kama hidrokaboni yenye kunukia polycyclic (PAHs) pia huwekwa mara nyingi kwenye plasmidi. Zaidi ya hayo, baadhi ya plasmidi wana uwezo wa kuhamia kutoka seli za bakteria hadi aina nyingine za seli, kama zile za mimea na wanyama, kupitia njia tofauti na kuungana. Njia hizo na matumizi yao katika uhandisi wa maumbile hufunikwa katika Maombi ya kisasa ya Genetics Microbial.

    Zoezi\(\PageIndex{5}\)

    1. Ni aina gani ya replication hutokea wakati wa kuunganishwa?
    2. Ni nini kinachotokea kuzalisha kiini cha Hfr E. coli?
    3. Ni aina gani za sifa ambazo zimehifadhiwa kwenye plasmids?

    Ubadilishaji

    Elementi za maumbile zinazoitwa transposons (elementi transposable), au “kuruka jeni,” ni molekuli za DNA ambazo zinajumuisha utaratibu maalum wa kurudia inverted katika ncha zao na jeni encoding transposase enzyme (Kielelezo\(\PageIndex{6}\)). Transposons kuruhusu mlolongo mzima kwa kujitegemea ushuru kutoka sehemu moja katika molekuli DNA na kuunganisha katika DNA mahali pengine kupitia mchakato unaoitwa transposition. Transposons awali ziligunduliwa katika mahindi (mahindi) na mwanajenetiki wa Marekani Barbara McClintock (1902—1992) katika miaka ya 1940. Transposons tangu hapo imepatikana katika kila aina ya viumbe, wote prokaryotes na eukaryotes. Kwa hiyo, tofauti na taratibu tatu zilizopita zilizojadiliwa, mabadiliko sio maalum ya prokaryote. Transposons wengi ni nonreplicative, maana wao hoja katika “kata-na-kuweka” mtindo. Wengine wanaweza kuwa replicative, hata hivyo, kubaki eneo lao katika DNA huku wakifanya nakala kuingizwa mahali pengine (“nakala na kuweka”). Kwa sababu transposoni zinaweza kuhamia ndani ya molekuli ya DNA, kutoka molekuli moja ya DNA hadi nyingine, au hata kutoka seli moja hadi nyingine, wana uwezo wa kuanzisha utofauti wa maumbile. Mwendo ndani ya molekuli hiyo ya DNA unaweza kubadilisha fenotype kwa kuzima au kuamsha jeni.

    Transposons inaweza kubeba nao jeni za ziada, kusonga jeni hizi kutoka sehemu moja hadi nyingine pamoja nao. Kwa mfano, transposoni za bakteria zinaweza kuhamisha jeni za upinzani wa antibiotiki, kuzihamisha kutoka chromosomes hadi kwenye plasmidi. Utaratibu huu umeonyeshwa kuwa na jukumu la ukolanibishaji wa jeni nyingi za upinzani wa antibiotiki kwenye plasmid moja ya R katika Matatizo ya Shigella yanayosababisha kuhara damu ya bakteria. Plasmid hiyo ya R inaweza kuhamishwa kwa urahisi kati ya idadi ya bakteria kupitia mchakato wa kuunganishwa.

    Mchoro wa transposon. 1: transposon ya kawaida inajumuisha transposase ya enzyme, iliyozungukwa na Utaratibu wa kurudia ulioingizwa. Sehemu ya kromosomu inaonyesha kwamba transposon inaingizwa kati ya jeni. Transposon ni wa maandishi ya jeni kwa transposase na bendi ndogo kinachoitwa inverted kurudia mlolongo upande wowote wa jeni. 2: Transposase inawezesha recombination kati ya kurudia inverted. Transposon ni kata kutoka eneo lake la awali na kuingizwa katika eneo jipya. Hii ni inavyoonekana kwa mviringo kinachoitwa transposase kusababisha sehemu DNA kwa mara juu yenyewe hivyo kurudia inverted ni karibu kugusa. 3: Transposon malengo Utaratibu maalum katika DNA kwamba itakuwa marudio, kutengeneza kurudia moja kwa moja upande wa kuingizwa transposon mlolongo. Hii ni inaonyesha kama transposon sasa ameketi katikati ya jeni kinachoitwa kuvurugika jeni.
    Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Transposons ni makundi ya DNA ambayo wana uwezo wa kuhamia kutoka eneo moja hadi nyingine kwa sababu kanuni kwa transposase enzyme. Katika mfano huu, transposon nonreplicative imevuruga jeni B. matokeo ya kwamba transcription ya jeni B inaweza sasa kuingiliwa.

    Zoezi\(\PageIndex{6}\)

    Je, ni njia mbili transposon inaweza kuathiri phenotype ya kiini ni hatua ya?

    \(\PageIndex{1}\)Jedwali linafupisha taratibu zilizojadiliwa katika sehemu hii. Jedwali\(\PageIndex{1}\): Muhtasari wa Utaratibu wa Utofauti wa Maumbile katika Prokaryotes
    Muda Ufafanuzi
    Muungano Uhamisho wa DNA kupitia mawasiliano ya moja kwa moja kwa kutumia pilus conjugation
    Transduction Mfumo wa uhamisho wa jeni usio na usawa katika bakteria ambayo jeni huhamishwa kupitia maambukizi ya virusi
    Mabadiliko Mfumo wa uhamisho wa jeni usio na usawa ambapo DNA ya mazingira ya uchi inachukuliwa na kiini cha bakteria
    Ubadilishaji Mchakato ambapo DNA kujitegemea ushuru kutoka eneo moja katika molekuli ya DNA na samlar mahali pengine

    Mwelekeo wa kliniki: Sehemu ya 3

    Licha ya matibabu ya antibiotiki yaliyoendelea, maambukizi ya Marko yaliendelea kuendelea haraka. Eneo lililoambukizwa liliendelea kupanuka, na alipaswa kuwekwa kwenye hewa ya hewa ili kumsaidia kupumua. Daktari wa Mark aliamuru kuondolewa upasuaji wa tishu zilizoambukizwa. Kufuatia upasuaji wa awali, jeraha la Marko lilifuatiliwa kila siku ili kuhakikisha kwamba maambukizi hayakurudi, lakini yaliendelea kuenea.

    Baada ya raundi mbili za ziada za upasuaji, maambukizi hatimaye yalionekana kuwa yaliyomo. Siku chache baadaye, Mark aliondolewa kwenye hewa ya hewa na aliweza kupumua peke yake. Hata hivyo, alikuwa amepoteza ngozi kubwa na tishu laini kwenye mguu wake wa chini.

    Zoezi\(\PageIndex{7}\)

    1. Kwa nini kuondolewa kwa tishu zilizoambukizwa huzuia maambukizi?
    2. Je! Ni matatizo gani ya njia hii ya matibabu?

    Dhana muhimu na Muhtasari

    • Uhamisho wa jeni usio na usawa ni njia muhimu kwa viumbe vinavyozalisha asexually kama prokaryotes kupata sifa mpya.
    • Kuna njia tatu za uhamisho wa jeni usawa kawaida kutumika na bakteria: mabadiliko, transduction, na conjugation.
    • Mabadiliko inaruhusu seli zinazofaa kuchukua DNA ya uchi, iliyotolewa kutoka seli nyingine juu ya kifo chao, ndani ya cytoplasm yao, ambapo inaweza kuunganisha tena na jenome ya jeshi.
    • Katika transduction ya jumla, kipande chochote cha DNA ya chromosomal kinaweza kuhamishwa na ufungaji wa ajali wa chromosome ya jeshi iliyoharibika kwenye kichwa cha phage. Katika transduction maalumu, DNA tu ya chromosomal karibu na tovuti ya ushirikiano wa phage ya lysogenic inaweza kuhamishwa kama matokeo ya usawa usio sahihi wa unabii.
    • Kuunganishwa ni mediated na F plasmid, ambayo inajumuisha pilus conjugation ambayo huleta F plasmid-zenye seli F + kuwasiliana na F - kiini.
    • Ushirikiano wa nadra wa F plasmid ndani ya kromosomu ya bakteria, inayozalisha kiini cha Hfr, inaruhusu uhamisho wa DNA ya chromosomal kutoka kwa wafadhili hadi mpokeaji. Zaidi ya hayo, excision sahihi ya F plasmid kutoka kromosomu inaweza kuzalisha F' plasmid ambayo inaweza kuhamishiwa kwa mpokeaji kwa conjugation.
    • Uhamisho wa mchanganyiko wa plasmids R ni utaratibu muhimu wa kuenea kwa upinzani wa antibiotic katika jamii za bakteria.
    • Transposons ni molekuli ya DNA yenye kurudia inverted katika ncha zao ambazo pia encode transposase enzyme, kuruhusu kwa harakati zao kutoka sehemu moja katika DNA hadi nyingine. Ingawa hupatikana katika prokaryotes zote mbili na eukaryotes, transposons ni muhimu kiafya katika vimelea vya bakteria kwa ajili ya harakati za mambo virulence, ikiwa ni pamoja na jeni za upinzani wa antibiotiki.