Konjugace (biologie)
Bakteriální konjugace je přenos genetického materiálu mezi bakteriálními buňkami přímým kontaktem mezi buňkami nebo spojením mezi dvěma buňkami podobným mostu.
Konjugace je mechanismus horizontálního přenosu genů, stejně jako transformace a transdukce, ačkoli tyto dva další mechanismy nezahrnují kontakt mezi buňkami.
Bakteriální konjugaci objevili nositelé Nobelovy ceny Joshua Lederberg a Edward Tatum. Ukázali, že bakterie Escherichia coli vstoupila do sexuální fáze, během níž může sdílet genetickou informaci.
Bakteriální konjugace je často nesprávně považována za ekvivalent pohlavního rozmnožování, protože zahrnuje výměnu genetického materiálu. Při konjugaci poskytuje dárcovská buňka konjugativní nebo mobilizovatelný genetický prvek, kterým je nejčastěji plazmid nebo transpozon. Většina konjugativních plazmidů má systémy zajišťující, že přijímající buňka již neobsahuje podobný prvek.
Přenesená genetická informace je často pro příjemce přínosná. Mezi výhody může patřit odolnost vůči antibiotikům, tolerance vůči xenobiotikům nebo schopnost využívat nové metabolity. Takové prospěšné plazmidy lze považovat za bakteriální endosymbionty. Jiné prvky však lze považovat za bakteriální parazity a konjugaci za jimi vyvinutý mechanismus umožňující jejich šíření.
Mechanismus
Základním konjugativním plazmidem je F-plazmid neboli F-faktor. Plazmid F je epizom (plazmid, který se může integrovat do bakteriálního chromozomu) o délce přibližně 100 000 párů bází.
V dané bakterii může být pouze jedna kopie plazmidu F, buď volná, nebo integrovaná, a bakterie, které mají kopii, se nazývají F-pozitivní nebo F-plus (označované F +). Buňky, které postrádají plazmid F, se nazývají F-negativní nebo F-minus (F -) a mohou fungovat jako přijímající buňky.
Schematický nákres bakteriální konjugace. Schéma konjugace 1- Dárcovská buňka produkuje pilus. 2 - Pilus se připojí k buňce příjemce a spojí obě buňky. 3- Pohyblivý plazmid je naříznut a jedno vlákno DNA je poté přeneseno do přijímající buňky. 4- Obě buňky syntetizují komplementární vlákno, čímž vznikne dvouvláknový kruhový plazmid a také se rozmnoží pilus; obě buňky jsou nyní životaschopnými dárci.
Mezikmenový přenos
Rhizobia vázající dusík jsou zajímavým případem mezidruhové konjugace.
Například plasmid Agrobacterium indukující nádory (Ti) a plasmid A. rhizogenes indukující kořenové nádory (Ri) obsahují geny, které jsou schopny přenosu do rostlinných buněk. Tyto geny mění rostlinné buňky v továrny produkující chemické látky, které bakterie využívají k získávání dusíku a energie. Infikované buňky tvoří korunní hálky, respektive kořenové nádory. Plazmidy Ti a Ri jsou tedy endosymbionty bakterií, které jsou zase endosymbionty (neboli parazity) infikované rostliny.
Genetické inženýrství
Konjugace je vhodným prostředkem pro přenos genetického materiálu na různé cíle. V laboratořích byly zaznamenány úspěšné přenosy z bakterií do kvasinek, rostlin, savčích buněk a izolovaných savčích mitochondrií.
Konjugace má oproti jiným formám genetického přenosu výhody. V rostlinném inženýrství konjugace podobná agrobakteriím doplňuje jiné standardní nosiče, jako je virus tabákové mozaiky (TMV). Zatímco TMV je schopen infikovat mnoho čeledí rostlin, jedná se především o dvouděložné byliny. Konjugace podobná Agrobacterium se také používá především pro dvouděložné rostliny, ale příjemci z jednoděložných rostlin nejsou neobvyklí.
Otázky a odpovědi
Otázka: Co je to bakteriální konjugace?
Odpověď: Bakteriální konjugace je přenos genetického materiálu mezi bakteriálními buňkami přímým kontaktem mezi buňkami nebo spojením mezi dvěma buňkami podobným mostu.
Otázka: Jaké jsou další mechanismy horizontálního přenosu genů?
Odpověď: Dalšími mechanismy horizontálního přenosu genů jsou transformace a transdukce, ačkoli tyto dva další mechanismy nezahrnují kontakt mezi buňkami.
Otázka: Kdo objevil bakteriální konjugaci?
Odpověď: Bakteriální konjugaci objevili nositelé Nobelovy ceny Joshua Lederberg a Edward Tatum.
Otázka: Co Lederberg a Tatum zjistili o Escherichia coli při konjugaci?
Odpověď: Lederberg a Tatum ukázali, že bakterie Escherichia coli vstoupila do sexuální fáze, během níž může sdílet genetickou informaci.
Otázka: Co poskytuje dárcovská buňka během konjugace?
Odpověď: Během konjugace poskytuje dárcovská buňka konjugativní nebo mobilizovatelný genetický prvek, kterým je nejčastěji plazmid nebo transpozon.
Otázka: Jaké jsou výhody genetické informace přenášené během konjugace?
Odpověď: Genetická informace přenesená během konjugace je často pro příjemce přínosná. Mezi výhody může patřit odolnost vůči antibiotikům, tolerance vůči xenobiotikům nebo schopnost využívat nové metabolity.
Otázka: Jak lze nahlížet na některé prvky přenášené během konjugace?
Odpověď: Na jiné prvky přenášené během konjugace lze pohlížet jako na bakteriální parazity a na konjugaci jako na mechanismus, který se u nich vyvinul, aby umožnil jejich šíření.
