الاقتران البكتيري: العملية والبنية والعوامل - مادة الاحياء - 2025

و اقتران بكتيري هو نقل في اتجاه واحد من المادة الوراثية من بكتيريا المانحة إلى مستلم آخر، من خلال الاتصال الجسدي بين ل خليتين. يمكن أن يحدث هذا النوع من العمليات في البكتيريا التي تتفاعل ، كما هو الحال في البكتيريا التي لا تتفاعل مع صبغة جرام ، وكذلك في الفطريات العقدية.

يمكن أن يحدث الاقتران بين بكتيريا من نفس النوع أو من أنواع مختلفة. يمكن أن يحدث حتى بين بدائيات النوى وأعضاء ممالك أخرى (نباتات ، فطريات ، حيوانات).

الاقتران البكتيري. تُظهر الصورة ، من أعلى إلى أسفل ، نوعين من البكتيريا قبل وأثناء وبعد الاقتران. مأخوذة وتحرير من User Magnus Manske على en.wikipedia.

لكي تحدث عملية الاقتران ، يجب أن تمتلك إحدى البكتيريا المتورطة ، المتبرع ، المادة الوراثية التي يمكن تعبئتها ، والتي يتم تمثيلها عمومًا بالبلازميدات أو الينقولات.

يجب أن تفتقر الخلية الأخرى ، المستلم ، إلى هذه العناصر. يمكن لمعظم البلازميدات اكتشاف الخلايا المستقبلة المحتملة التي تفتقر إلى البلازميدات المماثلة.

الاقتران والتكاثر الجنسي

لا تمتلك البكتيريا تنظيمًا من المادة الجينية مماثل لتلك الموجودة في حقيقيات النوى. هذه الكائنات الحية لا تقدم التكاثر الجنسي لأنها لا تقدم تقسيم اختزالي (الانقسام الاختزالي) لتكوين الأمشاج في أي وقت من حياتهم.

لتحقيق إعادة تركيب مادتها الجينية (جوهر النشاط الجنسي) ، تمتلك البكتيريا ثلاث آليات: التحول ، الاقتران والتحول.

إذن ، فإن الاقتران البكتيري ليس عملية تكاثر جنسي. في الحالة الأخيرة ، يمكن اعتباره نسخة بكتيرية من هذا النوع من التكاثر ، لأنه يتضمن بعض التبادل الجيني.

الهياكل والعوامل المشاركة في العملية

pili الجنسية

تسمى أيضًا pili F ، وهي هياكل خيطية ، أقصر وأرق بكثير من السوط ، تتكون من وحدات بروتينية متشابكة حول مركز مجوف. وتتمثل مهمتها في إبقاء خليتين على اتصال أثناء الاقتران.

من الممكن أيضًا أن يتم نقل العنصر المقترن إلى الخلية المتلقية عبر الثقبة المركزية للشعرة الجنسية.

العناصر المرافقة

إنها المادة الجينية التي سيتم نقلها أثناء عملية الاقتران البكتيري. يمكن أن تكون ذات طبيعة مختلفة ، من بينها:

جسيمات الحمض النووي خارج الكروموسومات

هذه الجسيمات عبارة عن حلقات ، أي بلازميدات يمكن دمجها في الكروموسوم البكتيري من خلال عملية تسمى إعادة التركيب المتماثل. تتميز بطول يبلغ حوالي 100 كيلو بايت ، بالإضافة إلى وجود أصل خاص بها من النسخ المتماثل والنقل.

تسمى الخلايا التي تمتلك العامل F الخلايا الذكرية أو الخلايا F + ، بينما تفتقر الخلايا الأنثوية (F-) إلى هذا العامل. بعد الاقتران ، تصبح بكتيريا F- F + ويمكن أن تعمل على هذا النحو.

خيوط الكروموسوم

عندما يحدث إعادة التركيب المتماثل ، يرتبط العامل F بالكروموسوم البكتيري ؛ في مثل هذه الحالات يسمى العامل F 'والخلايا التي تحتوي على الحمض النووي المؤتلف تسمى Hfr ، لإعادة التركيب عالي التردد.

أثناء الاقتران بين بكتيريا Hfr وبكتيريا F ، تنقل الأولى إلى الأخيرة خيطًا من دناها المعاد تجميعه مع العامل F. في هذه الحالة ، تصبح الخلية المتلقية نفسها خلية Hfr.

يمكن أن يكون هناك عامل واحد فقط في البكتيريا ، إما في شكل خارج الكروموسومات (F) أو معاد اتحاده في الكروموسوم البكتيري (F ').

البلازميدات

يعتبر بعض المؤلفين البلازميدات وعوامل F معًا ، ويعالجها مؤلفون آخرون بشكل منفصل. كلاهما عبارة عن جزيئات وراثية خارج الصبغيات ، ولكن على عكس العامل F ، لا تتكامل البلازميدات في الكروموسومات. هي العناصر الجينية التي تنتقل في الغالب أثناء عملية الاقتران.

تتكون البلازميدات من جزأين ؛ عامل نقل المقاومة المسؤول عن نقل البلازميد ، وجزء آخر يتكون من جينات متعددة لديها المعلومات التي ترمز لمقاومة المواد المختلفة.

يمكن لبعض هذه الجينات أن تنتقل من بلازميد إلى آخر في نفس الخلية ، أو من البلازميد إلى الكروموسوم البكتيري. تسمى هذه الهياكل الينقولات.

يجادل بعض المؤلفين بأن البلازميدات المفيدة للبكتيريا هي في الواقع تعايش داخلي ، بينما قد يكون البعض الآخر ، على العكس من ذلك ، طفيليات داخلية بكتيرية.

معالجة

تنتج الخلايا المانحة الشعيرة الجنسية. تحتوي جزيئات F أو البلازميدات الموجودة فقط في هذه البكتيريا على المعلومات الجينية التي تشفر إنتاج البروتينات التي تشكل الشعيرة. لهذا السبب ، فإن خلايا F + فقط هي التي ستقدم هذه الهياكل.

يسمح الجنس الشعري للخلايا المانحة بالالتصاق بالخلايا المتلقية أولاً ثم الالتصاق معًا.

من أجل الشروع في النقل ، يجب فصل خيطي DNA. أولاً ، يحدث القطع في المنطقة المعروفة باسم أصل النقل (oriT) لأحد الخيوط. يقوم إنزيم Relaxase بعمل هذا القطع بحيث يبدأ إنزيم الهليكس فيما بعد عملية فصل السلاسل.

يمكن أن يعمل الإنزيم بمفرده أو أيضًا عن طريق تكوين مركب به عدة بروتينات مختلفة. يُعرف هذا المجمع باسم الاسترخاء.

فور بدء فصل السلاسل ، سيبدأ نقل أحد الخيوط ، والذي سينتهي فقط عند انتقال الخيط الكامل إلى الخلية المتلقية ، أو عندما تنفصل البكتيريا.

لإكمال عملية النقل ، تقوم كل من الخلايا والمتلقي والمتبرع بتوليف الخيط التكميلي ، وتصنع السلسلة لتدور مرة أخرى. كمنتج نهائي ، أصبحت كلتا البكتريا الآن F + ويمكنهما العمل كمانحين ببكتيريا F-.

البلازميدات هي العناصر الجينية التي تنتقل بهذه الطريقة بشكل متكرر. تعتمد قدرة الاقتران على وجود بكتيريا البلازميدات المقترنة التي تحتوي على المعلومات الوراثية المطلوبة لمثل هذه العملية.

التطبيقات

تم استخدام الاقتران في الهندسة الوراثية كأداة لنقل المواد الجينية إلى وجهات مختلفة. لقد عملت على نقل المادة الوراثية من البكتيريا إلى مستقبلات مختلفة حقيقية النواة وخلايا بدائية النواة ، وحتى إلى الميتوكوندريا الثديية المعزولة.

أحد أجناس البكتيريا التي تم استخدامها بنجاح لتحقيق هذا النوع من النقل هو Agrobacterium ، والذي تم استخدامه بمفرده ، أو بالاشتراك مع فيروس موزاييك التبغ.

من بين الأنواع التي تحولت وراثيًا عن طريق الأجرعية الخمائر والفطريات والبكتيريا الأخرى والطحالب والخلايا الحيوانية.

التحول بواسطة الأورام الجرثومية إلى خلية نباتية. مأخوذة وتحرير من: J LEVIN W.

المراجع

1. إي دبليو نيستر ، سي روبرتس ، إن إن بيرسال وبي جيه مكارثي (1978). علم الاحياء المجهري. الطبعة الثانية. هولت ورينهارت ونستون.
2. جيم ليري. أجروباكتريوم. في فايدر. تعافى من lifeder.com.
3. الاقتران البكتيري. على ويكيبيديا. تعافى من en.wikipedia.org.
4. ر.كاربا (2010). إعادة التركيب الجيني في البكتيريا: أفق بدايات النشاط الجنسي في الكائنات الحية. إلبا بيوفلوكس.
5. الاقتران بدائية النواة. على ويكيبيديا. تعافى من es.wikipedia.org.
6. LS Frost & G. Koraimann (2010). تنظيم الاقتران البكتيري: موازنة الفرص مع الشدائد. علم الأحياء الدقيقة في المستقبل.
7. إي هوغ (2005). علم الأحياء الدقيقة الأساسي. John Wiley & Sons Ltd.