الموضوع: علم الوراثة للكائنات الحية الدقيقة 1. الاقتران، والتحويل، والتحول. 2. تقلب الكائنات الحية الدقيقة. 3. استخدام منجزات الوراثة البكتيرية.
يحتوي الجهاز الوراثي للبكتيريا على عدد من الميزات: البكتيريا كائنات أحادية الصيغة الصبغية، أي أن لديها كروموسوم واحد. وفي هذا الصدد، عند وراثة الصفات، لا توجد ظاهرة الهيمنة؛ تتمتع البكتيريا بمعدل تكاثر مرتفع، وبالتالي يتم استبدال عشرات الأجيال من البكتيريا في فترة زمنية قصيرة (أيام). وهذا يجعل من الممكن دراسة أعداد كبيرة من السكان وتحديد الطفرات النادرة في حدوثها بسهولة تامة. يتم تمثيل الجهاز الوراثي للبكتيريا بواسطة كروموسوم. البكتيريا لديها واحد فقط. الكروموسوم البكتيري هو جزيء الحمض النووي. يصل طول هذا الجزيء إلى 1.0 مم، ولكي "يتناسب" مع الخلية البكتيرية، فهو ليس خطيًا، كما هو الحال في حقيقيات النوى، ولكنه ملفوف بشكل فائق في حلقات ومطوي في حلقة. ترتبط هذه الحلقة بالغشاء السيتوبلازمي عند نقطة واحدة. توجد الجينات الفردية على الكروموسوم البكتيري. على سبيل المثال، يوجد في الإشريكية القولونية أكثر من ألفي منها.
2. الوحدات الوظيفية للجينوم البكتيري، بالإضافة إلى الجينات الكروموسومية، هي: تسلسل IS؛ الينقولات. البلازميدات. تسلسل IS (الإدراج الإنجليزي - الإدراج، التسلسل - التسلسل) عبارة عن أجزاء قصيرة من الحمض النووي. وهي لا تحمل جينات بنيوية (ترميز بروتين معين)، ولكنها تحتوي فقط على الجينات المسؤولة عن التبديل (قدرة تسلسلات IS على التحرك على طول الكروموسوم والاندماج في أقسامه المختلفة). تسلسل IS هو نفسه في الأنواع البكتيرية المختلفة. الترانسبوزونات هي جزيئات الحمض النووي أكبر من تسلسل IS. وبالإضافة إلى الجينات المسؤولة عن التبديل، فإنها تحتوي أيضًا على جين بنيوي يشفر سمة معينة. تتكون الترانسبوزونات (عناصر Tn) من 2000-25000 زوج من النيوكليوتيدات، وتحتوي على جزء من الحمض النووي يحمل جينات محددة، واثنين من عناصر IS الطرفية. يحتوي كل ترانسبوزون عادة على جينات تقدم خصائص مهمة للبكتيريا، مثل المقاومة المتعددة للعوامل المضادة للبكتيريا. بشكل عام، تتميز الترانسبوزونات بنفس جينات البلازميدات (جينات مقاومة المضادات الحيوية، وتكوين السموم، والإنزيمات الأيضية الإضافية). تتحرك الترانسبوزونات بسهولة على طول الكروموسوم. يؤثر موقعهم على التعبير عن الجينات الهيكلية الخاصة بهم والكروموسومات المجاورة. يمكن أن توجد الترانسبوزونات أيضًا خارج الكروموسوم،
البلازميدات هي جزيئات DNA فائقة الحلزونية دائرية. يختلف وزنها الجزيئي بشكل كبير ويمكن أن يكون أكبر بمئات المرات من وزن الترانسبوزونات. تحتوي البلازميدات على جينات هيكلية تمنح الخلية البكتيرية خصائص مختلفة مهمة جدًا بالنسبة لها: البلازميدات R - مقاومة الأدوية؛ البلازميدات الكولونية - القدرة على تصنيع الكوليسينس. البلازميدات F - تنقل المعلومات الوراثية. البلازميدات السامة - تصنيع السم. بلازميدات التحلل الحيوي - تدمير ركيزة أو أخرى، وما إلى ذلك. يمكن دمج البلازميدات في الكروموسوم (على عكس تسلسلات IS والترانسبوزونات، فهي مدمجة في مناطق محددة بدقة)، أو يمكن أن توجد بشكل مستقل. في هذه الحالة، لديهم القدرة على التكاثر بشكل مستقل، ولهذا السبب يمكن أن يكون هناك 2، 4، 8 نسخ من هذا البلازميد في الخلية. تحتوي العديد من البلازميدات على جينات قابلة للانتقال ويمكن نقلها من خلية إلى أخرى من خلال الاقتران (تبادل المعلومات الوراثية). تسمى هذه البلازميدات قابلة للانتقال.
يوجد في البكتيريا نوعان من التباين - النمط الظاهري والنمط الوراثي. لا يؤثر التباين المظهري - التعديل - على النمط الجيني، ولكنه يؤثر على غالبية الأفراد في المجتمع. التعديلات لا يتم توريثها ولا تتلاشى مع مرور الوقت، أي أنها تعود إلى النمط الظاهري الأصلي من خلال عدد أكبر (تعديلات طويلة المدى) أو عدد أصغر (تعديلات قصيرة المدى) من الأجيال. ح يؤثر التباين الوراثي على التركيب الوراثي. لأنه يقوم على الطفرات وإعادة التركيب. الطفرات في البكتيريا لا تختلف جوهريا عن الطفرات في الخلايا حقيقية النواة. إحدى سمات الطفرات في البكتيريا هي السهولة النسبية لتحديدها، حيث أنه من الممكن العمل مع مجموعات كبيرة من البكتيريا. حسب المنشأ، يمكن أن تكون الطفرات: عفوية؛ الناجم عن. حسب الطول: منقط؛ الوراثية. الكروموسومات. الاتجاهية: مستقيم؛ - يعكس.
إعادة التركيب (تبادل المادة الوراثية) في البكتيريا يختلف عن إعادة التركيب في حقيقيات النوى: لدى البكتيريا عدة آليات إعادة التركيب؛ أثناء إعادة التركيب في البكتيريا، لا يتم تشكيل الزيجوت، كما هو الحال في حقيقيات النوى، ولكن الزيجوت المروزي (يحمل المعلومات الوراثية الكاملة للمتلقي وجزء من المعلومات الوراثية للمتبرع في شكل إضافة)؛ في الخلية البكتيرية المؤتلفة، لا تتغير نوعية المعلومات الجينية فحسب، بل أيضًا كمية المعلومات.
الاقتران في البكتيريا، هو طريقة لنقل المادة الوراثية من خلية بكتيرية إلى أخرى. في هذه الحالة، يتم ربط اثنين من البكتيريا عن طريق جسر رفيع يمر من خلاله جزء من شريط الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) من خلية (مانحة) إلى أخرى (متلقية). تتغير الخصائص الوراثية للمتلقي وفقًا لكمية المعلومات الوراثية الموجودة في قطعة الحمض النووي المنقولة.
الاقتران الاقتران (من اللاتينية conjugatio - اتصال)، عملية مجاورة للجنس - نقل أحادي الاتجاه لجزء من المادة الوراثية (البلازميدات، الكروموسوم البكتيري) من خلال الاتصال المباشر لخليتين بكتيريتين. تم اكتشافه عام 1946 بواسطة ج. ليدربيرج وإي. تايتم. وله أهمية كبيرة بطبيعته لأنه يعزز تبادل الخصائص المفيدة في حالة عدم وجود عملية جنسية حقيقية. من بين جميع عمليات نقل الجينات الأفقي، يسمح الاقتران بنقل أكبر قدر من المعلومات الوراثية.
الاقتران هو تبادل المعلومات الوراثية في البكتيريا عن طريق نقلها من المتبرع إلى المتلقي عن طريق الاتصال المباشر. بعد تكوين جسر الاقتران بين المتبرع والمتلقي، يدخل شريط واحد من الحمض النووي المتبرع إلى الخلية المتلقية من خلاله. كلما طالت فترة الاتصال، أمكن نقل المزيد من الحمض النووي المتبرع به إلى المتلقي. استنادا إلى انقطاع الاقتران على فترات معينة، من الممكن تحديد ترتيب الجينات على الكروموسوم البكتيري - لبناء خرائط الكروموسومات للبكتيريا (خريطة البكتيريا). خلايا F+ لها وظيفة مانحة.
تمكنت إستر ليدربيرج من عزل بكتيريا لامدا، وهو فيروس DNA، من الإشريكية القولونية K 12 في عام 1950. يرتبط الاكتشاف الفعلي للتنبيغ باسم جوشوا ليدربيرج. وفي عام 1952، اكتشفوا مع نورتون زيندر التنبيغ العام. في عام 1953، أثبت ليدربيرج وآخرون وجود التنبيغ المجهض، وفي عام 1956 - التنبيغ النوعي.
التنبيغ هو تبادل المعلومات الوراثية في البكتيريا عن طريق نقلها من المتبرع إلى المتلقي باستخدام العاثيات المعتدلة (الناقلة). يمكن للعاثيات المنقولة أن تنقل جينًا واحدًا أو أكثر (السمات). يمكن أن يكون النقل: محددًا - يتم دائمًا نقل نفس الجين؛ غير محدد - تنتقل جينات مختلفة. ويرجع ذلك إلى توطين العاثيات المنقولة في جينوم المتبرع: في حالة النقل المحدد، تكون موجودة دائمًا في نفس المكان على الكروموسوم؛ وعندما تكون غير محددة، يكون توطينها غير متناسق.
أرز. 2. التنبيغ 1 - بكتيريا - متبرع (B+)، 2 - فج، 3 - تكاثر، 4 - امتزاز، 5 - بكتيريا - متلقي (B-)، 6 - بكتيريا - متلقي بخاصية جديدة.
التحول هو تبادل المعلومات الوراثية في البكتيريا عن طريق إدخال محضر الحمض النووي الجاهز (المعد خصيصًا أو المعزول مباشرة من الخلية المانحة) إلى الخلية البكتيرية المتلقية. في أغلب الأحيان، يحدث نقل المعلومات الوراثية عندما تتم زراعة المتلقي على وسط غذائي يحتوي على الحمض النووي للمانحين. لإدراك الحمض النووي للمتبرع أثناء التحول، يجب أن تكون الخلية المتلقية في حالة فسيولوجية معينة (الكفاءة)، والتي يتم تحقيقها عن طريق طرق خاصة لمعالجة التجمعات البكتيرية أو تحدث تلقائيًا. أثناء التحويل، يتم نقل خصائص مفردة (عادةً 1). التحول هو الدليل الأكثر موضوعية على ارتباط الحمض النووي أو شظاياه بسمة مظهرية معينة، حيث يتم إدخال تحضير الحمض النووي النقي في الخلية المتلقية.
أرز. 3. تحول السلالة المحفظة للبكتيريا (1) عند التلقيح يعطي النمو (6). ولا يوجد نمو بعد غليان هذه الثقافة (7). نتيجة مثل هذه التجربة مع سلالة غير المحفظة (4 -النمو +، 8 -النمو -) مماثلة. إن الجمع بين مستخلص المحفظة (1) والمزرعة الحية لسلالات المحفظة (3) في حاوية واحدة، تليها البذر، يعطي نمو السلالة المحفظة (5).
خصائص خلايا المستعمرة S - و R-forms S-form R-form المستعمرات خشنة، غير شفافة مع حواف غير مستوية، غالبًا ما تكون الأسواط مجعدة غائبة الكبسولات أو الطبقة المخاطية غائبة كيميائيًا أقل نشاطًا كيميائيًا حيويًا قليل الضراوة أو عديم الضراوة ناقصة مستضديًا ضعيفة الحساسية للعاثية تعليق يستقر بسرعة، رواسب متفتتة، خلايا متعددة الأشكال. المستعمرات شفافة، ذات سطح أملس لامع، مستديرة، ذات حواف ناعمة، محدبة. الأنواع المتحركة لها أسواط. في الأنواع المحفظة تكون الكبسولة أو الطبقة المخاطية مرئية بوضوح. أكثر نشاطًا كيميائيًا حيويًا في الأنواع المسببة للأمراض يتم التعبير عن الخصائص الضارة مستضدي كامل، حساس للعاثية، خلايا معلقة في محلول فسيولوجي، خلايا متجانسة، مستقرة، ذات حجم طبيعي
إعادة التركيب في بدائيات النوى. تحويل. اقتران. التوضيح. مميزات بناء الخرائط الجينية في بدائيات النوى.
إعادة التركيب الجيني
ويلاحظ نتيجة لذلك التباين الوراثي في بدائيات النوى إعادة التركيبالمادة الوراثية بسبب التوحيد الجزئي لجينوم خليتين ويتجلى في النمط الظاهري للبكتيريا. يؤدي التحول والانتقال والاقتران إلى تباين إعادة التركيب في المادة الوراثية لبدائيات النوى.
على عكس حقيقيات النوى، حيث يتم تشكيل زيجوت حقيقي أثناء العملية الجنسية، يجمع بين المادة الوراثية لكلا الوالدين، في بدائيات النوى، خلال جميع العمليات الثلاث المذكورة أعلاه، فقط نقل جزئي للمادة الوراثية من الخلية المانحة إلى المتلقي تتم ملاحظة الخلية، الأمر الذي يؤدي إلى -iyu الزيجوت المعيب - merosygotes. وهكذا، تصبح الخلية المتلقية بدائية النواة ثنائية الصيغة الصبغية جزئيًا، وتحتفظ بشكل أساسي بالنمط الجيني للخلية المتلقية وتكتسب خصائص معينة فقط من الخلية المانحة.
تقع مسؤولية إعادة التركيب على عاتق جينات خاصة للخلية المتلقية تسمى الجينات التفصيلية. تتضمن آلية إعادة التركيب سلسلة من المراحل المتعاقبة:
1) كسر خيوط الحمض النووي للخلية المتلقية؛
2) دمج أجزاء الحمض النووي المقدمة من الخلية المانحة في جينوم الخلية المتلقية؛
3) تكرار الحمض النووي المعاد تركيبه، مما يؤدي إلى ظهور ذرية الخلايا ذات الجينوم المتغير.
تم الحصول على دليل على آلية إعادة التركيب المذكورة أعلاه بشكل تجريبي من خلال دراسة عملية اقتران الإشريكية القولونية (E. coli) باستخدام الخلايا المانحة المسمى بالفوسفور (P 32).
تحويل(من اللاتينية - التحول) - تغيير في جينوم وخصائص البكتيريا نتيجة لنقل المعلومات عندما يخترق جزء من الحمض النووي الحر من البيئة إلى الخلية. لا يتطلب التحول اتصالاً مباشرًا بين الخلية المانحة والخلية المتلقية. يمكن أن يكون مصدر تحويل الحمض النووي عبارة عن مزرعة بكتيرية تم قتلها حديثًا أو مستحضرات نقية من الحمض النووي المستخرج منها.
تمت ملاحظة ظاهرة التحول في البكتيريا لأول مرة بواسطة F. Griffiths في عام 1928. واكتشف أنه عند إدخال المكورات الرئوية المحفظة الخبيثة من النوع S والمكورات الرئوية الحية عديمة الضراوة من النوع R إلى جسم الفئران معًا، ماتت جميع الحيوانات. في هذه الحالة، من دم الفئران الميتة، جنبا إلى جنب مع المكورات الرئوية المحفظة من النوع R، يتم عزل المكورات الرئوية المحفظة الخبيثة من النوع S. فشل غريفيث في تفسير ظاهرة التحول. فقط في عام 1944، قام O. Avery وK. McLeod وM. McCarthy بعزل مادة محولة من الخلايا الميتة للمكورات الرئوية المحفظة وأظهروا أنها حساسة للحمض النووي لبوليميراز الحمض النووي.
تتم عملية التحول في عدة مراحل:
1) امتزاز تحويل الحمض النووي على سطح الخلية المتلقية المختصة؛
2) الانقسام الأنزيمي للحمض النووي المتحول مع تكوين شظايا بمتوسط وزن جزيئي (4-5) ·10 6؛
3) اختراق شظايا الحمض النووي في الخلية المتلقية، مصحوبة بتدهور إحدى سلاسل الحمض النووي وتشكيل شظايا مفردة؛
4) التكامل – إدراج أجزاء من الحمض النووي المحول إلى الحمض النووي للخلية المتلقية من خلال التبادل الجيني؛
5) التعبير - التكاثر المكثف للخلايا المحولة، والتي سيكون لنسلها جين متغير في جزيء الحمض النووي.
تتوافق قطعة الحمض النووي المتحولة عادةً مع 0.3% من الكروموسوم البكتيري، أو حوالي 15 جينًا. يخترق جزء صغير جدًا من الحمض النووي الخلية المتلقية، مما يتسبب في تحول سمة واحدة فقط ونادرًا اثنتين. من خلال التحول من خلية إلى أخرى، يمكن نقل خصائص البكتيريا مثل مقاومة الأدوية، والقدرة على تصنيع عديدات السكاريد المحفظة، والإنزيمات، وبعض المستقلبات، وما إلى ذلك. أثناء التحول، لا توجد إضافة لسمة وراثية جديدة نوعيا، بل تتم ملاحظة استبدال سمة بأخرى.
التوضيحيتكون من نقل المادة الوراثية من الخلية المانحة إلى الخلية المتلقية بواسطة العاثيات المعتدلة. تم اكتشاف ظاهرة التنبيغ في عام 1952 من قبل N. Zinder وJ. Lederberg باستخدام سلالتين من السالمونيلا كمثال.
وفقا لآلية التفاعل مع الخلية البكتيرية، تنقسم العاثيات إلى ضارة ومعتدلة. تتسبب العاثيات الخبيثة، التي تخترق الخلية، في تكوين عاثيات جديدة وتحلل البكتيريا. إن إصابة الخلايا بالعاثيات المعتدلة لا يصاحبها دائمًا تحلل البكتيريا؛ في البكتيريا اللايسوجينية، يتم دمج الحمض النووي للعاثية في خلايا الحمض النووي وتتحول العاثيات المعتدلة إلى العاثيات، مما يفقد القدرة على تحلل الخلية البكتيرية. يتصرف النبي كجزء من الكروموسوم البكتيري ويتكاثر داخله لعدد من الأجيال. يحدث إطلاق العاثيات المعتدلة من خلايا البكتيريا اللايسوجينية تلقائيًا أو تحت تأثير البكتيريا اللايسوجينية يحدث تلقائيًا أو تحت تأثير العوامل المستحثة - الأشعة فوق البنفسجية والإشعاعات المؤينة والمطفرات الكيميائية.
أثناء عملية تكاثر بعض العاثيات في المناطق المعتدلة، يتم دمج جزء صغير من الكروموسوم البكتيري في جينوم العاثيات. تنقل العاثيات الناقلة جزءًا من الحمض النووي من المضيف السابق إلى خلية بكتيرية جديدة حساسة لها. وهكذا، تصبح الخلية البكتيرية المتلقية لاقحة جزئية.
تتميز البكتيريا 3 أنواع من النقل: المتخصصة والعامة والمجهضة.
متخصص- يتضمن جينوم العاثي جينات الحمض النووي المحددة بدقة للبكتيريا المانحة، والموجودة على الكروموسوم البكتيري بجوار العاثي مباشرة. تنفصل الجينات المجاورة للنبي من الكروموسوم البكتيري، وتبقى بعض جينات النبي في تركيبته. يؤدي نقل العاثيات المعيبة المنبعثة من الخلية المانحة إلى تكوين التحلل في الخلية المتلقية. يتم تضمين الحمض النووي للعاثية المعيبة في كروموسوم الخلية المتلقية، مما يؤدي إلى إدخال جينات البكتيريا المانحة فيها.
عام- يختلف عن الجزء المتخصص في أن أي جزء من الحمض النووي للبكتيريا المانحة يتم تضمينه في الحمض النووي العاثي. وهكذا، أثناء النقل العام، تنقل العاثيات الناقلة من كروموسوم البكتيريا المانحة أي جينات تتحكم في السمات المختلفة إلى خلية البكتيريا المتلقية.
مجهض -جزء من كروموسوم خلية مانحة يتم إدخاله بواسطة العاثيات المحولة إلى الخلية المتلقية لا يتم تضمينه في كروموسومها، ولكنه يتم وضعه في السيتوبلازم، وعندما تنقسم الخلية المتلقية، يتم نقله إلى واحدة فقط من الخلايا الناتجة.
تم عرض التنبيغ في التجربة على البكتيريا المعوية، الزائفة، المكورات العنقودية، العصيات والفطريات الشعاعية. يحدد التنبيغ ظهور الأنواع البكتيرية ذات الخصائص الجديدة، ومقاومة الأدوية، وتخليق الإنزيمات، والأحماض الأمينية، وما إلى ذلك.
في تجارب الهندسة الوراثية، لا يفتح النقل إمكانيات واسعة لتهجين البكتيريا بين الأنواع فحسب، بل يفتح أيضًا إمكانية الحصول على هجينة بين مجموعات مختلفة من بدائيات النوى.
اقترانيحدث من خلال الاتصال المباشر بالخلايا البكتيرية ويتضمن النقل المباشر للمادة الوراثية من الخلية المانحة إلى الخلية المتلقية. تم وصف ظاهرة الاقتران في عام 1946 من قبل J. Lederberg وE. Tatum باستخدام مثال سلالة الإشريكية القولونية (E. coli) K 12.
ترتبط قدرة البكتيريا على الاقتران بوجود العامل الجنسي F وهو أحد البلازميدات المترافقة. الخلايا التي تحمل العامل F يتم تعيينها F+؛ الخلايا التي تفتقر إلى العامل F - F¯ . عادة ما يكون العامل F (البلازميد F) في الخلايا F + في حالة معزولة عن الكروموسوم البكتيري وهو عبارة عن بنية سيتوبلازمية. تختلف الخلايا البكتيرية التي تحتوي على العامل F عن الخلايا الأخرى في عدد من الخصائص: الشحنة السطحية المتغيرة والقدرة على تصنيع هياكل سطحية إضافية للـ F-pili.
تبدأ عملية الاقتران بربط نهاية F-pili للخلية المانحة بالخلية المتلقية. في غضون دقائق قليلة، تقترب الخلية المانحة والخلية المتلقية، ربما بسبب تقلص F-pili، ويصبحان على اتصال مباشر. من خلال الجسر السيتوبلازمي عبر قناة F-pili، وفي أقل من 5 دقائق، يتم نقل العامل الجنسي F، بغض النظر عن الكروموسوم البكتيري، من سيتوبلازم الخلية F+ المانحة إلى سيتوبلازم الخلية F¯ المتلقية . في هذه الحالة، لا تفقد الخلية المانحة قدرتها على التبرع، حيث تبقى فيها نسخ من العامل F.
من بين مجموعات الخلايا F+، توجد بكتيريا قادرة أثناء الاقتران على نقل ليس العامل F، بل جزءًا من الكروموسوم البكتيري. يتم تسمية هذه الخلايا البكتيرية والسلالات التي تنتجها بـ Hfr (تكرار إعادة التركيب العالي)، وهو ما يعني البكتيريا ذات التردد العالي في إعادة التركيب. تحدث عمليات إعادة التركيب بين خلايا Hfr وخلايا F¯ أكثر بألف مرة من تلك التي تحدث بين خلايا F + وF¯. الفرق بين خلايا Hfr وخلايا F+ هو أن عامل الجنس F موجود في الكروموسوم البكتيري. أثناء الاقتران، يحدث تكرار الحمض النووي في الخلية المانحة Hfr. في هذه الحالة، يدخل أحد خيوط الحمض النووي المتضاعف إلى الخلية المتلقية F¯ من خلال جسر اقتران، ويبقى الثاني في الخلية المانحة Hfr، ثم تكتمل كل سلسلة من هذه السلاسل بحبل مكمل. جسر الاقتران هش، وينكسر بسهولة، لذلك، لا يتم نقل الكروموسوم بأكمله، ولكن جزء منه فقط، من الخلية المانحة Hfr إلى الخلية المتلقية F¯.
يحدث التبادل الجيني بين جزء الكروموسوم المنقول من خلية Hfr والمنطقة المتماثلة لكروموسوم الخلية F. ونتيجة لذلك، يتم دمج جزء من الحمض النووي للمتبرع في الحمض النووي المتلقي، ويتم استبعاد الجزء المقابل من الحمض النووي المتلقي منه. كفاءة دمج الحمض النووي المتبرع في الكروموسوم المتلقي عالية وتبلغ حوالي 0.5.
لا ينبغي تحديد اقتران بدائيات النوى مع العملية الجنسية لحقيقيات النوى، لأنه أثناء الاقتران يتم نقل جزء فقط من المادة الوراثية للخلية F + إلى الخلية F¯، مما يؤدي إلى تكوين الزيجوت المروزيجوتي السفلي. أساس الأخير هو جينوم الخلية المتلقية مع جزء مُدخل من جينوم الخلية المانحة.
جنبا إلى جنب مع استقرار ودقة الخصائص الوراثية، يتميز الجهاز الوراثي بدائيات النوى بالتباين، الذي يتجلى في شكل طفرات وإعادة التركيب.
ينبغي اعتبار الطفرات التلقائية في بدائيات النوى النوع الأولي من التباين الذي نشأ بالتوازي مع بداية عمل الحمض النووي الخاص بها كبنية وراثية. من الممكن أن تكون الطفرات لملايين السنين هي الآلية الوحيدة للتنوع في بدائيات النوى.
كانت القفزة في تطور بدائيات النوى هي ظهور التباين المؤتلف، والذي يتمثل في التوحيد الجزئي للمعلومات الوراثية لخليتين بدائيات النواة للمتبرع والمتلقي. الذي - التي. ظهرت مواد إضافية جديدة للانتقاء الطبيعي، مما أدى إلى تسريع عملية التطور. من بين العمليات الثلاث المؤتلفة التي تمت مناقشتها أعلاه، فإن الاقتران هو الأكثر مثالية، لأنه يضمن تبادل أكثر اكتمالا للمعلومات الوراثية بين خليتين. هناك حالات معروفة، أثناء الاقتران طويل الأمد (90 دقيقة) لخليتين من بكتيريا الإشريكية القولونية، يتم ملاحظة دخول كروموسوم الخلية المانحة بالكامل إلى الخلية المتلقية.
تكون كفاءة إعادة التركيب الجيني عالية فقط بالنسبة للبكتيريا ذات الصلة الوثيقة والمرتبطة داخل النوع.
مميزات بناء الخرائط الجينية في بدائيات النوى
لبناء خرائط الجينات في بدائيات النوى، يتم استخدام هذه الظاهرة اقتران– نقل المادة الوراثية من خلية إلى أخرى باستخدام جزيئات الحمض النووي الدائرية الخاصة (البلازميدات، وخاصة باستخدام البلازميد F).
يعتمد احتمال نقل جين معين إلى الخلية المتلقية على بعدها عن DNA البلازميد F، أو بشكل أكثر دقة، من النقطة O التي يبدأ عندها تضاعف DNA البلازميد F. كلما زاد وقت الاقتران، كلما زاد احتمال نقل جين معين. وهذا يجعل من الممكن إنشاء خريطة وراثية للبكتيريا في دقائق من الاقتران. على سبيل المثال، في الإشريكية القولونية، يقع جين thr (عامل مكون من ثلاثة جينات تتحكم في التخليق الحيوي للثريونين) عند نقطة الصفر (أي بجوار DNA البلازميد F مباشرة)، ويتم نقل جين lac بعد 8 دقائق، الجين recE - بعد 30 دقيقة، الجين argR - بعد 70 دقيقة، وما إلى ذلك.
إعادة التركيب الجيني في حقيقيات النوى هو تكوين أفراد يتمتعون بمزيج جديد من الخصائص نتيجة للعملية الجنسية. يتلقى الفرد الجديد عدة جينات من أحد الوالدين والعديد من الجينات من والد آخر مختلف وراثيا. من خلال عملية إعادة التركيب، يزداد عدد التغييرات الوراثية التي يمكن أن تتأثر بالاختيار.
في بدائيات النوى، إعادة التركيب الجيني هي ما يسمى بعملية شبه جنسية. في هذه الكائنات، هناك ثلاث عمليات معروفة يمكن من خلالها إعادة تجميع المادة الوراثية من أبوين مختلفين. هذه هي التحول والاقتران والتحويل. ومع ذلك، في أي من هذه العمليات لا يحدث اندماج حقيقي للخلايا أو اندماج كامل للنيوكليويدات. يتم نقل جزء فقط من المادة الوراثية للخلية المانحة إلى الخلية المتلقية. وهكذا يصبح المتلقي ثنائي الصيغة الصبغية لأن بعض مادته الجينية تكملها المادة الوراثية للمتبرع.
في مثل هذا الزيجوت غير المكتمل، الذي يسمى الزيجوت المروزي، الذي يتكون نتيجة نقل الجينات، تسمى المادة الوراثية للخلية المتلقية داخلية المنشأ، ويسمى الجزء الوراثي المنقول من المتبرع خارجي المنشأ. عادة، يتم توصيل الأجزاء الخارجية والداخلية ويتم تبادل الأجزاء مباشرة بعد النقل.
تحويلهي عملية نقل الجينات حيث يمكن لجزء من الحمض النووي للخلية المانحة، الذي تم الحصول عليه إما عن طريق الاستخلاص أو عن طريق تحلل الخلايا الطبيعية، أن يخترق خلية بكتيرية متلقية ذات صلة (من نفس النوع أو الأنواع ذات الصلة الوثيقة). ونتيجة لذلك، يتم تضمين أجزاء من كروموسوم الحمض النووي للمتبرع في الحمض النووي للمتلقي، مما يسبب تغييرا في خصائص البكتيريا المتلقية.
ويمكن تقسيم عملية التحول إلى عدة مراحل: 1 - اتصال الحمض النووي بسطح الخلية؛ 2 - اختراق الحمض النووي داخل الخلية. 3- ربط الحمض النووي المتحول مع الجزء المقابل من الكروموسوم المتلقي. ترتبط العملية الإضافية بإعادة تركيب جزء من جزيء الحمض النووي المحول الخارجي مع الحمض النووي الكروموسومي الداخلي للمتلقي. المرحلة الأخيرة هي تكرار المعلومات الجديدة الموجودة في الكروموسوم.
في ظروف المختبر، يتم التحول على النحو التالي. يتم استخلاص الحمض النووي لسلالة معينة من البكتيريا وتنقيته وخلطه مع خلايا بكتيرية من سلالة أخرى تختلف عن الأولى في خاصية وراثية واحدة أو أكثر. تُترك ثقافة الكائنات الحية الدقيقة التجريبية لتنمو. ومن بين النسل، يمكن العثور على عدد قليل من الخلايا مع بعض خصائص السلالة التي تم استخراج الحمض النووي منها.
نادرًا ما يحدث أن تكتسب خلية بكتيرية واحدة أكثر من خاصية جديدة نتيجة للتحول. لا تتم ملاحظة انتقال عدد أكبر من السمات عبر الحمض النووي إلا إذا كانت ثقافة الميكروب المانح قريبة وراثياً من خلايا الميكروب المتلقي.
بمساعدة تحويل الحمض النووي، يمكن نقل خصائص مثل تكوين الكبسولة، وتخليق المواد اللازمة للخلية، والنشاط الأنزيمي، ومقاومة السموم، والمضادات الحيوية والأدوية الأخرى.
وقد لوحظ التحول في العديد من البكتيريا، ولا سيما في ممثلي أجناس العصوية، الريزوبيوم، العقدية، الخ.
اقتران- عملية يتم فيها ربط الخلايا الأم المتقاربة، عادة بمساعدة جسور الاقتران، والتي يتم من خلالها تبادل المواد الوراثية. تمت دراسة الاقتران في أنواع مختلفة من البكتيريا (الإشريكية القولونية، والشيجلا، والسالمونيلا، والزائفة على وجه الخصوص)، وقد تمت دراسته جيدًا في الإشريكية القولونية.
يتم تحديد قدرة الخلية على أن تصبح متبرعًا من خلال عامل الجنس المحدد F (من الخصوبة الإنجليزية - الخصوبة)، والذي ينتقل أثناء الاقتران من خلية بكتيرية إلى أخرى. وكانت تسمى هذه الخلايا خلايا F+. الخلايا البكتيرية التي لا تحتوي على العامل F هي متلقية للمادة الوراثية ويتم تعيينها F. العامل الجنسي F هو أحد البلازميدات المترافقة وهو جزيء DNA مغلق دائريًا ويبلغ وزنه الجزيئي 64x106 أ. يأكل. يتسبب البلازميد F في تكوين واحد أو اثنين مما يسمى الخمل الجنسي، أو F-pili، على سطح الخلية، مما يسهل اتصال الخلايا المانحة بالخلايا المتلقية، بالإضافة إلى النسخ المستقل للكروموسوم للحمض النووي الخاص به والخلايا المتلقية. تكوين المنتجات التي تضمن نقل المادة الوراثية مثل البلازميدات F وكروموسومات الخلية. يقع البلازميد F في السيتوبلازم بشكل مستقل، خارج الكروموسوم البكتيري. إلا أنها تتمتع بالقدرة على الاندماج (الاندماج) في أماكن معينة على الكروموسوم البكتيري وتصبح جزءا منه.
نتيجة لدمج البلازميد F في الكروموسوم البكتيري، يتم تشكيل ما يسمى بسلالة Hfr (التردد العالي لإعادة التركيب). عندما يتم تهجين سلالة Hfr مع بكتيريا F، كقاعدة عامة، لا يكون العامل F كذلك
ينتقل، وتنتقل جينات الكروموسوم البكتيري بتردد مرتفع إلى حد ما. في بداية عملية الاقتران، يتم توصيل الخلايا المانحة F+ أو Hfr بالخلايا المستقبلة (بسبب وجود F-pili في الجهات المانحة). وبعد ذلك يتم تكوين جسر الاقتران بين الخلايا ومن خلاله يتم نقل المادة الوراثية سواء البلازميدات F أو الكروموسومات من الخلية المانحة إلى الخلية المستقبلة. عادةً، أثناء الاقتران، يتم نقل شريط واحد فقط من الحمض النووي المتبرع به، ويتم إكمال الشريط الثاني (التكميلي) في الخلية المتلقية. يبدأ النقل، كقاعدة عامة، من أحد طرفي الكروموسوم ويستمر مع النقل اللاحق لأقسام أخرى منه (الشكل 21).
يمكن منع نقل المادة الوراثية في أي وقت عن طريق فصل الأزواج المترافقة عن طريق هز معلق الكائنات الحية الدقيقة بقوة في وسط سائل. في هذه الحالة، يتم نقل بعض خصائص الخلايا الذكورية فقط إلى الخلية الأنثوية ويمكن أن تظهر في النسل. عاجلاً أم آجلاً، يتوقف النقل في معظم الأزواج المترافقة حتى عندما لا يتم فصلها بشكل مصطنع. يحدث هذا لأن جسر الاقتران هش ويمكن تدميره بسهولة دون التأثير على قدرة الخلية على البقاء.
وبالتالي، نتيجة للاقتران، تتحول الخلية المتلقية F - إلى زيجوت merozygote، تحتوي، بسبب الانقطاع التلقائي لنقل المادة الوراثية، على جزء فقط من الكروموسوم المانح F + بالإضافة إلى الكروموسوم الخاص بها. ونتيجة لعملية العبور (عبور الكروموسومات التي تغير فيها الجينات أماكنها)، والتي نلاحظها أيضاً في كائنات حية أخرى، يتم تكوين مزيج جديد من المادة الوراثية. اعتمادًا على موقع المادة الوراثية التي يتم تبادلها، قد تنشأ أنواع مختلفة من المؤتلفات في النسل.
التوضيح- عملية نقل المادة الوراثية من خلية بكتيرية إلى أخرى عن طريق العاثيات. بمعنى آخر، تلعب العاثيات دور الأمشاج، حيث تنقل جزءًا من الحمض النووي من الخلية المانحة إلى الخلية المتلقية. يحدث النقل بمشاركة العاثيات المعتدلة.
هناك ثلاثة أنواع رئيسية من النقل معروفة: عام (غير محدد)، موضعي (محدد)، وفاشل. مع النقل غير النوعي، يتم نقل أجزاء مختلفة من الحمض النووي من البكتيريا المانحة إلى البكتيريا المتلقية بمساعدة العاثيات المتوسطة الناقلة. في هذه الحالة، يمكن تضمين جزء الحمض النووي المتبرع الذي جلبته العاثيات في المنطقة المتماثلة من الحمض النووي للخلية المتلقية من خلال إعادة التركيب.
يتميز النقل النوعي بقدرة العاثيات على نقل جينات معينة فقط من البكتيريا المانحة إلى البكتيريا المتلقية. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن تكوين العاثيات المنقولة يحدث نتيجة لربط الحمض النووي الخاص بها بجينات بكتيرية محددة بدقة تقع على كروموسوم الخلية المانحة. من المعتقد أن كل جسيم من العاثيات يحمل إما جينًا بكتيريًا واحدًا فقط أو عدة جينات قريبة.
في نقل فاشللا يتم تضمين جزء كروموسوم الخلية المانحة الذي جلبته العاثيات في كروموسوم الخلية المتلقية، ولكنه يقع في السيتوبلازم الخاص بها بشكل مستقل ويمكن أن يعمل بهذا الشكل. أثناء انقسام الخلية المتلقية، يمكن أن ينتقل جزء الحمض النووي المنقول من المتبرع إلى إحدى الخليتين الابنتين فقط، أي أنه يتم توريثه بشكل أحادي الخط، وبالتالي يتم فقدانه في النسل.
أثناء عملية النقل، من الممكن نقل الجينات التي تتحكم في الخصائص الغذائية للبكتيريا، ومقاومتها للأدوية، والنشاط الأنزيمي، والجهاز الحركي (السوط) وغيرها من الخصائص.
تم العثور على نقل السمات باستخدام عملية التنبيغ في ممثلي أجناس Bacillus، Pseudomonas، Salmonella، Escherichia، إلخ.
عملية تكوين الجينومات التي تحتوي على مادة وراثية من شكلين أبويين. في البكتيريا يتم ذلك نتيجة الاقتران والتحول والتحول.
تنقسم إعادة التركيب إلى قانونية وغير قانونية. تتطلب إعادة التركيب المشروعة وجود امتدادات ممتدة ومتكاملة من الحمض النووي في جزيئات إعادة التركيب. ويحدث فقط بين أنواع الكائنات الحية الدقيقة ذات الصلة الوثيقة.
لا تتطلب إعادة التركيب غير المشروعة وجود مناطق DNA التكميلية الممتدة.
تحويل- عملية امتصاص خلية كائن حي لجزيء DNA حر من البيئة واندماجه في الجينوم مما يؤدي إلى ظهور خصائص وراثية جديدة في مثل هذه الخلية مميزة للكائن المتبرع بالحمض النووي. الخلايا القادرة على قبول المتبرع
يسمى الحمض النووي المختصة. حالة الكفاءة لا تدوم طويلا. ويحدث خلال فترة معينة من نمو الثقافة البكتيرية. في حالة الكفاءة، يصبح جدار الخلية البكتيرية منفذا لشظايا الحمض النووي عالية البوليمر. على ما يبدو، يرجع ذلك إلى حقيقة أن جزء الحمض النووي المتحول يرتبط بالبروتين، مما يشكل جسيمًا متحولًا، حيث يتم نقله إلى الخلية البكتيرية. عملية التحول:
1).امتزاز الحمض النووي للمانحين على الخلية المتلقية.
2) اختراق الحمض النووي في الخلية المتلقية؛
3) اتصال الحمض النووي مع منطقة متماثلة من الكروموسوم المتلقي، تليها إعادة التركيب.
بعد اختراق الخلية، يتحول الحمض النووي المتحول إلى شكل حلزوني. بعد ذلك، يتم دمج أي من شريطي الحمض النووي للمتبرع فعليًا في جينوم المتلقي.
التوضيح- عملية نقل الحمض النووي البكتيري من خلية إلى أخرى بواسطة العاثيات.
غير محدد: العاثيات الناقلة ليست سوى حاملة للمادة الوراثية من بكتيريا إلى أخرى، حيث أن الحمض النووي للعاثية نفسه لا يشارك في تكوين المؤتلفات.
محدد: تتميز بقدرة العاثيات على نقل جينات معينة من بكتيريا مانحة إلى بكتيريا -
إلى المتلقي.
مجهض: جزء الحمض النووي للبكتيريا المانحة الذي جلبته العاثيات لا يتم تضمينه في كروموسوم البكتيريا المتلقية، ولكنه يقع في السيتوبلازم.
اقتران- النقل أحادي الاتجاه لجزء من المادة الوراثية من خلال الاتصال المباشر بين خليتين بكتيريتين.
المرحلة الأولى هي ربط الخلية المانحة بالخلية المتلقية باستخدام الزغابات الجنسية، ثم يتم تشكيل جسر اقتران بين الخليتين يمكن من خلاله العامل F والبلازميدات الأخرى الموجودة في سيتوبلازم البكتيريا المانحة في حالة مستقلة. يتم نقلها من الخلية المانحة إلى الخلية المستقبلة.
تبديل- انتقال بعض العناصر الجينية من مكان على الكروموسوم إلى مكان آخر.
عدوى الهضم الميكروبية
إعادة التركيب هي عملية تبادل المواد الوراثية عن طريق كسر وضم جزيئات مختلفة. تحدث إعادة التركيب لإصلاح الفواصل المزدوجة في الحمض النووي ومواصلة التكاثر عندما تتوقف شوكة التضاعف في حقيقيات النوى والبكتيريا والعتائق. يمكن للفيروسات إعادة الاتحاد بين جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) في جينوماتها.
تحدث إعادة التركيب في حقيقيات النوى عادة أثناء العبور أثناء عملية الانقسام الاختزالي، خاصة أثناء تكوين الحيوانات المنوية والبويضات في الحيوانات. تعد إعادة التركيب، جنبًا إلى جنب مع تكرار الحمض النووي ونسخ الحمض النووي الريبي (RNA) وترجمة البروتين، إحدى عمليات إعادة التركيب المتماثلة الأساسية والمبكرة.
إعادة التركيب المتماثل
تصنيف أنواع إعادة التركيب المتماثل: أليلية، خارج الرحم، ومتماثلة. المتبادل (العبور) وغير المتبادل (تحويل الجينات).
إعادة التركيب المتبادل. الأفكار المبكرة حول طبيعة العبور: فرضيات "الانفصال والانضمام" و"النسخ الانتقائي". تجارب ميسلسون لإثبات آلية "الكسر والانضمام". تطوير الأساليب المنهجية لدراسة الآليات الجزيئية لإعادة التركيب. مرحلتان من تكوين الحمض النووي المؤتلف: الجزيئات المؤتلفة "المشتركة" والأولية.
التحكم الوراثي لإعادة التركيب المتماثل في العاثيات. النظام الأحمر في البكتيريا l. نوكلياز خارجي ل. نظام أورف. البكتيريا T4: دور الجينات 30، 32، 43، 46، 47، 49 وuvsX. إنزيمات تفاعلات إعادة التركيب: نوكليازات داخلية وخارجية، بوليميريز الحمض النووي، ليجاز الحمض النووي، بروتين UvsX، بروتين SSB وبروتينات أخرى. عمليات "إزاحة الخيوط"، وتشكيل حلقة D، و"هجرة الفروع"، وتصحيح الاتجاه المزدوج. المراحل الرئيسية للعبور هي: مرحلة ما قبل التشابك العصبي، والتشابك العصبي، وما بعد التشابك العصبي. أنماط العبور في العاثيات. القواسم المشتركة بين عمليات إعادة التركيب وإصلاح الحمض النووي.
النماذج الأساسية لإعادة التركيب المتماثل. نموذج هاليداي. متطلبات النموذج والجوهر والمعنى. تطوير النموذج في الدراسات اللاحقة وحالته الراهنة. نموذج ميسلسون-ريدينغ. نموذج لإصلاح كسر الحمض النووي المزدوج (DSB) في الخميرة (Zhostak et al.) فيما يتعلق بالعبور والتحويل.
إعادة التركيب أثناء تحويل الحمض النووي الكروموسومي في البكتيريا. معلمات إعادة التركيب. أحجام شظايا الحمض النووي المتكاملة للمانحين. حركية وكفاءة التحول. دليل على تكامل الأجزاء المفردة من الحمض النووي المتبرع. المكافحة الوراثية والمراحل الرئيسية لعملية التحول في Bacillus subtilis و Streptococcus pneumoniae. مجمع المانح والمتلقي. التحكم الوراثي وآلية إعادة التركيب أثناء التحول في المستدمية النزلية. ترانسفورموسوم.
إعادة التركيب أثناء الاقتران في الإشريكية القولونية. خصائص نقل الحمض النووي المترافق. آليات دمج الحمض النووي المتبرع به في كروموسوم الخلية المتلقية.
التحكم الوراثي لإعادة التركيب المتماثل في الإشريكية القولونية. الجينات المشاركة في مرحلة ما قبل التشابك العصبي: recA، وrecB، وrecC، وrecD، وrecE، وrecJ، وما إلى ذلك. التأثير متعدد التأثيرات لطفرات recB وrecC. نوكلياز RecBCD المعتمد على ATP وأنشطته وآليات عمله وأدواره في العمليات الوراثية المختلفة. موقع تشي كنقطة ساخنة لإعادة التركيب. تعدد استخدامات nucleases المعتمدة على ATP للبكتيريا. الجينات التي تتحكم في عملية التشابك العصبي: recA، وrecF، وreco، وrecR، وssb، وما إلى ذلك. خصائص طفرات recA. بروتين RecA وخصائصه. التفاعلات المحفزة بواسطة بروتين RecA، دورها الرئيسي في المراحل الأولى من عملية العبور: مرحلة ما قبل التشابك العصبي والتشابك العصبي. طبيعة التشابك العصبي أثناء إعادة التركيب المتماثل. خيوط RecA DNA وبنيتها ووظائفها في إعادة التركيب. مخطط العبور في E. coli بمشاركة RecBCD nuclease وبروتين RecA. متماثلات RecA في الكائنات بدائية النواة وحقيقية النواة الأخرى. دور البروتين SSB. جينات ما بعد التشابك: ruvA، وruvB، وruvC، وrecG ومنتجاتها. دور في هجرة نصف الدم في هوليداي وحلها.
الطفرات الكابتة sbcA وsbcB وsbcC وsbcD. نوكليازات خارجية الأول والثامن. SbcCD نوكلياز. ثلاثة مسارات لإعادة تركيب الحمض النووي الصبغي في E. coli K-12 وفقًا لكلارك: RecBCD وRecF وRecE، خصائصها. دور مسارات RecF وRecE في إعادة التركيب المتماثل للبلازميدات.
ملامح عملية العبور في حقيقيات النوى. العبور الانتصافي. دور مجمع سينابتونيمال. السيطرة الوراثية على إعادة التركيب الانتصافي. تنوع البروتينات الشبيهة بـ RecA (إعادة التركيب) في حقيقيات النوى.
العبور الانقسامي: العلاقة بين إعادة التركيب المتبادل وغير المتبادل. العبور في خلايا G1. الاختلافات في التحكم الوراثي للعبور الانقسامي والانقسامي في خميرة Saccharomyces.
النقاط الساخنة لإعادة التركيب في حقيقيات النوى. دور DNA DNR في بدء العبور المنصف والانقسامي.
إصلاح إعادة التركيب لـ DNRs في DNA الكروموسومي والبلازميد في الخميرة. التحكم الجيني وتنوع الآليات: نموذج زوستاك وآخرون وتعديلاته، آليات "الكسر والنسخ"، "تصلب خيوط الحمض النووي التكميلية" ("التليين المفرد")، "الربط المعتمد على التماثل".
إعادة التركيب خارج الرحم والتحكم الوراثي والآليات الجزيئية والأهمية البيولوجية.
تحويل الجينات (تصحيح إعادة التركيب المزدوج). عدم المعاملة بالمثل من إعادة التركيب داخل الوريد. فرضية تصحيح القاعدة غير الزوجية (هاليداي). مسارات التحكم والتصحيح الوراثي للثنائيات المتغايرة في الإشريكية القولونية. أنظمة لإصلاح القواعد غير المقترنة بتكوين وبناء فجوات ممتدة في الاتجاه المزدوج. نظام موت HLSU وخصائصه. النموذج الجزيئي للتصحيح غير المتجانس الذي يتضمن نظام MutHLSU. الحفظ التطوري لبروتينات MutL وMutS. دور بروتينات MutL وMutS في عمليات تصحيح القواعد غير المقترنة وفي تنظيم إعادة التركيب المتماثل. أنظمة تصحيح القواعد غير المقترنة في الإشريكية القولونية مع تكوين وبناء فجوات قصيرة. تصحيح الدوبلكسات المتغايرة أثناء التحول البكتيري، التحكم الوراثي لها (النظام السداسي)، التأثير على نتائج الخرائط الجينية. التصحيح والتداخل السلبي العالي.
تحويل الجينات في حقيقيات النوى. تحليل Tetrad للصلبان المتداخلة. أنواع الدفاتر. قطبية التحويل وأسبابه. التحويل المشترك. طول قسم التحويل. مسألة العلاقة بين التحويل الانتصافي وإعادة التركيب المتبادل للعلامات المحيطة. تحويل الجينات الأليلية الانقسامية. التحويل الانتصافي والانقسامي خارج الرحم. تبديل موضع MAT في الخميرة المثلية. التحكم الوراثي لتحويل الجينات في حقيقيات النواة باستخدام أمثلة الخميرة والبشر. متجانسات حقيقية النواة للبروتينات البكتيرية MutL وMutS - عائلات البروتينات PMS وMHL وMHS وما إلى ذلك، ووظائفها في إعادة التركيب والعمليات الخلوية الأخرى. تعقيد أنظمة تصحيح عدم التطابق في حقيقيات النوى، بناءً على مشاركة متجانسات متنوعة من البروتينات البكتيرية MutL وMutS.
دور التحويل في التطور والنشوء. العلاقة بين عمليتي العبور والتحويل في الأنظمة الوراثية المختلفة. عمليات التحويل التي تحدث بشكل مستقل عن العبور.
عمليات إعادة التركيب التي لا تتطلب التماثل للتشابك العصبي
إعادة التركيب الخاصة بالموقع. توزيع أنظمة إعادة التركيب الخاصة بالموقع في بدائيات النوى وحقيقيات النوى ووظائفها. إنزيمات التوبويزوميراز الخاصة بالموقع من النوع الأول هي بروتينات رئيسية لإعادة التركيب الخاص بالموقع في العاثيات والبكتيريا والخميرة. عائلتين من التوبويزوميرازات الخاصة بالموقع هما التكاملات والمحلولات.
إعادة التركيب الخاصة بالموقع أثناء التكامل واستئصال العاثيات l. مخطط كامبل. الاختلافات بين الخرائط الجينية للعاثية الخضرية والنبي. هيكل مواقع attP و attB. كثافة العمليات النظام. البروتين Int كممثل لعائلة التكامل. بروتين E. القولونية IHF. إنتوسوما. النموذج الجزيئي للتكامل واستئصال العاثيات l. المحاذاة المضادة للتوازي لمواقع att أثناء التشابك. طبيعة التشابك العصبي أثناء إعادة التركيب الخاصة بالموقع.
انقلابات الحمض النووي الخاصة بالموقع في البكتيريا والبكتيريا (نظام الدين) وفي الخميرة. بروتينات إعادة التركيب الرئيسية هي الإنفرتيز كممثلين لعائلة الحل. معززات إعادة التركيب للانقلابات الخاصة بالموقع. بروتين E. coli Fis. انفرتوسوما. النموذج الجزيئي لإعادة التركيب الذي تم تنفيذه بواسطة المذيبات. دور الانقلابات الخاصة بالموقع في تنظيم التعبير الجيني.
عمليات نقل العناصر الوراثية المتنقلة. التحولات في بدائيات النوى. العناصر الوراثية المتنقلة: عناصر IS، الترانسبوزونات (Tn)، فج Mu. هيكل العناصر المتحركة. وظائف تسيطر عليها العناصر المتحركة المختلفة. ترانسبوزيز. مشاركة بروتينات الخلية المضيفة في التبديل. مسألة خصوصية دمج العنصر المتحرك في الحمض النووي المستهدف. عمومية التفاعلات التي تشكل عمليات التبديل في أنواع مختلفة من العناصر المتحركة في بدائيات النوى وحقيقيات النوى.
التنظيم الوراثي للينقولات البسيطة لعائلة Tn3. الجينات tnpA وtnpR، منتجاتها. النقل النسخي، مرحلتان من العملية. نموذج شابيرو الجزيئي. التحكم الوراثي والآلية الجزيئية للتبديل غير التكراري في الترانسبوزونات المعقدة Tn5 وTn9 وTn10. التحكم الوراثي وآليات النقل في phage Mu. ترانبوسوسوم.
الترانسبوزونات الاقترانية للبكتيريا إيجابية الجرام وسالبة الجرام وتصنيفها. السيطرة الوراثية وآليات النقل. الأهمية البيولوجية.
العناصر الوراثية المتنقلة لحقيقيات النوى (الخميرة، النباتات، ذبابة الفاكهة، الثدييات). تصنيف العناصر المتحركة حقيقية النواة. العناصر ذات البنية النوعية بدائية النواة. النواقل الرجعية من النوع الأول في الخميرة والنباتات والحيوانات وبنيتها والتحكم الوراثي وآلية النقل والتصنيف. إعادة النقل من النوع الثاني: السمات الهيكلية، التوزيع، آلية النقل.
التأثيرات الوراثية الناجمة عن العناصر المتحركة في بدائيات النوى وحقيقيات النوى: التغيرات في التعبير الجيني، الطفرات الجينية، إعادة ترتيب الكروموسومات، خلل التكوّن الهجين. مشاركة العناصر المتحركة في تنظيم التركيب الكروموسومي. دور في تكوين الكائنات الحية وفي تطور المادة الوراثية. العناصر المتنقلة كأداة للبحث الجيني.
إعادة التركيب غير القانوني. نطاق الظواهر المنسوبة إلى إعادة التركيب غير القانوني. إعادة التركيب غير المتجانس في البكتيريا المحفزة بواسطة جيراز الحمض النووي. النموذج الجزيئي (إيكيدا). إعادة التركيب غير المتجانس الذي يتضمن بروتين كيناز المعتمد على الحمض النووي في الفقاريات. دور في إصلاح الكسور المزدوجة، ودمج الحمض النووي الخارجي في الكروموسومات وإعادة ترتيب تسلسل الحمض النووي للجلوبيولين المناعي.
إعادة التركيب المبرمج للمواد الوراثية في عملية تكوين الجينات
ربط الأجزاء المنفصلة من الجينات باستخدام إعادة التركيب الخاصة بالموقع أثناء التبوغ في Bacillus subtilis وأثناء تكوين الأكياس غير المتجانسة في البكتيريا الزرقاء الخيطية. إعادة ترتيب المادة الوراثية أثناء تكوين النواة الكبيرة في الأهداب الهدبية. نقص الكروماتين في عدد من ممثلي اللافقاريات.
إعادة التركيب الخاصة بالموقع في الفقاريات المشاركة في إعادة ترتيب تسلسل الحمض النووي للجلوبيولين المناعي. هيكل جزيئات الغلوبولين المناعي. تنظيم وبنية تسلسلات الحمض النووي المشاركة في تكوين الجينات التي تشفر الغلوبولين المناعي. دور منتجات الجينات RAG1 و RAG2. آلية إعادة التركيب الخاصة بالموقع أثناء ربط أجزاء الترميز لجينات الجلوبيولين المناعي. مشاركة العمليات الوراثية الأخرى في تكوين جينات الغلوبولين المناعي: إعادة التركيب المتماثل (عبور الانقسام خارج الرحم، التحويل الانقسامي خارج الرحم)، إعادة التركيب غير القانوني، فرط الطفرات، الربط البديل. ارتباط هذه العمليات بمراحل معينة من تمايز الخلايا الليمفاوية البائية.
التحول هو عملية امتصاص خلية الكائن الحي لجزيء DNA حر من البيئة ودمجه في الجينوم، مما يؤدي إلى ظهور خصائص وراثية جديدة مميزة للكائن المتبرع بالحمض النووي في مثل هذه الخلية. في بعض الأحيان يُفهم التحول على أنه أي عملية نقل أفقي للجينات، بما في ذلك النقل والاقتران وما إلى ذلك.
تحول بدائيات النوى
في أي مجتمع، جزء فقط من البكتيريا قادر على امتصاص جزيئات الحمض النووي من البيئة. حالة الخلايا التي يكون فيها هذا ممكنًا تسمى حالة الكفاءة. عادة، يتم ملاحظة الحد الأقصى لعدد الخلايا المختصة في نهاية مرحلة النمو اللوغاريتمي.
في حالة الكفاءة، تنتج البكتيريا بروتينًا خاصًا منخفض الجزيئات (عامل الكفاءة) الذي ينشط تخليق الأوتوليزين والنوكلياز الداخلي I والبروتين المرتبط بالحمض النووي. يقوم Autolysin بتدمير جدار الخلية جزئيًا، مما يسمح للحمض النووي بالمرور عبره، كما يقلل أيضًا من مقاومة البكتيريا للصدمة الاسموزية. وفي حالة الكفاءة، ينخفض أيضًا معدل الأيض العام. من الممكن جلب الخلايا بشكل مصطنع إلى حالة الكفاءة. للقيام بذلك، استخدم الوسائط التي تحتوي على نسبة عالية من أيونات الكالسيوم، والسيزيوم، والروبيديوم، والثقب الكهربائي، أو استبدل الخلايا المتلقية بالبلاستيدات المجردة بدون جدران خلوية.
يتم تحديد كفاءة التحول من خلال عدد المستعمرات المزروعة على طبق بيتري بعد إضافة 1 ميكروغرام من DNA البلازميد فائق الالتفاف إلى الخلايا وبذر الخلايا على وسط غذائي. الأساليب الحديثة تجعل من الممكن تحقيق الكفاءة 106-109.
يجب أن يكون الحمض النووي الممتص مزدوجًا (كفاءة التحول للحمض النووي المفرد الذي تقطعت به السبل أقل من حيث الحجم، ولكنها تزيد قليلاً في بيئة حمضية)، ويجب أن يكون طوله 450 زوجًا أساسيًا على الأقل. الرقم الهيدروجيني الأمثل لهذه العملية هو حوالي 7. بالنسبة لبعض البكتيريا (النيسرية البنية، الهيموفيلوس)، يجب أن يحتوي الحمض النووي الممتص على تسلسلات معينة.
يتم امتصاص الحمض النووي بشكل لا رجعة فيه على بروتين ربط الحمض النووي، وبعد ذلك يتم قطع أحد الخيوط بواسطة نوكلياز داخلي إلى أجزاء يبلغ طولها 2-4 آلاف زوج قاعدي وتخترق الخلية، ويتم تدمير الثانية بالكامل. إذا كانت هذه الأجزاء على درجة عالية من التماثل مع أي قسم من الكروموسوم البكتيري فمن الممكن استبدال هذه الأقسام بها. ولذلك فإن كفاءة التحول تعتمد على المسافة التطورية بين المتبرع والمتلقي. إجمالي وقت العملية لا يتجاوز عدة دقائق. بعد ذلك، أثناء الانقسام، يدخل الحمض النووي المبني على أساس شريط الحمض النووي الأصلي إلى خلية ابنة واحدة، ويدخل الحمض النووي المبني على أساس شريط يحتوي على جزء غريب (انقسام) إلى خلية ابنة أخرى.
تحويل الخلايا حقيقية النواة باستخدام كاتيونات البوليمر الاصطناعية
توصيل الأحماض النووية الأجنبية إلى الخلايا السليمة، أوالتحول يكمن وراء العديد من أساليب الهندسة الوراثية. إن نقل الجينات الوظيفية إلى الأنسجة يمكن أن يجعل من الممكن تصحيح النقص الجيني والطفرات التي تؤدي إلى أمراض وراثية حادة أو سرطان. حاليًا، تم تطوير عدد من التقنيات لإدخال الحمض النووي إلى الخلايا، ومن بينها الأكثر شيوعًا الترسيب بفوسفات الكالسيوم أو ثنائي إيثيل أمينو إيثيل ديكستران (DEAE-dextran)، والتثقيب الكهربائي، والحقن المجهري، ودمج الحمض النووي في الغلاف المعاد بناؤه للفيروسات أو الجسيمات الشحمية ( الحويصلات الدهنية الغشائية الاصطناعية).
وعلى الرغم من تنوع هذه الأساليب، فإن البحث عن طرق جديدة لتحويل الخلايا المؤيدة وحقيقية النواة مستمر. من ناحية، يحدث هذا بسبب الحاجة إلى زيادة كفاءة التحول، ومن ناحية أخرى، فإن الأساليب المذكورة أعلاه تنطبق فقط على عدد محدود من خطوط الخلايا وتكون غير فعالة عند محاولة إدخال الحمض النووي الريبي إلى الخلايا. وأخيرا، لا يمكن استخدام معظم هذه الأساليب للتحول الجيني في الجسم الحي.
تُستخدم ناقلات الفيروسات القهقرية، والنواقل المستندة إلى الفيروسات المحتوية على الحمض النووي وفيروس نقص المناعة البشرية، والجسيمات الشحمية المستندة إلى الدهون الكاتيونية، والكاتيونات البوليمرية المرتبطة بالحمض النووي كحاملات للحمض النووي. إن استخدام البوليمرات الاصطناعية كحاملات للحمض النووي له عدد من المزايا: سهولة التخزين والتنقية، وسهولة اختبار السمية والسلامة، وهو أمر مهم بشكل خاص للعلاج الجيني، وتقليل مخاطر المضاعفات المرضية والمناعية.
عند خلط محاليل التعددات الخطية والحمض النووي، تتشكل مجمعات متعددة الإلكتروليت (IPECs) بسبب تكوين نظام تعاوني من الروابط الكهروستاتيكية بين السلاسل. في هذه الحالة، تحيط السلاسل المتعددة الكاتيونات بجزيء الحمض النووي، وتشكل كرات أو حلقية، اعتمادًا على نوع البوليمر. يؤدي التضمين في IPEC إلى ضغط الحمض النووي، ويزيد من مقاومته لعمل النيوكلياز، ويعزز تفاعله مع غشاء الخلية ويزيد من نشاط التحويل فيما يتعلق بكل من الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة. من خلال الجمع بين جزيئات التعدد مع الروابط القادرة على الارتباط بشكل محدد بغشاء الخلية، من الممكن ضمان اختراق IPEC في الخلية عبر مسار المستقبل، وفي الجسم - التوصيل المستهدف إلى الخلايا المستهدفة.
يجب أن تضمن أنظمة توصيل الحمض النووي المستخدمة في العلاج الجيني اختراق الحمض النووي إلى العضو أو الأنسجة أو مجموعة معينة من الخلايا المرغوبة، ثم إلى نواة الخلية. يجب أن تجد أليغنوكليوتيدات مضادة للاتجاه، وهي الأكثر استخدامًا في العلاج الجيني، mRNA أو منطقة الحمض النووي الصبغي التي يتم توجيهها ضدها. يجب أن يكون الجين المُدخل جزءًا من بنية قادرة على التعبير عنه.
ومع ذلك، هذه مشكلة معقدة إلى حد ما. عندما يتم إدخال الحمض النووي أو قليل النوكليوتيد إلى الجسم، فإنه لن يصل في الغالب إلى الأنسجة أو العضو المطلوب، والجزء الذي ينتهي في المكان المناسب لن يتمكن إلا من المرور عبر غشاء الخلية الكارهة للماء إلى حد صغير. بالإضافة إلى ذلك، أثناء التطور، تم تطوير آليات لحماية خلايا الجسم من غزو العوامل البيئية، بما في ذلك الحمض النووي الغريب. بمجرد دخول الخلية، قد لا يتم تحديد موضع الحمض النووي الغريب في المكان المطلوب، علاوة على ذلك، قد ينتهي به الأمر في الليزوزومات، حيث سيتم تدميره بواسطة النيوكلياز.
ربما يحدث اختراق الخلية والنقل داخل الخلايا لـ IPEC بسبب تكوين الإندوسومات وتدميرها بشكل متسلسل. وفي كل مرحلة من هذه العملية، يتم فقدان جزء كبير من المادة. يؤدي الإطلاق الضئيل للناقلات من الإندوسومات إلى السيتوبلازم ونقلها غير الفعال إلى النواة إلى انخفاض كفاءة تعبير الجينات المحورة.
خريطة تقييد البلازميد pBR 322:
تشير الأرقام إلى ترقيم النيوكليوتيدات.
خطوط رفيعة - مواقع مفردة يتم التعرف عليها بواسطة إنزيمات التقييد؛
أسهم رمادية سميكة في الأعلى - اتجاه النسخ؛
Pbla - مروج الجينات Ampr - مقاومة الأمبيسلين.
Ptet - مروج الجينات Tetr - مقاومة التتراسيكلين.
TT1 - فاصل النسخ المستقل لـ Rho (الموضع 3140-3160)؛ TT2 - الموضع 3080-3110؛ ROP هو بروتين يعزز تكوين الثنائيات بين RNA 1 وRNA 2 (المنظم السلبي لرقم النسخة)؛ RNA 1 - التحكم في RNA (يتحكم في رقم نسخة البلازميد)؛ RNA 2 - الحمض النووي الريبي "التمهيدي" (يعمل بمثابة التمهيدي للنسخ المتماثل)؛ أسهم سوداء سميكة - اتجاه نسخ RNA 1 و RNA 2
المتجهات على أساس M13 phage
هناك ثلاث طرق لزيادة كفاءة نقل الحمض النووي إلى خلايا حقيقية النواة باستخدام التعددات الاصطناعية. أولاً، يزيد من خصوصية ترنسفكأيشن بسبب الروابط المرتبطة بجزيء التعدد وضمان التفاعل الانتقائي للمجمعات مع خلايا من النمط الظاهري معين. ثانياً، زيادة كفاءة التحول بسبب انتقاء الجينات أو أليغنوكليوتيدات التي يتم إدخالها إلى الخلية. ثالثا، زيادة في وتيرة ترنسفكأيشن، والذي يتم تحقيقه من خلال استخدام الروابط التي تتفاعل بشكل أكثر فعالية مع غشاء الخلية، والمواد التي تزعزع استقرار الغشاء. وبالإضافة إلى ذلك، من الممكن تصنيع polycations جديدة.
يدرس مختبر علم الفيروسات الجزيئية والهندسة الوراثية التابع لمعهد أبحاث الأنفلونزا التابع للأكاديمية الروسية للعلوم الطبية في سانت بطرسبرغ وسائل توصيل الحمض النووي والجزيئات الفيروسية إلى الخلايا. يستخدم هذا العمل مجموعة من دعامات البوليمر التي تم تصنيعها من قبل موظفي معهد المركبات الجزيئية التابع للأكاديمية الروسية للعلوم. تم استخدام البلازميدات التالية كنواقل تعبير: pUC 18، الذي يحتوي على مروج الفيروس المضخم للخلايا وجين b-galactosidase، وpBR 322، الذي يحتوي على مروج الفيروس المضخم للخلايا وجين بروتين الفلورسنت الأخضر الطحلبي.
نتيجة للدراسات، وجد أن بولي-(2-(ديميثيلامينو)إيثيل) ميثاكريلات (PDMAEMA) IPECs ذات الأوزان الجزيئية المنخفضة لديها أكبر نشاط ترنسفكأيشن. سيسمح لنا إجراء المزيد من الأبحاث بتطوير أساليب جديدة لحل المشكلات الحالية في علم الفيروسات والبيولوجيا الجزيئية والخلوية والهندسة الوراثية والعلاج الجيني.
التنبيغ (من اللاتينية transductio - الحركة) هو عملية نقل الحمض النووي البكتيري من خلية إلى أخرى بواسطة العاثيات. يستخدم النقل العام في علم الوراثة البكتيرية لرسم خرائط الجينوم وهندسة السلالات. كل من العاثيات المعتدلة والخبيثة قادرة على التنبيغ؛ ومع ذلك، تدمر العاثيات البكتيرية، لذا فإن التنبيغ بمساعدتها ليس له أهمية كبيرة سواء في الطبيعة أو في البحث.
النقل العام (غير المحدد).
ويتم تنفيذها بواسطة العاثيات P1، الموجودة في الخلية البكتيرية على شكل بلازميد، والعاثيات P22 وMu، التي تندمج في أي جزء من الكروموسوم البكتيري. بعد تحريض العاثيات، مع احتمال 10-5 لكل خلية، من الممكن التعبئة الخاطئة لجزء من الحمض النووي البكتيري في قفيصة العاثيات، وفي هذه الحالة، لا يوجد DNA العاثي فيها؛ طول هذه القطعة يساوي طول الحمض النووي العاثي الطبيعي، ويمكن أن يكون أصله أي شيء: جزء عشوائي من الكروموسوم، البلازميد، العاثيات المعتدلة الأخرى.
بمجرد وصولها إلى خلية بكتيرية أخرى، يمكن دمج جزء من الحمض النووي في جينومها، عادةً من خلال إعادة التركيب المتماثل. البلازميدات المنقولة بواسطة العاثيات قادرة على الإغلاق في حلقة والتكاثر في خلية جديدة. في بعض الحالات، لا يتم دمج جزء الحمض النووي في الكروموسوم المتلقي ولا يتم تكراره، ولكن يتم تخزينه في الخلية ونسخه. وتسمى هذه الظاهرة تنبيغ فاشلة.
نقل محدد
من الأفضل دراسة النقل النوعي باستخدام مثال phage L. تم دمج هذه العاثيات في منطقة واحدة فقط (att-site) من كروموسوم E. coli مع تسلسل نيوكليوتيد محدد (متماثل للموقع att في الحمض النووي للعاثية). أثناء الحث، قد يحدث استبعاده مع وجود خطأ (الاحتمال 10?3-10?5 لكل خلية): يتم قطع جزء من نفس حجم DNA العاثي، ولكن مع البداية في المكان الخطأ. في هذه الحالة، يتم فقدان بعض جينات العاثيات، ويتم التقاط بعض جينات الإشريكية القولونية بها. يتناقص احتمال نقل الجينات في هذه الحالة مع زيادة المسافة منه إلى الموقع.
تتميز كل عاثية معتدلة مدمجة خصيصًا في الكروموسوم بموقعها الخاص، وبالتالي الجينات الموجودة بجوارها والتي تكون قادرة على النقل. يمكن لعدد من العاثيات الاندماج في أي مكان على الكروموسوم ونقل أي جينات من خلال آلية نقل محددة. بالإضافة إلى ذلك، يحتوي الكروموسوم عادةً على تسلسلات متجانسة جزئيًا مع منطقة att من الحمض النووي العاثي. في حالة تلف موقع متماثل تمامًا، فمن الممكن تحقيق إدراج العاثيات في الكروموسوم على طول هذه التسلسلات ونقل الجينات المجاورة لها أثناء عملية نقل محددة.
عندما يتم دمج العاثيات المعتدلة التي تحمل جينات بكتيرية في كروموسوم بكتيريا مضيفة جديدة، فإنها تحتوي بالفعل على جينين متطابقين - خاصتها وتلك التي تم إحضارها من الخارج. نظرًا لأن العاثيات تفتقر إلى جزء من جيناتها الخاصة، فغالبًا ما لا يمكن تحفيزها وتكاثرها. ومع ذلك، عندما تُصاب الخلية نفسها بالعاثية "المساعدة" من نفس النوع، يصبح من الممكن تحفيز العاثيات المعيبة. ينبثق كل من الحمض النووي للعاثية "المساعدة" الطبيعية والحمض النووي للعاثية المعيبة من الكروموسوم ويتكاثران، جنبًا إلى جنب مع الجينات البكتيرية التي تحملها. ولذلك، فإن حوالي 50% من جزيئات العاثيات الناتجة تحمل الحمض النووي البكتيري. وتسمى هذه الظاهرة نقل التردد العالي (HFT).
الاقتران (من اللاتينية conjugatio - اتصال)، عملية مجاورة للجنس - نقل أحادي الاتجاه لجزء من المادة الوراثية (البلازميدات، الكروموسوم البكتيري) من خلال الاتصال المباشر لخليتين بكتيريتين. تم اكتشافه عام 1946 بواسطة ج. ليدربيرج وإي. تايتم. وله أهمية كبيرة بطبيعته لأنه يعزز تبادل الخصائص المفيدة في حالة عدم وجود عملية جنسية حقيقية. من بين جميع عمليات نقل الجينات الأفقي، يسمح الاقتران بنقل أكبر قدر من المعلومات الوراثية.
آلية
لإقامة اتصال ناجح بين خليتين، يجب أن يكون البلازميد المترافق (الجنس، القابل للانتقال) موجودًا في الخلية المانحة. كان أولها اكتشاف البلازميد F: وهو إبسوم (قادر على الاندماج في الكروموسوم البكتيري)، يبلغ طوله حوالي 100 ألف زوج قاعدي. يحمل البلازميد جينات تشفر عددًا من الوظائف. أحدها هو تكوين الشعيرات الجنسية، المسؤولة عن الالتصاق بالخلية المتلقية.
تقوم البلازميدات المترافقة أيضًا بتشفير البروتينات التي تمنع التصاق أشعار البكتيريا الأخرى بجدار الخلية لبكتيريا معينة. ولذلك، فإن الخلايا التي تحتوي بالفعل على البلازميدات القابلة للانتقال تكون أقل احتمالاً للعمل كمستقبلات للاقتران بعدة مراتب.
يقوم البلازميد بتشفير نوكلياز داخلي يقطع أحد خيوط الحمض النووي الخاص به عند نقطة معينة (oriT). ثم يتم فك الشريط المقطوع ويتم نقل الطرف الذي يبلغ طوله 5 بوصات إلى الخلية المتلقية. وقد اقترح أن يتم نقل الحمض النووي من خلال قنوات في الشعيرات الجنسية، ولكن تبين الآن أن النقل يحدث من خلال المسام الموجودة في جدار الخلية. الجزء الأول من الخيط الذي يدخل الخلية المتلقية توجد الجينات المضادة للتقييد في الحمض النووي ويجب نسخ هذه الجينات في المتلقي مباشرة بعد وصولها إلى هناك لضمان تراكم البروتينات التي تعيق عملية تدمير الحمض النووي عن طريق إنزيمات التقييد ، يتم إغلاق السلسلة المنقولة في حلقة ويتم استعادة البنية المزدوجة للحمض النووي البلازميد على أساسها.
يمكن دمج البلازميد المترافق في الكروموسوم من خلال إعادة التركيب المتماثل الذي يتضمن عناصر IS. يتبع الاقتران نفس الآلية، ولكن لا يتم نقل البلازميد فقط إلى المتلقي، ولكن أيضًا مادة الكروموسومات الخاصة بالمتبرع. في هذه الحالة، تستمر العملية لساعات، وغالباً ما ينكسر شريط الحمض النووي المنقول. ومن خلال إيقاف نقل الحمض النووي بشكل مصطنع في أوقات مختلفة ومراقبة الجينات التي تم نقلها، تم الحصول على خريطة لكروموسوم الإشريكية القولونية وإظهار بنيته الدائرية.
عند انقسامه من كروموسوم، يستطيع البلازميد التقاط شظيته ونقلها مع نفسه إلى خلية أخرى (قياسًا على التنبيغ). هذه العملية تسمى الإغواء الجنسي.
يمكن نقل بعض البلازميدات الصغيرة، التي تسمى البلازميدات القابلة للتعبئة، أثناء الاقتران باستخدام جهاز نقل البلازميد القابل للانتقال "المساعد". وللقيام بذلك، يجب أن تحتوي على تسلسلات مشابهة لمسار البلازميد المترافق ويمكن التعرف عليها بواسطة نوكليازاته الداخلية.
