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. من 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.
بدائيات النوى لا تتكاثر جنسيا . تحدث إعادة التركيب فيها نتيجة لإعادة الترتيب داخل الجينوم، والتي تتمثل في تغيير توطين الجينات داخل الكروموسوم، أو عندما يخترق جزء من الحمض النووي للمتبرع الخلية المتلقية.
نتيجة لإعادة التركيب، يتم تشكيل مؤتلف واحد فقط، ويتم تمثيل النمط الوراثي له بشكل أساسي من خلال النمط الوراثي للمستلم مع جزء من الحمض النووي الخاص بالمتبرع المتضمن فيه.
تحدث عمليات إعادة التركيب الجيني بمشاركة عدد من الإنزيمات داخل الجينات الفردية أو مجموعات الجينات المرتبطة. هناك جينات خاصة تحدد قدرة البكتيريا على إعادة التركيب. يتم نقل المادة الوراثية (الجينات الكروموسومية) من بكتيريا إلى أخرى من خلال التحول، والانتقال، والاقتران. نقل جينات البلازميد - عن طريق النقل والاقتران.
تحويل - تغيير في نوع واحد من الخلايا تحت تأثير مبدأ نشط من نوع آخر من الخلايا. تم اكتشاف هذه الظاهرة من قبل جريفيث في المكورات العقدية الرئوية (1928)؛ لاحقًا، عزل أفيري وماكليود ومكارثي (1944) مبدأ تحويل المكورات الرئوية على شكل جزيء الحمض النووي. وكان هذا أول دليل مباشر على أن الحمض النووي هو الناقل للمعلومات الجينية.
تقوم البكتيريا الميتة باستمرار بإطلاق الحمض النووي، والذي يمكن أن تتناوله البكتيريا الأخرى. تقليديا، أي حمض نووي غريب يدخل الخلية البكتيرية يتم تقطيعه بواسطة نوكليازات داخلية. وفي ظل ظروف معينة، يندمج هذا الحمض النووي في الجينوم البكتيري ويغيره. يمكن أن يؤدي إدخال DNA البلازميد إلى تغيير ضراوة البكتيريا. يلعب التحول دورًا ثانويًا في تبادل المعلومات الوراثية.
التوضيح - نقل جزء من الحمض النووي من خلية (مانحة) إلى أخرى (متلقية) باستخدام العاثيات. تم اكتشاف هذه الظاهرة من قبل ليدربيرج وزيندر (1952). هناك 3 أنواع من النقل:
غير محدد (عام) - في الخلية المصابة بالعاثية، أثناء تجميع المجموعة الوليدة، يمكن لأي جزء من الحمض النووي البكتيري أو البلازميد أن يخترق رؤوس بعض العاثيات مع الحمض النووي الفيروسي. في هذه الحالة، تفقد العاثيات جزءًا من الجينوم الخاص بها، وتصبح معيبة وتكون قادرة على التسبب في التحول. مع هذا النوع من التنبيغ، يمكن إدخال أي جينات تقريبًا إلى الخلايا المتلقية.
محدد تتميز بقدرة العاثيات على نقل جينات معينة من البكتيريا المانحة إلى البكتيريا المتلقية. ويرجع ذلك إلى حقيقة أن تكوين العاثيات المنقولة يحدث عن طريق انقسام النبياء من الكروموسوم البكتيري إلى جانب الجينات الموجودة على الكروموسوم في الخلية المانحة المجاورة للنبي. عندما تتفاعل العاثيات الناقلة مع خلايا السلالة المتلقية، يتم دمج جين البكتيريا المانحة مع الحمض النووي للعاثية المعيبة في كروموسوم البكتيريا المتلقية. تكون البكتيريا التي يتم تحللها بواسطة العاثيات المعيبة محصنة، مثل جميع الخلايا اللايسوجينية، ضد العدوى اللاحقة بواسطة العاثيات الخبيثة المتماثلة.
مجهض. لا يتم تضمين جزء الحمض النووي للبكتيريا المانحة التي جلبتها العاثيات في كروموسوم البكتيريا المتلقية، ولكنه يقع في السيتوبلازم ويمكن أن يعمل بهذا الشكل. أثناء انقسام الخلية البكتيرية، يمكن نقل جزء من الحمض النووي المتبرع به إلى واحدة فقط من الخليتين الابنتين، أي أنه يمكن توريثه بشكل أحادي الخط وفقدانه تدريجيًا.
اقتران - نقل المادة الوراثية من الخلية المانحة لها إلى الخلية المستقبلة عند عبورها. تم اكتشاف عملية الاقتران في البكتيريا لأول مرة بواسطة D. Lederberg و E. Tatum في عام 1946. وتبين لاحقًا أن الجهات المانحة للمادة الوراثية هي خلايا تحمل البلازميد F (عامل الجنس). عند عبور خلية F + مع خلية F، ينتقل العامل الجنسي بغض النظر عن الكروموسوم المتبرع إذا كان البلازميد في حالة مستقلة. في هذه الحالة، تتلقى جميع الخلايا المتلقية تقريبًا البلازميد F وتصبح خلايا F +.
خطوات الاقتران:
ربط خلية مانحة بالخلية المتلقية باستخدام الزغابات الجنسية (sex pili).
يتم تشكيل جسر اقتران يمكن من خلاله نقل العامل F والبلازميدات الأخرى الموجودة في سيتوبلازم البكتيريا المانحة في حالة مستقلة من الخلية المانحة إلى الخلية المتلقية.
يؤدي دمج البلازميد F في الكروموسوم البكتيري إلى كسر أحد خيوط الحمض النووي، مما يجعل من الممكن نقله إلى الخلية المتلقية.
إعداد تجربة النقل
تتم إضافة العاثيات المعتدلة التي تم الحصول عليها عن طريق الترشيح من مزرعة الإشريكية القولونية بحجم 1 مل إلى أنبوب اختبار معقم، ثم تتم إضافة 1 مل من مزرعة مرق الإشريكية القولونية، غير القادرة على تحلل اللاكتوز، إلى هذا الأنبوب. يُحفظ أنبوب الاختبار في منظم الحرارة لمدة 40 دقيقة. ثم يتم تلقيح قطاعات اللوحة بوسط إندو: العاثيات المعتدلة؛ E. كولاي لاك-؛ من أنبوب اختبار تجريبي.
إعداد تجربة الاقتران
تتم إضافة ثقافة مرق المتبرع وثقافة مرق المتلقي بحجم 1 مل إلى أنبوب معقم منفصل. يُحفظ أنبوب الاختبار في منظم الحرارة لمدة 40 دقيقة. ثم يتم زرع ثقافات الجهات المانحة والمتلقية وخليط الجهات المانحة والمتلقية في قطاعات منفصلة من وسط المغذيات الأدنى. احتضان لمدة 24 ساعة عند 37 درجة مئوية.
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 الجينوم 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.
يتوافق جزء الحمض النووي المتحول 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 عاثيات، 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 مادة 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 هي مجموعة من العمليات المرتبطة باستبدال جزء من الحمض النووي الأصلي بقسم متماثل (مماثل).
في هذه الحالة، يمكن أن تكون درجة التماثل مختلفة: من الهوية الكاملة لتسلسلات النيوكليوتيدات الأصلية والجديدة إلى التناقضات الملحوظة التي تؤدي إلى تغيير في النمط الظاهري. نتيجة لإعادة التركيب، يتم تشكيل مجموعات جديدة من الأليلات، على سبيل المثال: AB + ab → Ab + aB.
في بدائيات النوى، هناك ثلاث طرق لدمج الحمض النووي الغريب في الجينوم: التحويل، والاقتران، والتحول.
تحويل
التحول هو نقل الحمض النووي النقي من خلية إلى أخرى. تم اكتشاف التحول من قبل عالم البكتيريا ف. غريفيث في عام 1928 في تجارب على المكورات الرئوية. للمكورات الرئوية نوعان من السلالات: أشكال S وR.
يتميز الشكل S بوجود كبسولة السكاريد، والتي تشكل مستعمرات لامعة ناعمة عند زراعتها صناعيًا. وهذا الشكل ممرض للفئران. لا يحتوي الشكل R على كبسولة عند زراعته صناعيًا، فهو يشكل مستعمرات خشنة؛ هذا النموذج غير ممرض للفئران. ولكن إذا تم حقن الخلايا S المقتولة وخلايا R الحية في الفئران في وقت واحد، فإنها تموت. ولذلك، فإن الخصائص الوراثية لسلالة واحدة تؤثر على الخصائص الوراثية لسلالة أخرى.
في عام 1944، أثبت O. Avery وK. McLeod وM. McCarthy أن التغيرات في الخصائص الوراثية للخلايا ترتبط بنقل الحمض النووي.
إن قدرة الخلية على التحول ممكنة في ظل ظروفها الخاصة، والتي تسمى الكفاءة. في الخلايا المختصة، يتغير تكوين جدار الخلية والبلازما: يصبح الجدار مساميًا، وتشكل البلازما غزوات عديدة، وتظهر مستضدات خاصة على السطح الخارجي - عوامل الكفاءة (على وجه الخصوص، بروتينات محددة ذات وزن جزيئي منخفض).
في ظل الظروف الطبيعية، يتم تشكيل الحمض النووي النقي خارج الخلية أثناء موت (تحلل) بدائيات النوى.
كقاعدة عامة، يحدث التحول داخل نوع واحد من بدائيات النوى، ولكن في وجود جينات متماثلة، يتم ملاحظة التحول بين الأنواع أيضًا.
تتضمن عملية التحول المراحل التالية:
1. ربط تحويل الحمض النووي المزدوج إلى مستقبلات على سطح الخلية المتلقية.
2. تحويل الحمض النووي المزدوج إلى الحمض النووي المفرد.
3. اختراق الحمض النووي المفرد في الخلية.
4. دمج الحمض النووي المتحول في الكروموسوم المتلقي وإعادة تركيب المادة الوراثية.
يجب أن يكون طول الحمض النووي المتحول من 500 إلى 200 ألف نقطة أساس. تُستخدم الطاقة المنطلقة أثناء تحلل أحد خيوط الحمض النووي في النقل النشط للشريط المتبقي إلى داخل الخلية.
لا تعتمد المراحل الثلاث الأولى من التحول على تكوين النوكليوتيدات في الحمض النووي. ومع ذلك، فإن عملية تكامل تحويل الحمض النووي إلى كروموسوم المتلقي تكون أكثر احتمالا إذا كان هذا الحمض النووي متماثلا إلى حد كبير مع الحمض النووي المتلقي.
يتم توضيح عملية التحويل في الرسم التخطيطي. كل قطعة خط مستقيم تتوافق مع شريط DNA واحد. يشار إلى الحمض النووي المتحول باللون الأسود، ويشار إلى الحمض النووي للخلية المتلقية باللون الرمادي.
في المرحلة الأولى، يرتبط الحمض النووي المتحول بمواقع المستقبلات الموجودة على سطح الخلية المتلقية.
في المرحلة الثانية، يتم تحويل الحمض النووي المزدوج الشريط الموجود على سطح الخلية إلى حمض نووي مفرد الشريط بسبب انقسام أحد الخيوط بواسطة النيوكلياز البكتيري.
في المرحلة الثالثة، يتم نقل شريط الحمض النووي المتبقي عبر الغشاء إلى السيتوبلازم. يستخدم هذا الطاقة المنطلقة أثناء تدهور السلسلة التكميلية.
أثناء تكرار الكروموسوم البكتيري، يتم ربط شريط الحمض النووي المحول بمنطقة الحمض النووي المتماثل (المكمل جزئيًا) للخلية المتلقية. في هذه الحالة، بسبب عدم وجود التكامل الكامل، يتم تشكيل ثنائي الاتجاه ("متغاير الزيجوت الجزيئي") - قسم من الحمض النووي المزدوج تقطعت به السبل، حيث لا تحتوي جميع أزواج النوكليوتيدات على قواعد نيتروجينية متصلة بروابط هيدروجينية. ويتكرر باقي الحمض النووي بشكل طبيعي.
بعد انتهاء تضاعف الحمض النووي، تنقسم الخلية المتلقية لتشكل خليتين: خلية متحولة جزئيًا تحتوي على كروموسوم يشتمل على منطقة DNA مزدوج الاتجاه، وخلية غير متحولة. أثناء تضاعف الحمض النووي في الخلية المتحولة جزئيًا، تكتمل السلاسل التكميلية على كلا شريطي الحمض النووي. يحتفظ أحد الخيوط بتسلسلات النيوكليوتيدات الأصلية، بينما يتحول الآخر بالكامل. بعد انقسام الخلية المتحولة جزئيًا، تتشكل خلية واحدة غير متحولة وخلية متحولة بالكامل، حيث يتم استبدال تسلسل النيوكليوتيدات الأصلي بتسلسل النيوكليوتيدات في الحمض النووي المتحول.
وهكذا، أثناء التحول، يتم استبدال جينات المتلقي بتسلسلات نيوكليوتيدات متماثلة. كلما ارتفعت درجة التماثل، كلما كان التحول أكثر نجاحا.
يعتمد تكرار التحول في بدائيات النوى على خصائص الحمض النووي المتحول وتركيزه وحالة الخلية المتلقية ونوع البكتيريا. لا يتجاوز الحد الأقصى لتكرار الخلايا المحولة 1 لكل 100 خلية.
التحول معروف أيضًا في حقيقيات النوى. ومع ذلك، لا توجد مواقع مستقبلات على سطح الخلايا حقيقية النواة، ويتم إدخال الحمض النووي المتحول بشكل مصطنع إلى الخلايا. على سبيل المثال، يتم إدخال الحمض النووي في بيض الحيوانات عن طريق الحقن المجهري المباشر، وفي بيض النباتات عن طريق الحقن المجهري في أنبوب حبوب اللقاح. تُستخدم أساليب المقذوفات الحيوية (البيولوجية) على نطاق واسع، مما يسمح بإدخال أي أجزاء من الحمض النووي في مزارع الأنسجة النباتية.
اقتران
في بدائيات النوى، الاقتران هو الاتصال المباشر بين خليتين من نوعية مختلفة، مصحوبًا بنقل جزئي على الأقل للمادة الوراثية من الخلية المانحة إلى الخلية المتلقية. (تم اكتشاف عملية الاقتران في عام 1946 من قبل ج. ليدربيرغ وإي. تاتوم).
في الإشريكية القولونية، تكون الخلية المانحة ("الذكر") ذات شكل مستطيل، والخلية المتلقية ("الأنثى") متساوية القطر. تشكل الخلية المانحة زغابات جنسية (أشعار)، والتي تجذبها إلى الخلية المتلقية وتشكل قنوات السيتوبلازم. ومن خلال هذه القنوات، يمر الحمض النووي من الخلية المانحة إلى الخلية المتلقية. هناك ثلاثة أنواع من الخلايا المانحة: F + (ef-plus)، Hfr (eh-ef-a) وF ′ (ef-prim).
تحتوي المتبرعات F + على عامل الجنس في السيتوبلازم - بلازميد F محدد.
البلازميد F عبارة عن نسخة متماثلة مستقلة يبلغ طولها حوالي 100 كيلو بايت. تمت دراسة أكثر من 20 جينًا داخل البلازميد F. حوالي نصفهم يشكلون أوبرا ترا العملاقة (حوالي 30 كيلو بايت)؛ تتحكم منتجات هذا الأوبرا في تكوين الاتصال بين المتبرع والمتلقي والنقل الفعلي للحمض النووي. الجينات المتبقية تنظم عمل tra operon.
لا تحتوي الخلية المتلقية على البلازميد F ويتم تعيينها كخلية F.
عندما يتكون الجسر السيتوبلازمي، يتم قطع إحدى سلاسل البلازميد F عند نقطة معينة (النقطة O)، ويبدأ تضاعف الحمض النووي على السلسلة التكميلية وفق مبدأ “الدائرة المتدحرجة”. وتمر نسخة من السلسلة التكميلية عبر الجسر السيتوبلازمي إلى سيتوبلازم الخلية المتلقية، وتكتمل السلسلة المفقودة عليها. بعد اكتمال النسخ، ينغلق الحمض النووي البلازميد المزدوج على شكل حلقة، وتتحول الخلية F إلى خلية F +. الوقت الإجمالي لنقل نسخة من البلازميد F إلى الخلية المتلقية هو حوالي 5 دقائق.
ومع ذلك، عند عبور F + × F –، يتم تضمين الجينات فقط F-البلازميد. لا يتم نقل جينات التدبير المنزلي المترجمة على الكروموسوم البكتيري إلى الخلية المتلقية.
وفي الوقت نفسه، يمكن أن يندمج البلازميد F في الكروموسوم البكتيري، أي الدخول في حالة متكاملة. يوجد حوالي 20 موقعًا لتكامل البلازميد F في الكروموسوم البكتيري. وبعد ذلك، عندما يتم نقل نسخة من إحدى سلاسل البلازميد F إلى الخلية المتلقية، يتم حمل نسخة من إحدى سلاسل الكروموسومات البكتيرية معها. تسمى الخلايا التي تحتوي على البلازميد F المتكامل Hfr-donors (من الكلمة الإنجليزية "التردد العالي لإعادة التركيب"). اعتمادًا على الظروف، من الممكن النقل الكامل أو الجزئي لنسخة من الكروموسوم البكتيري Hfr المتبرع إلى السيتوبلازم المتلقي. ونتيجة لذلك، تتكون الخلية من كروموسوم بكتيري أصلي مزدوج الشريط وجزيء DNA متماثل كامل أو غير كامل. تسمى هذه الخلية بالزيجوت المروزي ("اللاقحة الجزئية"). بعد ذلك، أثناء تكرار الحمض النووي، تحدث إعادة التركيب. هذه العملية لا تختلف جوهريا عن إعادة التركيب أثناء التحول.
يبدأ نقل نسخة الحمض النووي تقريبًا من منتصف DNA البلازميد F (من النقطة O، حيث يتم قطع أحد خيوط الحمض النووي ويبدأ تكرار DNA البلازميد F). وهكذا، يدخل نصف DNA البلازميد F إلى الخلية المتلقية في بداية الاقتران، والنصف الثاني فقط بعد النقل الكامل لنسخة الحمض النووي الصبغي. يستغرق إكمال هذه العملية أكثر من 100 دقيقة عند درجة حرارة t = 37 0 درجة مئوية. ومع ذلك، في ظل الظروف الطبيعية، ينقطع الاقتران في وقت أبكر بكثير؛ ويمر جزء فقط من نسخة الكروموسوم المتبرع والنصف الأول فقط من DNA البلازميد F إلى الخلية المتلقية. وبالتالي، فإن الخلية المتلقية لا تقبل خصائص المتبرع بالـ Hfr.
ومع ذلك، هناك سلالات من البكتيريا يتم فيها نقل نسخة من الكروموسوم البكتيري مع نسخة من DNA البلازميد F بشكل كامل. تسمى هذه الخلايا متبرعين vHfr (من الإنجليزية "تردد إعادة التركيب العالي جدًا").
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.
يمكن للبلازميد F أن ينتقل من حالة متكاملة إلى حالة مستقلة عن طريق الاستئصال الذاتي من الكروموسوم البكتيري. في هذه الحالة، من الممكن التقاط أجزاء من الحمض النووي الصبغي (ما يصل إلى 50٪ من جينات الكروموسومات). يُطلق على البلازميد F، الذي يتضمن جينات الكروموسومات، اسم العامل F. يُطلق على نقل المادة الوراثية أثناء تهجين F ′ × F اسم الحث الجنسي.
بالإضافة إلى البلازميد F، هناك أنواع أخرى من العوامل الجنسية (R، Ent، Hly، Col) معروفة في بدائيات النوى، مما يضمن نقل المادة الوراثية من بكتيريا إلى أخرى. استنادا إلى البلازميدات الطبيعية (بما في ذلك الحمض النووي للبلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا)، يتم الحصول على جزيئات الحمض النووي شبه الاصطناعية التي تضمن نقل المواد الوراثية من خلية إلى أخرى، تسمى المتجهات. ويجب على النواقل أن تضمن ليس فقط النقل المستقر للجينات، ولكن أيضًا تنظيم عملية نسخها.
يمكن للبلازميدات بدائية النواة أن تتكاثر فقط في الخلايا بدائية النواة. وفي الوقت نفسه، هناك حاجة لنقل الجينات من حقيقيات النوى إلى بدائيات النوى والعكس. لهذا الغرض، يتم استخدام البلازميدات المكوكية، التي تحتوي على اثنين من النسخ المتماثلة (بدائية النواة وحقيقية النواة) وقادرة على التكاثر في كل من الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة، على سبيل المثال، بلازميدات Ti وRi، القادرة على التكاثر في الخلايا بدائية النواة والخلايا النباتية، و ناقلات شبه اصطناعية تم إنشاؤها بناءً عليها. لحماية النواقل من التدمير بواسطة النيوكلياز، يتم وضعها في حويصلات فسفورية - الجسيمات الشحمية.
التوضيح
التنبيغ هو نقل المادة الوراثية باستخدام الفيروسات من خلية مانحة إلى خلية متلقية. (تم اكتشاف ظاهرة التنبيغ في عام 1951 على يد ن. زيندر (طالب ج. ليدربيرغ)).
أثناء عملية النقل، يدخل الحمض النووي من الخلية المضيفة إلى الفيروسات. تصيب الفيروسات خلايا أخرى، ويدخل الحمض النووي للخلية البكتيرية الأصلية إلى خلية بكتيرية أخرى. يتكامل الحمض النووي الفيروسي في الكروموسوم البكتيري، ويتحد الحمض النووي البكتيري المُدخل مع الحمض النووي للكروموسوم البكتيري. ونتيجة لذلك، يتم تحويل 50% من الخلايا.
هناك عمليات نقل عامة (غير محددة)، ومحدودة (محددة)، وفاشلة.
نقل عام
أثناء النقل العام، يتم تضمين أجزاء من الحمض النووي البكتيري المتبرع بشكل عشوائي في جسيم العاثيات الناضج مع الحمض النووي العاثي أو بدلاً من الحمض النووي العاثي. تتشكل شظايا الحمض النووي البكتيري عندما يتم قطعها بواسطة إنزيم يتم التحكم فيه بالعاثية. يمكن أن يشتمل جسيم العاثي على ما يصل إلى 100 جينة بكتيرية.
نقل محدود
مع التنبيغ المحدود، تحدث إعادة التركيب - يحل الحمض النووي البكتيري محل جزء من الحمض النووي العاثي. يحتوي الحمض النووي المؤتلف على عدد صغير من الجينات البكتيرية المجاورة للحمض النووي العاثي المدمج في الكروموسوم البكتيري.
بشكل عام ومحدود، يحل الحمض النووي للمتبرع محل المناطق المتماثلة من الحمض النووي للمتلقي. هذه العملية تشبه التحول.
يمكن أن يكون النقل المجهض غير محدد ومحدد. يكمن جوهرها في حقيقة أن جزء الحمض النووي المنقول بواسطة العاثيات لا يتم تضمينه في الكروموسوم المتلقي، ولكنه موجود كنسخة متماثلة من السيتوبلازم. عاجلا أم آجلا يتم فقدان هذه النسخة المتماثلة.
تُستخدم ظاهرة النقل بواسطة الفيروسات على نطاق واسع في نقل الجينات في حقيقيات النوى. إذا تم استخدام فيروس غير قادر على تكوين قفيصة (أي موجود فقط في شكل DNA)، فإن عملية النقل لا تختلف جوهريًا عن التحول أو عن النقل الاقتراني للمادة الوراثية باستخدام ناقلات البلازميد. تم إنشاء أنظمة المتجهات بناءً على فيروسات SV40 المعدلة (تشكل ما يصل إلى 100 ألف نسخة في الخلية)، والهربس، واللقاح، وفيروس فسيفساء القرنبيط.
يجب التأكيد مرة أخرى على أن جميع أنواع إعادة التركيب الموصوفة لا ترتبط بإضافة أقسام جديدة من الحمض النووي، ولكن باستبدال تسلسلات النيوكليوتيدات الموجودة. كلما ارتفعت درجة التماثل بين الحمض النووي المحول والحمض النووي الأصلي، كلما زاد احتمال إعادة التركيب الناجح. أسهل طريقة لتحقيق إعادة التركيب هي الإنزيمات الموجودة في جميع الكائنات الحية. ومن الأصعب إدخال منظمات جديدة شديدة التخصص في الجينوم. لذلك، لإدخال جينات جديدة في الجينوم، يتم استخدام طرق أكثر تعقيدًا مرتبطة بالتعديلات الكيميائية الحيوية للحمض النووي.
الموضوع السابع: الوراثة السيتوبلازمية . وراثة الخلايا والأنسجة الجسدية.
1. الميراث السيتوبلازمي. المادة الوراثية للعضيات شبه المستقلة. الميراث البلاستيدي. الوراثة عن طريق الميتوكوندريا. العقم السيتوبلازمي عند الذكور
2. أنواع خاصة من الميراث. التحديد المسبق للسيتوبلازم. الوراثة من خلال العدوى والتعايش الداخلي
3. وراثة الخلايا الجسدية. الطفرات الجسدية. الوهم. وراثة السرطان.
التغييرات التوافقية.
تظهر نتيجة التحول والاقتران. التحول هو عملية نقل جزء من المادة الوراثية DNA التي تحتوي على زوج واحد من النيوكليوتيدات من خلية مانحة إلى خلية مستقبلة.
هناك 5 مراحل في عملية التحول:
1) امتزاز تحويل الحمض النووي على سطح الخلية الميكروبية؛
2) اختراق الحمض النووي في الخلية المتلقية.
3) اقتران الحمض النووي المُدخل مع التركيب الصبغي للخلية؛
4) إدراج قسم من الحمض النووي للخلية المانحة في الهياكل الصبغية للخلية المتلقية؛
5) مزيد من التغييرات في النوكليوتيدات خلال الانقسامات اللاحقة. درجة حرارة التحول المثالية هي 29-32 درجة مئوية.
التنبيغ هو تغيير يتم فيه نقل المادة الوراثية للخلية المانحة إلى الخلية المتلقية عن طريق العاثيات الناقلة (المعتدلة)، أي. عاثية لا تسبب تدميرها.
هناك ثلاثة أنواع من النقل:
1) عام (غير محدد)، قد يحدث نقل خصائص مختلفة أو متعددة في وقت واحد.
2) محددة، تتميز بنقل صفة معينة فقط.
3) فاشل، لا يتم تضمين جزء من الحمض النووي من خلية مانحة تم نقله بواسطة العاثيات إلى الخلية المتلقية في جينومها.
الاقتران هو شكل من أشكال العملية الجنسية التي تتحد فيها الخلايا الميكروبية الذكرية والأنثوية ويتم تبادل المواد النووية بينهما.
وفي هذه الحالة، تنتقل المادة الوراثية للخلية المانحة إلى الخلية المتلقية. بعد إعادة التركيب وانقسام الخلايا، تتشكل أشكال لها خصائص الخلايا المترافقة.
وبالتالي، فإن الأشكال الثلاثة للتباين التجميعي (التحول، والتحويل، والاقتران) مختلفة في الشكل، ولكنها متشابهة في الجوهر. أثناء التحول، يدخل قسم الحمض النووي للخلية المانحة إلى الخلية المتلقية، أثناء النقل، تلعب العاثيات هذا الدور، وأثناء الاقتران، يتم نقل المعلومات الجينية من خلال الجسر السيتوبلازمي (بيلي).
الريكيتسيا
الميكروبات سالبة الجرام. الشكل: عصي قصيرة أو مكورات. تحتوي بكتيريا الريكتسيا على جدار خلوي يشبه جدار خلية البكتيريا سالبة الجرام.
يتم تصنيفها على أنها بكتيريا حقيقية. بدائيات النوى.
النترتة.
يمكن أن تمتص النباتات منتجات تحلل البروتين وتحلل اليوريا - الأمونيا وأملاح الأمونيوم - مباشرة، ولكنها تتحول عادة إلى أملاح نترات حمض النيتريك.
في المرحلة الأولى من النترجة، تتأكسد الأمونيا إلى حمض النيتريك وفقا للمخطط
DG = -662 كيلو جول / مول.
تتم عملية النترجة على عدة مراحل، مع تكوين عدد من المنتجات الوسيطة: هيدروكسيل أمين، نيتروكسيد، إلخ.
في المرحلة الثانية، يتأكسد حمض النيتروز إلى حمض النيتريك:
DG = -201 كيلو جول / مول.
تنتج المرحلتان الأولى والثانية من عملية النترجة الفردية عن مسببات أمراض مختلفة. س.ن. قام فينوغرادسكي بدمجهم في ثلاثة أجناس:
1) نيتروسوموناس. وهي على شكل قضيب، سالبة الجرام، متحركة، ومجهزة بسوط واحد، ولا تشكل جراثيم. وهي منتشرة على نطاق واسع في التربة وتختلف عن بعضها البعض في الشكل والحجم.
2) النيتروسوسيستيس. قادرة على تشكيل Zooglea (أشكال مكوري من الميكروبات المحيطة بالمحفظة)
3) نيتروسوسبيرا. وهي مقسمة إلى نوعين. كلا النوعين من البكتيريا لهما شكل حلزوني منتظم. جنبا إلى جنب مع الخيوط الملتوية حلزونيا، تم العثور على قضبان قصيرة ومكورات في الثقافات القديمة.
في الآونة الأخيرة، تم التعرف على جنسين آخرين من الميكروبات التي تسبب المرحلة الأولى من النترجة.
البكتيريا الآزوتية لها موقف سلبي تجاه المواد العضوية. لوحظت حساسية قوية للميكروبات الآزوتية للمواد العضوية في المحاليل. ولم يلاحظ هذا في التربة، لأن لا يحتوي أبدًا على مواد قابلة للذوبان في الماء بكميات كبيرة.
لا تتأثر عمليات أكسدة الأمونيا بالميكروبات فحسب، بل أيضًا بإنزيماتها. بالإضافة إلى المواد العضوية، يؤثر تركيز الأمونيا أيضًا على النترجة. يتجلى تأثيره على الثقافة بشكل حاد في الوسائط السائلة. تكون الأمونيا في التربة في حالة امتصاص ولا يمكن أن يكون لها تأثير مثبط. ولذلك، تقوم Nitrobacter بأكسدة حمض النيتروز على الفور إلى حمض النيتريك.
وجود الأكسجين له تأثير إيجابي على عملية النترجة. في التربة المزروعة، تحدث عملية النترجة بشكل أكثر كثافة.
