Bacteriën zijn microscopisch kleine organismen met dubbelstrengs, circulair DNA in hun genoom. Hoewel bacteriën tijdens hun levenscyclus geen verplichte seksuele reproductieve stadia hebben, kunnen ze actief genetische informatie onderling uitwisselen. De uitwisseling van genetische informatie in bacteriën gebeurt op drie manieren: conjugatie, transformatie en transductie. De directe overdracht van genetisch materiaal tussen twee bacteriën staat bekend als conjugatie; het gebeurt via een geslachtspilus. Transformatie is het oppikken van naakt, vreemd DNA uit de omgeving. Transductie is het transporteren van bacterieel DNA door bacteriofagen naar een andere bacterie.

Belangrijkste gebieden die worden gedekt

1. Wat zijn bacteriën? - Definitie, kenmerken, bacterieel DNA 2. Hoe wisselen bacteriën genetische informatie uit? - Conjugatie, transformatie, transductie

Sleutelbegrippen: bacterieel DNA, conjugatie, plasmiden, geslachtspilus, transformatie, transductie

Wat zijn bacteriën?

Bacteriën zijn prokaryoten die geen membraangebonden organellen hebben. Ze hebben een peptidoglycaancelwand. Aseksuele reproductie door binaire splitsing is de belangrijkste reproductiemethode in bacteriën. Bacteriën kunnen twee soorten genetisch materiaal in een bacterie bevatten en dit zijn bacterieel genoom en plasmiden. Genoom is een dubbelstrengs circulair chromosomaal DNA en plasmiden zijn dubbelstrengs, kleine, circulaire DNA-moleculen. Bacterieel chromosomaal DNA bevindt zich in de nucleoïde. De grootte van het E. coli-genoom is 4,6 miljoen basenparen en het bestaat uit ongeveer 4.300 genen. Plasmiden of niet-chromosomaal bacterieel DNA zijn kleiner dan het bacteriële chromosoom en er kunnen meerdere tot meer dan duizenden plasmiden per bacteriële cel worden gevonden. Bacteriën in een kweek zijn weergegeven in figuur 1.

Figuur 1: Bacteriën

Hoe wisselen bacteriën genetische informatie uit?

De genetische informatie kan in de vorm van DNA van de ene bacterie op de andere worden overgedragen. De overdracht van genetische informatie tussen bacteriën wordt niet vaak beschouwd als een echte uitwisseling, aangezien de ene bacterie als donor fungeert en de andere alleen als ontvanger. Bovendien worden alleen kleine stukjes bacteriële chromosomen overgedragen.

De drie modi die worden gebruikt voor de uitwisseling van genetische informatie tussen bacteriën zijn conjugatie, transformatie en transductie.

Conjugatie

Het proces dat genetische informatie tussen twee bacteriën uitwisselt via een direct cel-tot-cel contact staat bekend als conjugatie. Het wordt gemedieerd door conjugatieve plasmiden die worden gecodeerd met efficiënte mechanismen voor de bemiddeling van DNA-overdracht. Conjugatie is een unidirectioneel proces en alleen de donorbacterie heeft de conjugatieve plasmiden. Conjugatieve plasmiden van Gram-negatieve bacteriën worden gecodeerd voor een geslachtspilus die de DNA-overdracht naar de ontvangende bacterie vergemakkelijkt. Het directe contact tussen twee bacteriën wordt bereikt door de geslachtspilus, die een echtelijke brug vormt. De stappen van bacteriële conjugatie worden getoond in Figuur 2.

Figuur 2: Vervoeging

1- Donorcel produceert pilus. 2- Pilus hecht zich aan de ontvangende cel, brengt de twee cellen samen. 3- Het mobiele plasmide wordt gepikt en een enkele DNA-streng wordt vervolgens overgebracht naar de ontvangende cel. 4- Beide cellen recirculeren hun plasmiden, synthetiseren tweede strengen en reproduceren pili; beide cellen zijn nu levensvatbare donoren.

transformatie

Het proces waarbij de vrije DNA-fragmenten door bacteriën uit het omringende medium worden gehaald, staat bekend als transformatie. Alleen de competente bacteriecellen kunnen door transformatie DNA opnemen. Beperkte soorten bacteriën kunnen op natuurlijke wijze worden getransformeerd, zoals Bacillus, Streptococcus, Neisseria, Haemophilus, enz. Bovendien kunnen de meeste bacteriën zoals E. coli kunstmatig competent worden gemaakt door blootstelling aan een medium met calciumchloride. Plasmiden worden gebruikt als dragers van DNA bij de transformatie tijdens DNA-kloneringsexperimenten.

transductie

Het proces waarbij bacterieel DNA van de ene cel naar de andere cel wordt overgebracht door middel van bacteriën die virussen infecteren, staat bekend als transductie. Het wordt beschouwd als een efficiënte methode voor DNA-overdracht, omdat vreemd DNA wordt beschermd in de bacteriofaag. Het door bacteriofagen overgedragen DNA wordt permanent geïntegreerd in het bacteriële genoom van de ontvanger door homologe recombinatie.

Conclusie

De uitwisseling van genetisch materiaal tussen DNA gebeurt op drie manieren; conjugatie, transformatie en transductie. Conjugatie is de directe overdracht van genetisch materiaal tussen twee bacteriën met behulp van een sexpilus. Transformatie is het opnemen van naakte DNA-fragmenten door bacteriën uit het omringende medium. Transfectie is de overdracht van bacterieel DNA door bacteriën die virussen infecteren.

Verwijzing:

1. Rogers, Kara en Robert J. Kadner. "Bacteriën." Encyclopædia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc., 22 februari 2018, hier beschikbaar.

Afbeelding met dank aan:

1. "Bacteroides hypermegas-bacteriën" door CDC / Dr. VR Dowell, Jr. (Public Domain) via Public Health Image Library 2. "Conjugation" door Adenosine - Eigen werk (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia