Kluczowa różnica – transdukcja uogólniona a transdukcja specjalistyczna
Transdukcja to mechanizm, który przenosi DNA z jednej bakterii do innej przez bakteriofaga. Bakteriofag to wirus, który infekuje i replikuje się w bakterii. Jest zdolny do przyłączania się do ściany komórkowej bakterii i wstrzykiwania jej DNA do bakterii. Wewnątrz bakterii wirusowy DNA replikuje się i tworzy niezbędne składniki i enzymy do tworzenia wielu nowych bakteriofagów. Podczas tego procesu DNA bakterii rozkłada się na kawałki i integruje się z genomem wirusa lub DNA wirusa bezpośrednio integruje się z DNA bakterii. Nowe bakteriofagi zawierają w sobie bakteryjne DNA. Kiedy te bakteriofagi infekują inną bakterię, następuje mieszanie bakteryjnego DNA. Transdukcja może nastąpić w cyklu litycznym lub cyklu lizogennym w zależności od typu bakteriofaga. Stąd istnieją dwa rodzaje transdukcji, a mianowicie transdukcja uogólniona i transdukcja wyspecjalizowana. Kluczowa różnica między transdukcją uogólnioną a wyspecjalizowaną polega na tym, że transdukcję uogólnioną dokonują zjadliwe bakteriofagi, w których komórka bakteryjna ulega lizie po uwolnieniu nowych bakteriofagów, podczas gdy transdukcja wyspecjalizowana jest dokonywana przez bakteriofagi o umiarkowanym nasileniu, w których komórka bakteryjna nie jest zlizowana, a DNA wirusa integruje się z bakteriofagami. DNA i przetrwa na etapie profagowania w bakteriach przez kilka pokoleń.
Co to jest uogólniona transdukcja?
Istnieją dwa rodzaje bakteriofagów: zjadliwe i umiarkowane. Zjadliwy bakteriofag jest zdolny do zabijania bakterii gospodarza. Zawsze przechodzą lityczny cykl życiowy, który powoduje śmierć bakterii gospodarza. Zakażenie bakterii przez zjadliwego bakteriofaga i przeniesienie bakteryjnego DNA do innej bakterii podczas drugiej infekcji jest znane jako transdukcja uogólniona. Stąd uogólnioną transdukcję można zdefiniować jako przeniesienie bakteryjnego DNA z jednej bakterii do innej przez zjadliwego bakteriofaga podczas cyklu litycznego bakteriofaga. Transfer DNA bakterii następuje z powodu błędów pakowania materiału genetycznego w nowych fagach. Pakowanie nowo zreplikowanego wirusowego DNA do nowych fagów wykazuje niską wierność. Stąd podczas pakowania materiału genetycznego małe fragmenty bakteryjnego DNA lub zrekombinowanego bakteryjnego DNA z wirusowym DNA mogą zostać błędnie włączone do fagów. Jeśli bakteryjne DNA zostanie przypadkowo wstawione do kapsydu wirusa, druga infekcja wprowadza ten DNA do innej bakterii. W związku z tym transdukcja między dwiema bakteriami kończy się pomyślnie.
Po infekcji zjadliwe fagi są w stanie kontrolować maszynerię komórek bakteryjnych w celu replikacji własnego DNA. Wirus staje się również zdolny do degradacji bakteryjnego chromosomu na małe kawałki i powoduje nagłe rozerwanie ściany komórkowej bakterii w celu uwolnienia zmontowanych fagów powodujących śmierć komórki.
Uogólniony proces transdukcji
Uogólniona transdukcja to szybki proces, w którym bakterie umierają w krótkim czasie. Bakteriofag jest zdolny do rozbijania bakteryjnego DNA na kawałki, niszcząc komórkę bakteryjną. Etapy uogólnionej transdukcji można podsumować w następujący sposób.
- Zjadliwy (lityczny) bakteriofag infekuje bakterie.
- Genom faga wnika do komórki bakteryjnej.
- Wirus zarządza mechanizmami metabolicznymi bakterii, aby wytworzyć własne DNA oraz inne niezbędne składniki i enzymy.
- Bakteryjne DNA hydrolizuje na małe kawałki.
- Materiał genetyczny pakuje się w nowe fagi. Czasami bakteryjne fragmenty DNA pakują się w nowe kapsydy faga
- Komórka bakteryjna ulega lizie i uwalnia nowe fagi.
- Gdy transdukowany fag infekuje inną bakterię, poprzedni bakteryjny DNA włącza się do nowego.
Rysunek 01: Uogólniony proces transdukcji
Co to jest transdukcja specjalistyczna?
Umiarkowane bakteriofagi wykazują lizogenne cykle życiowe. Są zaangażowani w wyspecjalizowany proces transdukcji, w którym fragment bakteryjnego DNA jest przenoszony z jednej bakterii do innej w wyniku błędu. Stąd, wyspecjalizowaną transdukcję można zdefiniować jako przeniesienie DNA bakterii dawcy do innej bakterii przez bakteriofagi o umiarkowanym klimacie. Gdy fagi o umiarkowanym nasileniu infekują bakterie, są w stanie zintegrować wirusowy DNA z chromosomem bakteryjnym i pozostać na etapie profagowania przez kilka pokoleń bakterii bez uwalniania go z genomu bakteryjnego. Podczas replikacji genomu bakteryjnego wirusowy DNA ulega replikacji i wnika do nowych komórek bakteryjnych i przeżywa. Jednak gdy profagi są indukowane przez określone czynniki, wirusowe DNA odrywa się od chromosomu bakteryjnego. Czasami podczas tego oderwania fragmenty chromosomów bakteryjnych odrywają się i pozostają przyłączone do DNA profagowanego. W wyniku indukcji fagi przechodzą następnie cykl lityczny. Genom wirusa replikuje się z dołączonym bakteryjnym DNA i pakuje się w nowe kapsydy i tworzy nowe fagi. Nowe fagi uwalniają komórkę bakteryjną przez lizę. Kiedy nowy fag infekuje inną bakterię, bakteryjne DNA przenosi się na nią.
Specjalistyczny proces transdukcji
Kroki wyspecjalizowanej transdukcji można podsumować w następujący sposób.
- Umiarkowany bakteriofag infekuje bakterie.
- Wirusowe DNA integruje się z chromosomem bakteryjnym i staje się etapem profagowania
- Wirusowe DNA pozostaje w bakteriach przez kilka pokoleń
- Po spontanicznej indukcji wirusowy DNA odłącza bakteryjny chromosomalny DNA.
- Fragmenty bakteryjnego DNA odrywają się od bakteryjnego chromosomu z wirusowym DNA.
- Wirusowe DNA replikuje się wraz z genami bakterii i pakuje w nowe kapsydy i tworzy nowe fagi.
- Komórka bakteryjna ulega lizie i uwalnia nowe fagi.
- Nowe fagi infekują nowe bakterie.
- DNA bakterii miesza się z nowymi bakteriami podczas infekcji.
Rysunek 02: Wyspecjalizowana transdukcja pokazana przez faga lambda
Jaka jest różnica między transdukcją uogólnioną a specjalistyczną?
Transdukcja uogólniona a transdukcja specjalistyczna |
|
| Uogólniona transdukcja jest dokonywana przez wirulentne lub lityczne bakteriofagi. | Wyspecjalizowana transdukcja jest wykonywana przez fagi o umiarkowanym klimacie. |
| Cykl życia | |
| Uogólniona transdukcja przechodzi cykl lityczny | Wyspecjalizowana transdukcja przechodzi cykl lizogeniczny. |
| Liza bakterii | |
| Komórki bakteryjne szybko ulegają lizie. | Komórki bakteryjne nie ulegają szybkiej lizie, ale przeżywają kilka pokoleń. |
| Opakowanie materiału genetycznego | |
| Część bakteryjnego DNA dawcy jest zamknięta w kapsydzie wirusa w uogólnionej transdukcji | Małe części bakteryjnego DNA pozostają przyłączone do wirusowego DNA podczas odłączania się od chromosomu bakteryjnego i są pakowane w nowe kapsydy. |
| Integracja wirusowego DNA | |
| Wirusowe DNA nie jest zintegrowane z chromosomem bakteryjnym. | Bakteryjne i wirusowe DNA integruje się. |
| Hydroliza DNA bakterii | |
| Bakteryjne DNA hydrolizuje na kawałki przez wirusa. | DNA bakterii nie jest hydrolizowane. |
| Produkcja Prophage | |
| Podczas transdukcji uogólnionej nie dochodzi do tworzenia się profagów. | Profagi powstają podczas wyspecjalizowanej transdukcji. |
Podsumowanie – Transdukcja uogólniona a transdukcja specjalistyczna
Transdukcja to proces przenoszenia DNA bakterii z jednej bakterii do drugiej przez wirusa. Jest to naturalny proces zachodzący w cyklach litycznych lub lizogennych. Zjadliwe fagi wykazują uogólnioną transdukcję. Fagi umiarkowane wykazują wyspecjalizowaną transdukcję. Podczas uogólnionej transdukcji wirus niszczy komórkę bakteryjną. W wyspecjalizowanej transdukcji komórki bakteryjne nie są szybko niszczone, chyba że następuje indukcja. Jest to główna różnica między transdukcją uogólnioną a specjalistyczną. Wirusowe DNA integruje się z chromosomem bakteryjnym w wyspecjalizowanej transdukcji, a integracja nie zachodzi w transdukcji uogólnionej.
