تنوع ژنتیکی ٣

اهداف:

آشنایی با مفهوم تنوع ژنتیکی

آشنایی با اصول تنوع ژنتیکی

آشنایی با روش های انتقال از یک باکتری به باکتری دیگر

شرح درس:

در این طرح به ادامه مطالب ذکر شده در " طرح تنوع ژنتیکی" و مبحث تنوع ژنتیکی در پروکاریوت ها ادامه خواهیم داد. خطاهای همانندسازی تنها راه تطابق ژنتیکی ای کولی محسوب نمی شوند. انتقال ژن ها از یک باکتری به باکتری دیگر را می توان با مخلوط کردن آن دو با هم به طور تجربی نشان داد. اگر یکی از سویه های آزمایشگاهی ای کولی به دلیل این که ژنوم آن حاوی جهش در ژن رمزگذار آنزیم های سنتز کننده ی لوسین است، قادر به ساختن این اسید آمینه نباشد. بنابراین سویه ی مذکور قادر به رشد در محیط فاقد لوسین نمی باشد. سویه ی دیگری از ای کولی حامل جهش متفاوتی در ژن رمزگذار متیونین است و قدرت سنتز این اسید آمینه را ندارد. این سویه نیز قادر به رشد در محیط فاقد متیونین نمی باشد. حال اگر این دو سویه با هم مخلوط شوند و اجازه داده شود چندساعت با هم رشد کنند و سپس به محیطی انتقال داده شوند که فاقد متیونین و لوسین است، احتمالاً باکتری هایی پیدا خواهند شد که بتوانند به سرعت در این محیط رشد کنند. این ها سویه ی جدیدی از ای کولی هستند که قادر به سنتز هر دو اسید آمینه هستند. احتمال ایجاد این سویه ی جدید باکتریایی بیشتر از آن حدی است که بتوان آن را تنها براساس جهش حاصل از خطاهای همانندسازی توجیه کرد.

ژن ها به روش های گوناگون از یک باکتری به باکتری دیگر انتقال می یابند:

روش اول: یکی از این راه ها تماس مستقیم سلولی طی آمیزش باکتریایی یا کونژوگاسیون دو سلول است. توانایی انجام این عمل وابسته به وجود ژنهایی در پلاسمیدهای باکتریایی است.

پلاسمید ها مولکول های کوچک حلقوی دورشته ای DNA هستند که در خارج از کروموزوم بزرگ باکتری قرار دارند، پلاسمیدها حاوی مبداً همانندسازی مختص به خود هستند و همین موضوع آنها را قادر می سازد که مستقل از کروموزوم باکتری همانندسازی کنند.

برخی از این پلاسمیدها قادرند زمینه آمیزش باکتری ها و انتقال DNA را فراهم نمایند. پلاسمیدی که عموماً باعث شروع کونژوگاسیون در ای کولی می شود پلاسمید F یا پلاسمید باروری نام دارد. فرایند آمیزش فقط بین دو نوع باکتری ای صورت می گیرد که یکی از آنها حاوی پلاسمید F و دیگری فاقد آن باشد. زمانی که باکتری حامل پلاسمید F یعنی باکتری دهنده با باکتری فاقد پلاسمید (باکتری گیرنده) مواجه می شود نوعی پل سیتوپلاسمی بین این دو تشکیل می شود. DNA پلاسمید F همانندسازی می کند و از طریق پل سیتوپلاسمی تشکیل شده از باکتری دهنده به باکتری گیرنده انتقال می یابد.در مرحله بعد پل ایجاد شده ، شکسته شده و دو باکتری می توانند در صورت برخورد با باکتری گیرنده ی دیگر، به عنوان دهنده عمل می کنند. وجود پلاسمید F برای آمیزش ضروری است زیرا حاوی ژن های است که برخی از پروتئین های لازم برای ساختن پل و انتقال DNA را رمز گذاری می کنند.

اما با این حال انتقال پلاسمید از یک باکتری به باکتری دیگر توانایی چندانی در ایجاد تنوع ژنتیکی ندارد. فقط تعداد اندکی ژن که روی پلاسمید قرار دارند منتقل می شوند و بیشتر این ژن ها در عمل آمیزش نقش دارند، اما پلاسمید F گاهی می تواند با انجام نوعی خاصی از نوترکیبی به نام الحاق وارد کروموزوم باکتری شود. در این فرایند پلاسمید F زمینه را برای آمیزش باکتری و انتقال خود از یک باکتری به باکتری دیگر فراهم کند و همچنین مقداری از کروموزوم باکتری را با خود انتقال دهد. زیرا DNA آن با DNA باکتری به صورت کووالان به هم متصل شده اند. در نتیجه می توان هر کدام از ژن های باکتری دهنده را به باکتری گیرنده انتقال داد. انتقال ژن باعث افزایش تنوع ژنتیکی و بنابراین قدرت سازگاری باکتری می شود.