ترنسداکشن باکتریایی: تعریف، اصول، مراحل و نمونه‌ها

فهرست مطالب نمایش

تعریف ترنسداکشن باکتریایی

ترنسداکشن انتقال DNA باکتری از یک اهدا کننده به باکتری گیرنده از طریق یک ذره ویروسی است.
ذره ویروسی که باکتری‌ها را آلوده می‌کند، باکتریوفاژ (Bacteriophage) یا فاژ (Phage) نامیده می‌شود و فاژهایی که برای انتقال DNA استفاده می‌شوند، فاژهای ترنسفیوژن (Transfusion) نامیده می‌شوند.
همه فاژها، فاژهای انتقالی نیستند. فرآیند ترنسداکشن می‌تواند بخش‌های DNA از ده‌ها تا صدها کیلوباز (Kilobase) را منتقل کند.
با توجه به اختصاصیت بالای فاژها برای گیرنده‌های سطح سلولی، ترنسداکشن محدود‌ترین دامنه انتقال DNA میزبان را در بین روش‌های تبادل ژنتیکی باکتریایی دارد.
ترنسداکشن شامل حمل DNA (یا انتقال ژن) از یک ارگانیسم به ارگانیسم دیگر توسط یک عامل واسطه که معمولاً یک باکتریوفاژ است، می‌باشد.
مزیتی که ترنسداکشن نسبت به کونژوگاسیون (Conjugation) دارد، این است که ترنسداکشن نیازی به تماس فیزیکی بین سلول اهداکننده و DNA و سلول دریافت‌کننده DNA ندارد.
به طور مشابه، فرآیند ترنسداکشن به آنزیم DNase مقاوم است. در حالی که فرآیند ترانسفورماسیون (Transformation) به DNase حساس است.
ترنسداکشن یک فرآیند استاندارد است که توسط بسیاری از زیست‌شناسان مولکولی برای وارد کردن یک ژن خارجی به ژنوم (Genome) سلول میزبان استفاده می‌شود.

اصول ترنسداکشن باکتریایی

اصول ترنسداکشن بر اساس مکانیسم عفونت باکتریوفاژ است.
در ترنسداکشن، DNA باکتری دهنده از طریق چرخه لیتیک (Lytic) یا لیزوژنیک (Lysogenic) به باکتریوفاژ وارد می‌شود.
پس از اینکه DNA باکتری در فاژ وارد شد، فاژهای جدیدی از سلول باکتری آزاد می‌شوند.
سپس این فاژها سلول باکتری میزبان را آلوده می‌کنند. فاژها به یک گیرنده سطحی خاصی از سلول باکتری متصل می‌شوند و DNA خود را که حاوی DNA باکتری دهنده است، به سیتوپلاسم (Cytoplasm) باکتری میزبان وارد می‌کنند.
بسته به فاژ، DNA در ژنوم باکتری ادغام، در سیتوپلاسم به عنوان یک پلاسمید تکثیر می‌شود، یا به سرعت تکثیر می‌شود و نتاج فاژ (Phage progeny) تولید میکند.

انواع ترنسداکشن

بر اساس نحوه بسته‌بندی DNA درون ذره ویروسی، دو نوع انتقال وجود دارد:

ترنسداکشن عمومی (Generalized Transduction)

در ترنسداکشن عمومی، فاژ به اشتباه DNA باکتریایی را به جای DNA فاژ خود هنگام مونتاژ فاژ، بسته‌بندی می‌کند.
این امر منجر به ایجاد یک ذره ویروسی عفونی حاوی DNA باکتری می‌شود. اما ذره به دلیل از دست دادن همه DNAهای فاژ، دیگر نمی‌تواند در باکتری تکثیر شود.
سپس ذره فاژ به یک گیرنده سطح سلولی باکتریایی متصل شده و DNA بسته‌بندی شده را به سیتوپلاسم باکتری تزریق می‌کند.
اگر DNA باکتری در فاژ از کروموزوم باکتری باشد، این DNA با DNA همولوگ (Homologous) گیرنده باکتری برای تولید ترانسداکتانت‌های (Transductant) پایدار دوباره ترکیب می‌شود. این فرآیند به یک میزبان ریکامبیناز (recombinase) (پروتنئین recA) نیاز دارد.
با این حال، مطالعات نشان داده‌اند که بیشتر DNA منتقل شده به طور پایدار در ژنوم باکتری ادغام نمی‌شود، بلکه به صورت خارج کروموزومی (Extrachromosomal) باقی می‌ماند.
ترنسداکشن عمومی برای نقشه‌برداری ژن‌ها، جهش‌زایی (Mutagenesis)، انتقال پلاسمیدها (Plasmid) و ترانسپوزون‌ها (Transposon) و تعیین اینکه آیا جنس‌های مختلف باکتریایی دارای ژن‌های همولوگ هستند یا خیر، استفاده می‌شود.

ترنسداکشن اختصاصی (Specialized Transduction)

در ترنسداکشن اختصاصی، فاژ معمولاً در مکان‌های خاصی در ژنوم باکتری به نام مکان‌های اتصال تحت لیزوژنی (Lysogeny) قرار می‌گیرد.
در طی این فرآیند، ژنوم فاژ معمولاً در کروموزوم باکتریایی ادغام می‌شود، زیرا تکثیر ویروس در طول لیزوژنی سرکوب می‌شود.
سپس ژنوم فاژ از ژنوم باکتری بریده می‌شود و به دلیل برش و نوترکیبی نادرست، ژن‌های باکتری مجاور نیز بریده می‌شوند.
بر خلاف فاژ انتقال دهنده عمومی، فاژ انتقال دهنده اختصاصی شامل هم ژن‌های فاژ و هم ژن‌های باکتری می‌باشد.
در طول عفونت بعدی، ژن تازه به دست آمده به همراه DNA فاژ به ژنوم باکتری وارد می‌شود تا دور جدیدی از لیزوژنی ایجاد شود.
ترنسداکشن اختصاصی مستقل از نوترکیبی همولوگ میزبان و recA است اما به اینتگراز (Integrase) فاژ نیاز دارد.
ترنسداکشن اختصاصی در ایزوله کردن ژن‌ها در زیست‌شناسی مولکولی، و در کشف عناصر الحاقی که اغلب به عنوان مکان‌های اتصال برای ادغام DNA فاژ عمل می‌کنند، مفید است.

مراحل ترنسداکشن عمومی

سلول میزبان فاژ (سلول دهنده) ابتدا با فاژ آلوده شده و طی آن DNA فاژ وارد سیتوپلاسم باکتری می‌شود.
در طول چرخه لیتیک تکثیر ویروسی، DNA فاژ همراه با کروموزوم باکتریایی به قطعات کوچکتر شکسته می‌شوند.
سپس بخشی از کروموزوم باکتری در یکی از کپسیدهای (Capsid) ویروسی بسته‌بندی می‌شود که با لیز (Lysis) باکتری آزاد می‌گردد.
در طول فاز انتقال، کروموزوم باکتریایی اکنون یک باکتری دوم (باکتری گیرنده) را آلوده می‌کند و DNA دهنده وارد سیتوپلاسم باکتری دوم می‌شود.
در حضور یک میزبان ریکامبیناز recA، DNA دهنده با DNA همولوگ گیرنده باکتریایی برای تولید ترانسداکتانت‌های پایدار، دوباره ترکیب می‌شود.

مراحل ترنسداکشن اختصاصی

پس از عفونت باکتری دهنده با باکتریوفاژ، DNA فاژ در طول چرخه لیزوژنیک در کروموزوم باکتریایی ادغام می‌شود.
به دلیل برش نادرست DNA فاژ، بخشی از کروموزوم باکتریایی نیز بریده می‌شود.
سپس فاژ حاوی بخشی از کروموزوم باکتری، میزبان جدید را آلوده می‌کند و DNA دهنده در طول چرخه لیزوژنیک تکثیر در باکتری گیرنده ادغام می‌شود.
سپس گیرنده صفت ژنتیکی تازه به دست آمده را نشان می‌دهد.

نمونه‌هایی از ترنسداکشن باکتریایی

یک مثال خوب از یک فاژ انتقال دهنده عمومی P1 است که می‌تواند DNA اشریشیا کولی ( coli) را به باکتری‌های گرم منفی متعددی انتقال دهد.
فاژ اشریشیا کولی لامبدا (Lambda) یک نمونه کلاسیک از یک فاژ انتقال دهنده اختصاصی است که DNA خود را دقیقاً بین اپرون‌های (Operon) کدکننده آنزیم‌های مسئول استفاده از گالاکتوز در کروموزوم اشریشیا کولی ادغام می‌کند.

همچنین بخوانید: