Ključna razlika – generalizirana proti specializirani transdukciji
Transdukcija je mehanizem, ki bakteriofagom prenaša DNK iz ene bakterije v drugo bakterijo. Bakteriofag je virus, ki okuži bakterijo in se v njej razmnožuje. Sposoben se je pritrditi na bakterijsko celično steno in v bakterijo vbrizgati svojo DNK. Znotraj bakterije se virusna DNK razmnožuje in ustvarja potrebne komponente in encime za izdelavo novih številnih bakteriofagov. Med tem procesom se bakterijska DNK razgradi na koščke in se integrira z virusnim genomom ali pa se virusna DNK neposredno integrira z bakterijsko DNK. Novi bakteriofagi v sebi nosijo bakterijsko DNK. Ko ti bakteriofagi okužijo drugo bakterijo, pride do mešanja bakterijske DNA. Transdukcija se lahko zgodi z litičnim ali lizogenim ciklom glede na vrsto bakteriofaga. Zato obstajata dve vrsti transdukcije, in sicer generalizirana transdukcija in specializirana transdukcija. Ključna razlika med generalizirano in specializirano transdukcijo je v tem, da generalizirano transdukcijo izvajajo virulentni bakteriofagi, v katerih se bakterijska celica lizira, ko se sprostijo novi bakteriofagi, medtem ko specializirano transdukcijo izvajajo zmerni bakteriofagi, v katerih bakterijska celica ni lizirana, in se virusna DNK integrira z bakterijsko DNK in preživi v fazi profaga v bakterijah več generacij.
Kaj je generalizirana transdukcija?
Obstajata dve vrsti bakteriofagov: virulentni in zmerni. Virulentni bakteriofag je sposoben uničiti gostiteljsko bakterijo. Vedno so podvržene litičnemu življenjskemu ciklu, ki povzroči smrt gostiteljskih bakterij. Okužba bakterije z virulentnim bakteriofagom in prenos bakterijske DNA na drugo bakterijo med drugo okužbo je znana kot generalizirana transdukcija. Zato lahko generalizirano transdukcijo definiramo kot prenos bakterijske DNA z ene bakterije na drugo bakterijo s strani virulentnega bakteriofaga med litičnim ciklom bakteriofaga. Prenos bakterijske DNK se zgodi zaradi napak pri pakiranju genskega materiala v nove fage. Pakiranje na novo replicirane virusne DNK v nove fage kaže nizko natančnost. Zato lahko med pakiranjem genskega materiala majhne koščke bakterijske DNA ali rekombinirane bakterijske DNA z virusno DNA napačno vključimo v fage. Če se bakterijska DNK slučajno vstavi v virusno kapsido, druga okužba vnese to DNK v drugo bakterijo. Tako se transdukcija med dvema bakterijama uspešno zaključi.
Po okužbi so virulentni fagi sposobni nadzorovati bakterijske celične stroje za replikacijo lastne DNK. Virus prav tako postane sposoben razgraditi bakterijski kromosom na majhne koščke in povzroči nenadno prekinitev bakterijske celične stene za sprostitev sestavljenih fagov, ki povzročijo celično smrt.
Splošni proces transdukcije
Splošna transdukcija je hiter proces, pri katerem bakterije umrejo v kratkem času. Bakteriofag je sposoben razbiti bakterijsko DNA na koščke in uničiti bakterijsko celico. Korake generalizirane transdukcije lahko povzamemo na naslednji način.
- Virulentni (litični) bakteriofag okuži bakterijo.
- Genom faga vstopi v bakterijsko celico.
- Virus upravlja presnovne mehanizme bakterij za izdelavo lastne DNK in drugih potrebnih komponent in encimov.
- Bakterijska DNK hidrolizira v majhne koščke.
- Genetski material se pakira znotraj novih fagov. Občasno se fragmenti bakterijske DNK zapakirajo v nove fagne kapside
- Bakterijske celice lizirajo in sproščajo nove fage.
- Ko transducirani fag okuži drugo bakterijo, se prejšnja bakterijska DNK vključi v novo.
Slika 01: Generaliziran proces transdukcije
Kaj je specializirana transdukcija?
Zmerni bakteriofagi kažejo lizogene življenjske cikle. Vključeni so v specializiran proces transdukcije, pri katerem se delček bakterijske DNK zaradi napake prenese iz ene bakterije v drugo bakterijo. Zato lahko specializirano transdukcijo opredelimo kot prenos bakterijske DNK darovalca na drugo bakterijo s pomočjo zmernih bakteriofagov. Ko zmerni fagi okužijo bakterije, lahko integrirajo virusno DNA v bakterijski kromosom in ostanejo v fazi profaga več bakterijskih generacij, ne da bi jo sprostili iz bakterijskega genoma. Med replikacijo bakterijskega genoma se virusna DNA replicira in vstopi v nove bakterijske celice ter preživi. Ko pa profage inducirajo določeni dejavniki, se virusna DNA odcepi od bakterijskega kromosoma. Včasih se med tem odstopom fragmenti bakterijskih kromosomov odcepijo in ostanejo pritrjeni na DNK profaga. Zaradi indukcije fagi kasneje opravijo litični cikel. Virusni genom se replicira s pritrjeno bakterijsko DNK in se zapakira v nove kapside ter tvori nove fage. Novi fagi sprostijo bakterijsko celico z lizo. Ko nov fag okuži drugo bakterijo, se bakterijska DNK prenese nanjo.
Specializiran postopek transdukcije
Korake specializirane transdukcije lahko povzamemo na naslednji način.
- Zmerni bakteriofag okuži bakterijo.
- Virusna DNK se integrira v bakterijski kromosom in postane stopnja profaga
- Virusna DNK ostane v bakterijah več generacij
- Po spontani indukciji virusna DNA odcepi bakterijsko kromosomsko DNA.
- Fragmenti bakterijske DNA se ločijo od bakterijskega kromosoma z virusno DNA.
- Virusna DNK se razmnožuje skupaj z bakterijskimi geni in pakira v nove kapside ter tvori nove fage.
- Bakterijske celice lizirajo in sproščajo nove fage.
- Novi fagi okužijo nove bakterije.
- Bakterijska DNK se med okužbo pomeša z novimi bakterijami.
Slika 02: Specializirana transdukcija, prikazana z lambda fagom
Kakšna je razlika med generalizirano in specializirano transdukcijo?
Splošna proti specializirani transdukciji |
|
| Splošno transdukcijo izvajajo virulentni ali litični bakteriofagi. | Specializirano transdukcijo izvajajo zmerni fagi. |
| življenjski cikel | |
| Splošna transdukcija je podvržena litičnemu ciklu | Specializirana transdukcija je podvržena lizogenskemu ciklu. |
| Liza bakterij | |
| Bakterijske celice hitro lizirajo. | Bakterijske celice se ne lizirajo hitro, ampak preživijo več generacij. |
| Pakiranje genskega materiala | |
| Del donorske bakterijske DNK je v generalizirani transdukciji zaprt v virusni kapsidi | Majhni deli bakterijske DNK ostanejo pritrjeni na virusno DNK med ločitvijo od bakterijskega kromosoma in so zapakirani v nove kapside. |
| Integracija virusne DNA | |
| Virusna DNK ni integrirana v bakterijski kromosom. | Bakterijska in virusna DNK se integrira. |
| Hidroliza bakterijske DNA | |
| Virus hidrolizira bakterijsko DNA na koščke. | Bakterijska DNK ni hidrolizirana. |
| Proizvodnja profaga | |
| Med generalizirano transdukcijo ni nastajanja profaga. | Profagi nastanejo med specializirano transdukcijo. |
Povzetek – Generalizirana proti specializirani transdukciji
Transdukcija je proces prenosa bakterijske DNK iz ene bakterije v drugo z virusom. To je naravni proces, ki poteka skozi litične ali lizogene cikle. Virulentni fagi kažejo generalizirano transdukcijo. Zmerni fagi kažejo specializirano transdukcijo. Med generalizirano transdukcijo virus uniči bakterijsko celico. Pri specializirani transdukciji se bakterijske celice ne uničijo hitro, razen če pride do indukcije. To je glavna razlika med generalizirano in specializirano transdukcijo. Virusna DNK se integrira v bakterijski kromosom pri specializirani transdukciji in do integracije ne pride pri generalizirani transdukciji.
