Peamine erinevus – üldine vs spetsiaalne ülekanne
Transduktsioon on mehhanism, mis kannab bakteriofaagi abil DNA üle ühelt bakterilt teisele. Bakteriofaag on viirus, mis nakatab ja paljuneb bakteris. See on võimeline kinnituma bakteriraku seina külge ja süstima oma DNA bakterisse. Bakteri sees viiruse DNA replitseerub ja loob vajalikke komponente ja ensüüme, et luua palju uusi bakteriofaage. Selle protsessi käigus laguneb bakteriaalne DNA tükkideks ja integreerub viiruse genoomiga või viiruse DNA integreerub otse bakteri DNA-ga. Uued bakteriofaagid kannavad enda sees bakteriaalset DNA-d. Kui need bakteriofaagid nakatavad teisi baktereid, toimub bakterite DNA segunemine. Transduktsioon võib toimuda kas lüütilise tsükli või lüsogeense tsükli kaudu, mis põhineb bakteriofaagi tüübil. Seega on olemas kahte tüüpi transduktsioon, nimelt üldistatud transduktsioon ja spetsiaalne transduktsioon. Peamine erinevus üldistatud ja spetsiifilise transduktsiooni vahel on see, et üldistatud transduktsiooni viivad läbi virulentsed bakteriofaagid, milles uute bakteriofaagide vabanemisel bakterirakk lüüsitakse, samas kui spetsialiseeritud transduktsiooni teostavad parasvöötme bakteriofaagid, milles bakterirakku ei lüüsita ja viiruse DNA integreerub bakteriaalsega. DNA ja elab profaagi staadiumis bakteris mitu põlvkonda.
Mis on üldistatud transduktsioon?
Bakteriofaage on kahte tüüpi: virulentsed ja parasvöötmelised. Virulentne bakteriofaag on võimeline tapma peremeesbakterit. Nad läbivad alati lüütilise elutsükli, mis põhjustab peremeesbakterite surma. Bakteri nakatamist virulentse bakteriofaagiga ja bakteri DNA ülekandmist teisele bakterile teise nakatumise ajal nimetatakse generaliseerunud transduktsiooniks. Seega võib üldistatud transduktsiooni määratleda kui bakteriaalse DNA ülekandmist ühelt bakterilt teisele bakteriofaagi poolt virulentse bakteriofaagi poolt bakteriofaagi lüütilise tsükli ajal. Bakteriaalne DNA ülekanne toimub uute faagide geneetilise materjali pakendamise vigade tõttu. Äsja replitseeritud viiruse DNA pakkimine uutesse faagidesse näitab madalat täpsust. Seega võib geneetilise materjali pakendamise käigus lisada faagidesse valesti väikseid bakteri DNA tükikesi või viiruse DNA-ga rekombineeritud bakteriaalset DNA-d. Kui bakteriaalne DNA sisestatakse juhuslikult viiruse kapsiidi sisse, viib teine infektsioon selle DNA teise bakterisse. Seega lõpeb transduktsioon kahe bakteri vahel eduk alt.
Pärast nakatumist on virulentsed faagid võimelised kontrollima bakterirakkude masinaid, et replitseerida oma DNA-d. Viirus muutub ka võimeliseks lagundama bakterikromosoomi väikesteks tükkideks ja põhjustab bakteriraku seina järsu katkemise, et vabastada kokkupandud faagid, põhjustades rakusurma.
Üldine ülekandeprotsess
Generaliseeritud transduktsioon on kiire protsess, mille käigus bakterid surevad lühikese aja jooksul. Bakteriofaag on võimeline purustama bakteri DNA tükkideks, hävitades bakteriraku. Üldistatud transduktsiooni etapid võib kokku võtta järgmiselt.
- Virulentne (lüütiline) bakteriofaag nakatab bakterit.
- Faagi genoom siseneb bakterirakku.
- Viirus juhib bakterite metaboolseid mehhanisme, et luua oma DNA ning muud vajalikud komponendid ja ensüümid.
- Bakteri DNA hüdrolüüsub väikesteks tükkideks.
- Geneetiline materjal pakib uutesse faagidesse. Aeg-aj alt kogunevad bakterite DNA fragmendid uutesse faagikapsiididesse
- Bakterirakud lüüsivad ja vabastavad uued faagid.
- Kui transdutseeritud faag nakatab mõnda teist bakterit, liidetakse varasem bakteriaalne DNA uude.
Joonis 01: Üldine ülekandeprotsess
Mis on spetsialiseeritud transduktsioon?
Parasvöötme bakteriofaagidel on lüsogeensed elutsüklid. Nad on seotud spetsiaalse transduktsiooniprotsessiga, mille käigus bakteri DNA fragment kantakse vea tõttu ühest bakterist teise bakterisse. Seega võib spetsiifilist transduktsiooni määratleda kui doonoribakteri DNA ülekandmist teisele bakterile parasvöötme bakteriofaagide poolt. Kui parasvöötme faagid nakatavad baktereid, on nad võimelised integreerima viiruse DNA bakterikromosoomi ja jääma profaagi staadiumisse mitmeks bakteripõlveks, vabastamata seda bakteri genoomist. Bakteri genoomi replikatsiooni ajal allub viiruse DNA replikatsioonile ning siseneb uutesse bakterirakkudesse ja jääb ellu. Kui aga teatud tegurid indutseerivad profaagid, eraldub viiruse DNA bakterikromosoomist. Mõnikord eralduvad bakterikromosoomide fragmendid selle eraldumise ajal ja jäävad profaagi DNA külge kinni. Induktsiooni tõttu läbivad faagid hiljem lüütilise tsükli. Viiruse genoom replitseerub kinnitatud bakteriaalse DNA-ga ja pakib uutesse kapsiididesse ja loob uusi faage. Uued faagid vabastavad bakteriraku lüüsi teel. Kui uus faag nakatab teist bakterit, kandub bakteri DNA sellele üle.
Spetsiaalne ülekandeprotsess
Eritransduktsiooni etapid võib kokku võtta järgmiselt.
- Parasvöötme bakteriofaag nakatab bakterit.
- Viiruse DNA integreerub bakterikromosoomi ja muutub profaagi staadiumiks
- Viiruse DNA jääb bakteritesse mitmeks põlvkonnaks
- Spontaansel induktsioonil eraldab viiruse DNA bakteriaalse kromosomaalse DNA.
- Bakteri DNA fragmendid eralduvad bakterikromosoomist koos viiruse DNA-ga.
- Viiruse DNA replitseerub koos bakterigeenidega ja pakendub uutesse kapsiididesse ning moodustab uusi faage.
- Bakterirakud lüüsivad ja vabastavad uued faagid.
- Uued faagid nakatavad uusi baktereid.
- Bakteri DNA seguneb nakatumise ajal uute bakteritega.
Joonis 02: Spetsiaalne transduktsioon, mida näitab lambdafaag
Mis vahe on üldistatud ja eritransduktsioonil?
Üldine vs spetsialiseeritud ülekanne |
|
| Generaliseeritud transduktsiooni teostavad virulentsed või lüütilised bakteriofaagid. | Specialiseeritud transduktsiooni teevad parasvöötme faagid. |
| Elutsükkel | |
| Generaliseeritud transduktsioon läbib lüütilise tsükli | Spetsiaalne transduktsioon läbib lüsogeense tsükli. |
| Bakterite lüüs | |
| Bakterirakud lüüsivad kiiresti. | Bakterirakud ei lüüsi kiiresti, vaid jäävad ellu mitu põlvkonda. |
| Geneetilise materjali pakendamine | |
| Osa doonorbakteri DNA-st on üldise transduktsiooni käigus suletud viiruse kapsiidi sisse | Väikesed osad bakteriaalsest DNA-st jäävad bakterikromosoomist eraldumise ajal viiruse DNA-ga seotuks ja pakitakse uutesse kapsiididesse. |
| Viiruse DNA integreerimine | |
| Viiruse DNA ei ole bakterikromosoomi integreeritud. | Bakterite ja viiruste DNA integreeruvad. |
| Bakteriaalse DNA hüdrolüüs | |
| Bakteri DNA hüdrolüüsib viiruse toimel tükkideks. | Bakteri DNA ei hüdrolüüsita. |
| Profaagi tootmine | |
| Üldistatud transduktsiooni käigus ei moodustu profaage. | Profaagid moodustuvad spetsiaalse transduktsiooni käigus. |
Kokkuvõte – üldine vs spetsiaalne ülekanne
Transduktsioon on protsess, mille käigus viiruse abil viiakse bakteriaalne DNA ühelt bakterilt teisele. See on loomulik protsess, mis toimub lüütiliste või lüsogeensete tsüklite kaudu. Virulentsed faagid näitavad üldist transduktsiooni. Parasvöötme faagidel on spetsiifiline transduktsioon. Üldise transduktsiooni käigus hävitab viirus bakteriraku. Spetsiaalse transduktsiooni korral ei hävine bakterirakud kiiresti, kui just induktsiooni ei toimu. See on peamine erinevus üldistatud ja spetsiaalsete transduktsioonide vahel. Viiruse DNA integreerub bakterikromosoomi spetsiaalse transduktsiooni käigus ja integratsiooni ei toimu üldistatud transduktsioonis.
