Kľúčový rozdiel – generalizovaná vs. špecializovaná transdukcia
Transdukcia je mechanizmus, ktorý prenáša DNA z jednej baktérie do druhej prostredníctvom bakteriofága. Bakteriofág je vírus, ktorý infikuje baktériu a replikuje sa v nej. Je schopný pripojiť sa k bakteriálnej bunkovej stene a vstreknúť svoju DNA do baktérie. Vnútri baktérie sa vírusová DNA replikuje a vytvára potrebné zložky a enzýmy na vytvorenie nových mnohých bakteriofágov. Počas tohto procesu sa bakteriálna DNA degraduje na kúsky a integruje sa s vírusovým genómom alebo sa vírusová DNA priamo integruje s bakteriálnou DNA. Nové bakteriofágy nesú v sebe bakteriálnu DNA. Keď tieto bakteriofágy infikujú inú baktériu, dochádza k zmiešaniu bakteriálnej DNA. Transdukcia sa môže uskutočniť buď lytickým cyklom alebo lyzogénnym cyklom na základe typu bakteriofága. Preto existujú dva typy transdukcie, a to generalizovaná transdukcia a špecializovaná transdukcia. Kľúčový rozdiel medzi generalizovanou a špecializovanou transdukciou je v tom, že generalizovanú transdukciu vykonávajú virulentné bakteriofágy, v ktorých je bakteriálna bunka lyzovaná, keď sa uvoľňujú nové bakteriofágy, zatiaľ čo špecializovaná transdukcia sa uskutočňuje miernymi bakteriofágmi, v ktorých bakteriálna bunka nie je lyzovaná, a vírusová DNA sa integruje s bakteriálnou DNA a prežíva v profágovom štádiu v rámci baktérie niekoľko generácií.
Čo je generalizovaná transdukcia?
Existujú dva typy bakteriofágov: virulentné a mierne. Virulentný bakteriofág je schopný zabiť hostiteľskú baktériu. Vždy podstupujú lytický životný cyklus, ktorý spôsobuje smrť hostiteľských baktérií. Infekcia baktérie virulentným bakteriofágom a prenos bakteriálnej DNA na inú baktériu počas druhej infekcie je známy ako generalizovaná transdukcia. Zovšeobecnenú transdukciu možno teda definovať ako prenos bakteriálnej DNA z jednej baktérie do inej baktérie virulentným bakteriofágom počas lytického cyklu bakteriofága. K prenosu bakteriálnej DNA dochádza v dôsledku chýb balenia genetického materiálu v nových fágoch. Balenie novoreplikovanej vírusovej DNA do nových fágov vykazuje nízku vernosť. Preto počas balenia genetického materiálu môžu byť malé kúsky bakteriálnej DNA alebo rekombinovaná bakteriálna DNA s vírusovou DNA začlenené do fágov nesprávne. Ak je bakteriálna DNA vložená náhodou do vírusovej kapsidy, druhá infekcia zavedie túto DNA do inej baktérie. Transdukcia medzi dvoma baktériami sa teda úspešne dokončí.
Po infekcii sú virulentné fágy schopné ovládať mašinériu bakteriálnych buniek, aby replikovali svoju vlastnú DNA. Vírus sa tiež stáva schopným degradovať bakteriálny chromozóm na malé kúsky a spôsobuje náhle narušenie bakteriálnej bunkovej steny, aby sa uvoľnili zostavené fágy spôsobujúce bunkovú smrť.
Všeobecný transdukčný proces
Generalizovaná transdukcia je rýchly proces, pri ktorom baktérie zahynú v krátkom časovom období. Bakteriofág je schopný rozbiť bakteriálnu DNA na kúsky, čím zničí bakteriálnu bunku. Kroky zovšeobecnenej transdukcie možno zhrnúť takto.
- Virulentný (lytický) bakteriofág infikuje baktériu.
- Fágový genóm vstupuje do bakteriálnej bunky.
- Vírus riadi bakteriálne metabolické mechanizmy, aby vytvoril svoju vlastnú DNA a ďalšie potrebné zložky a enzýmy.
- Bakteriálna DNA sa hydrolyzuje na malé kúsky.
- Genetický materiál sa zhromažďuje vo vnútri nových fágov. Fragmenty bakteriálnej DNA sa občas nabaľujú do nových fágových kapsid
- Bakteriálna bunka lýzuje a uvoľňuje nové fágy.
- Keď transdukovaný fág infikuje inú baktériu, predchádzajúca bakteriálna DNA sa začlení do novej.
Obrázok 01: Generalizovaný proces transdukcie
Čo je to špecializovaná transdukcia?
Umiernené bakteriofágy vykazujú lyzogénne životné cykly. Sú zapojené do špecializovaného transdukčného procesu, v ktorom je fragment bakteriálnej DNA prenesený z jednej baktérie do druhej v dôsledku chyby. Špecializovanú transdukciu možno teda definovať ako prenos donorovej bakteriálnej DNA na inú baktériu miernymi bakteriofágmi. Keď mierne fágy infikujú baktérie, sú schopné integrovať vírusovú DNA do bakteriálneho chromozómu a zostať v profágovom štádiu niekoľko bakteriálnych generácií bez toho, aby ju uvoľnili z bakteriálneho genómu. Počas replikácie bakteriálneho genómu podlieha vírusová DNA replikácii a vstupuje do nových bakteriálnych buniek a prežíva. Keď sú však profágy indukované určitými faktormi, vírusová DNA sa oddelí od bakteriálneho chromozómu. Niekedy počas tohto odlúčenia sa fragmenty bakteriálnych chromozómov oddelia a zostanú pripojené k profágovej DNA. V dôsledku indukcie potom fágy podstúpia lytický cyklus. Vírusový genóm sa replikuje s pripojenou bakteriálnou DNA a balí sa do nových kapsidov a vytvára nové fágy. Nové fágy uvoľňujú bakteriálnu bunku lýzou. Keď nový fág infikuje inú baktériu, prenesie sa na ňu bakteriálna DNA.
Špecializovaný proces prevodu
Kroky špecializovanej transdukcie možno zhrnúť takto.
- Mierny bakteriofág infikuje baktériu.
- Vírusová DNA sa integruje do bakteriálneho chromozómu a stáva sa profágovým štádiom
- Vírusová DNA zostáva v baktériách niekoľko generácií
- Po spontánnej indukcii vírusová DNA oddelí bakteriálnu chromozomálnu DNA.
- Fragmenty bakteriálnej DNA sa oddeľujú od bakteriálneho chromozómu pomocou vírusovej DNA.
- Vírusová DNA sa replikuje spolu s bakteriálnymi génmi a balí sa do nových kapsidov a vytvára nové fágy.
- Bakteriálna bunka lýzuje a uvoľňuje nové fágy.
- Nové fágy infikujú nové baktérie.
- Bakteriálna DNA sa počas infekcie mieša s novými baktériami.
Obrázok 02: Špecializovaná transdukcia znázornená fágom lambda
Aký je rozdiel medzi generalizovanou a špecializovanou transdukciou?
Generalizovaná verzus špecializovaná transdukcia |
|
| Generalizovanú transdukciu vykonávajú virulentné alebo lytické bakteriofágy. | Špecializovanú transdukciu vykonávajú mierne fágy. |
| Životný cyklus | |
| Generalizovaná transdukcia prechádza lytickým cyklom | Špecializovaná transdukcia prechádza lyzogénnym cyklom. |
| Lýza baktérií | |
| Bakteriálna bunka rýchlo lyzuje. | Bakteriálne bunky nie sú lyzované rýchlo, ale prežívajú niekoľko generácií. |
| Balenie genetického materiálu | |
| Časť bakteriálnej DNA darcu je uzavretá vo vírusovej kapside pri generalizovanej transdukcii | Malé časti bakteriálnej DNA zostávajú pripojené k vírusovej DNA počas oddeľovania od bakteriálneho chromozómu a sú zabalené do nových kapsidov. |
| Integrácia vírusovej DNA | |
| Vírusová DNA nie je integrovaná do bakteriálneho chromozómu. | Bakteriálna a vírusová DNA sa integruje. |
| Hydrolýza bakteriálnej DNA | |
| Bakteriálna DNA sa vírusom hydrolyzuje na kúsky. | Bakteriálna DNA nie je hydrolyzovaná. |
| Výroba Prophage | |
| Počas generalizovanej transdukcie nedochádza k tvorbe profágov. | Profágy sa tvoria počas špecializovanej transdukcie. |
Súhrn – Generalizovaná verzus špecializovaná transdukcia
Transdukcia je proces prenosu bakteriálnej DNA z jednej baktérie do druhej prostredníctvom vírusu. Je to prirodzený proces, ktorý sa deje prostredníctvom lytických alebo lyzogénnych cyklov. Virulentné fágy vykazujú generalizovanú transdukciu. Mierne fágy vykazujú špecializovanú transdukciu. Počas generalizovanej transdukcie vírus ničí bakteriálnu bunku. Pri špecializovanej transdukcii nie sú bakteriálne bunky rýchlo zničené, pokiaľ nedôjde k indukcii. Toto je hlavný rozdiel medzi generalizovanou a špecializovanou transdukciou. Vírusová DNA sa integruje do bakteriálneho chromozómu pri špecializovanej transdukcii a integrácia sa nevyskytuje pri generalizovanej transdukcii.
