Βασική διαφορά – Γενικευμένη έναντι Εξειδικευμένης μεταγωγής
Η μεταγωγή είναι ένας μηχανισμός που μεταφέρει DNA από ένα βακτήριο σε ένα άλλο βακτήριο μέσω ενός βακτηριοφάγου. Ο βακτηριοφάγος είναι ένας ιός που μολύνει και πολλαπλασιάζεται μέσα σε ένα βακτήριο. Είναι ικανό να προσκολλάται στο βακτηριακό κυτταρικό τοίχωμα και να εγχέει το DNA του στο βακτήριο. Μέσα στο βακτήριο, το DNA του ιού αντιγράφεται και δημιουργεί τα απαραίτητα συστατικά και ένζυμα για την παραγωγή νέων πολλών βακτηριοφάγων. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, το βακτηριακό DNA αποικοδομείται σε κομμάτια και ενσωματώνεται με το γονιδίωμα του ιού ή το DNA του ιού ενσωματώνεται απευθείας με το βακτηριακό DNA. Οι νέοι βακτηριοφάγοι φέρουν το βακτηριακό DNA μέσα τους. Όταν αυτοί οι βακτηριοφάγοι μολύνουν άλλα βακτήρια, συμβαίνει ανάμιξη του βακτηριακού DNA. Η μεταγωγή μπορεί να συμβεί είτε με λυτικό κύκλο είτε με λυσογόνο κύκλο με βάση τον τύπο του βακτηριοφάγου. Ως εκ τούτου, υπάρχουν δύο τύποι μεταγωγής, δηλαδή η γενικευμένη μεταγωγή και η εξειδικευμένη μεταγωγή. Η βασική διαφορά μεταξύ γενικευμένης και εξειδικευμένης μεταγωγής είναι ότι η γενικευμένη μεταγωγή γίνεται από λοιμογόνους βακτηριοφάγους στους οποίους το βακτηριακό κύτταρο λύεται όταν απελευθερώνονται νέοι βακτηριοφάγοι, ενώ η εξειδικευμένη μεταγωγή γίνεται από εύκρατους βακτηριοφάγους στους οποίους το βακτηριακό κύτταρο δεν λύεται και το ιικό DNA ενσωματώνεται με το βακτηριακό DNA και επιβιώνει στο στάδιο προφάγου μέσα στα βακτήρια για αρκετές γενιές.
Τι είναι η γενικευμένη μεταγωγή;
Υπάρχουν δύο τύποι βακτηριοφάγων: λοιμογόνοι και εύκρατοι. Ο παθογόνος βακτηριοφάγος είναι ικανός να σκοτώσει το βακτήριο-ξενιστή. Πάντα υφίστανται λυτικό κύκλο ζωής που προκαλεί το θάνατο των βακτηρίων ξενιστή. Η μόλυνση ενός βακτηρίου από έναν παθογόνο βακτηριοφάγο και η μεταφορά βακτηριακού DNA σε άλλο βακτήριο κατά τη διάρκεια της δεύτερης μόλυνσης είναι γνωστή ως γενικευμένη μεταγωγή. Ως εκ τούτου, η γενικευμένη μεταγωγή μπορεί να οριστεί ως η μεταφορά βακτηριακού DNA από ένα βακτήριο σε ένα άλλο βακτήριο από έναν παθογόνο βακτηριοφάγο κατά τη διάρκεια του λυτικού κύκλου του βακτηριοφάγου. Η μεταφορά βακτηριακού DNA συμβαίνει λόγω σφαλμάτων στη συσκευασία γενετικού υλικού στους νέους φάγους. Η συσκευασία του πρόσφατα αντιγραφόμενου ιικού DNA σε νέους φάγους δείχνει χαμηλή πιστότητα. Ως εκ τούτου, κατά τη διάρκεια της συσκευασίας γενετικού υλικού, μικρά κομμάτια βακτηριακού DNA ή ανασυνδυασμένου βακτηριακού DNA με ιικό DNA μπορούν να συμπεριληφθούν λανθασμένα στους φάγους. Εάν το βακτηριακό DNA εισαχθεί στο εσωτερικό του ιικού καψιδίου κατά τύχη, η δεύτερη μόλυνση εισάγει αυτό το DNA σε ένα άλλο βακτήριο. Ως εκ τούτου, η μεταγωγή ολοκληρώνεται με επιτυχία μεταξύ δύο βακτηρίων.
Μετά τη μόλυνση, οι λοιμογόνοι φάγοι είναι ικανοί να ελέγχουν τον μηχανισμό των βακτηριακών κυττάρων για να αναπαράγουν το δικό τους DNA. Ο ιός καθίσταται επίσης ικανός να αποικοδομεί το βακτηριακό χρωμόσωμα σε μικρά κομμάτια και προκαλεί ξαφνική διάρρηξη του βακτηριακού κυτταρικού τοιχώματος για την απελευθέρωση συγκεντρωμένων φάγων που προκαλεί κυτταρικό θάνατο.
Διαδικασία γενικευμένης μεταγωγής
Η γενικευμένη μεταγωγή είναι μια γρήγορη διαδικασία κατά την οποία τα βακτήρια πεθαίνουν μέσα σε σύντομο χρονικό διάστημα. Ο βακτηριοφάγος είναι ικανός να σπάσει το βακτηριακό DNA σε κομμάτια, καταστρέφοντας το βακτηριακό κύτταρο. Τα βήματα της γενικευμένης μεταγωγής μπορούν να συνοψιστούν ως εξής.
- Ένας παθογόνος (λυτικός) βακτηριοφάγος μολύνει ένα βακτήριο.
- Το γονιδίωμα του φάγου εισέρχεται στο βακτηριακό κύτταρο.
- Ο ιός διέπει τους βακτηριακούς μεταβολικούς μηχανισμούς για να δημιουργήσει το δικό του DNA και άλλα απαραίτητα συστατικά και ένζυμα.
- Το βακτηριακό DNA υδρολύεται σε μικρά κομμάτια.
- Πακέτα γενετικού υλικού μέσα στους νέους φάγους. Περιστασιακά θραύσματα βακτηριακού DNA συσσωρεύονται σε νέα καψίδια φάγων
- Τα βακτηριακά κύτταρα λύουν και απελευθερώνουν τους νέους φάγους.
- Όταν ο μεταγωγής φάγος μολύνει ένα άλλο βακτήριο, το προηγούμενο βακτηριακό DNA ενσωματώνεται σε ένα νέο.
Εικόνα 01: Γενικευμένη διαδικασία μεταγωγής
Τι είναι η εξειδικευμένη μεταγωγή;
Οι εύκρατες βακτηριοφάγοι εμφανίζουν λυσογόνους κύκλους ζωής. Εμπλέκονται με εξειδικευμένη διαδικασία μεταγωγής κατά την οποία ένα θραύσμα βακτηριακού DNA μεταφέρεται από ένα βακτήριο σε ένα άλλο βακτήριο λόγω σφάλματος. Ως εκ τούτου, η εξειδικευμένη μεταγωγή μπορεί να οριστεί ως η μεταφορά βακτηριακού DNA δότη σε άλλο βακτήριο από τους εύκρατους βακτηριοφάγους. Όταν οι εύκρατοι φάγοι μολύνουν βακτήρια, είναι σε θέση να ενσωματώσουν το ιικό DNA στο βακτηριακό χρωμόσωμα και να παραμείνουν στο στάδιο του προφάγου για αρκετές γενιές βακτηρίων χωρίς να το απελευθερώσουν από το βακτηριακό γονιδίωμα. Κατά τη διάρκεια της αντιγραφής του βακτηριακού γονιδιώματος, το ιικό DNA υπόκειται σε αντιγραφή και εισέρχεται σε νέα βακτηριακά κύτταρα και επιβιώνει. Ωστόσο, όταν οι προφάγοι επάγονται από ορισμένους παράγοντες, το DNA του ιού αποσπάται από το βακτηριακό χρωμόσωμα. Μερικές φορές κατά τη διάρκεια αυτής της αποκόλλησης, θραύσματα βακτηριακών χρωμοσωμάτων αποκολλώνται και παραμένουν προσκολλημένα στο DNA του προφάγου. Λόγω της επαγωγής, οι φάγοι υποβάλλονται σε λυτικό κύκλο στη συνέχεια. Το γονιδίωμα του ιού αντιγράφεται με συνδεδεμένο βακτηριακό DNA και συσκευάζεται μέσα σε νέα καψίδια και δημιουργεί νέους φάγους. Νέοι φάγοι απελευθερώνουν το βακτηριακό κύτταρο με λύση. Όταν ένας νέος φάγος μολύνει ένα άλλο βακτήριο, το βακτηριακό DNA μεταφέρεται σε αυτό.
Εξειδικευμένη διαδικασία μεταγωγής
Τα βήματα της εξειδικευμένης μεταγωγής μπορούν να συνοψιστούν ως εξής.
- Ένας εύκρατος βακτηριοφάγος μολύνει ένα βακτήριο.
- Το DNA του ιού ενσωματώνεται στο βακτηριακό χρωμόσωμα και γίνεται το στάδιο προφάγου
- Το DNA του ιού παραμένει μέσα στα βακτήρια για αρκετές γενιές
- Με μια αυθόρμητη επαγωγή, το ιικό DNA αποσπά το βακτηριακό χρωμοσωμικό DNA.
- Θραύσματα βακτηριακού DNA αποσπώνται από το βακτηριακό χρωμόσωμα με ιικό DNA.
- Το DNA του ιού αντιγράφεται μαζί με βακτηριακά γονίδια και συσκευάζεται μέσα σε νέα καψίδια και δημιουργεί νέους φάγους.
- Τα βακτηριακά κύτταρα λύουν και απελευθερώνουν τους νέους φάγους.
- Νέοι φάγοι μολύνουν νέα βακτήρια.
- Το βακτηριακό DNA αναμιγνύεται με νέα βακτήρια κατά τη διάρκεια της μόλυνσης.
Εικόνα 02: Εξειδικευμένη μεταγωγή που φαίνεται από λάμδα φάγο
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ Γενικευμένης και Εξειδικευμένης Μεταφοράς;
Γενική έναντι Εξειδικευμένης Μεταφοράς |
|
| Γενικευμένη μεταγωγή γίνεται από λοιμογόνους ή λυτικούς βακτηριοφάγους. | Ειδική μεταγωγή γίνεται από εύκρατους φάγους. |
| Κύκλος ζωής | |
| Η γενικευμένη μεταγωγή υφίσταται λυτικό κύκλο | Η εξειδικευμένη μεταγωγή υφίσταται λυσογόνο κύκλο. |
| Λύση βακτηρίων | |
| Τα βακτηριακά κύτταρα λύονται γρήγορα. | Τα βακτηριακά κύτταρα δεν λύονται γρήγορα, αλλά επιβιώνουν για αρκετές γενιές. |
| Συσκευασία γενετικού υλικού | |
| Ένα μέρος του βακτηριακού DNA του δότη περικλείεται εντός του ιικού καψιδίου σε γενικευμένη μεταγωγή | Μικρά μέρη του βακτηριακού DNA παραμένουν προσκολλημένα στο DNA του ιού κατά την αποκόλληση από το βακτηριακό χρωμόσωμα και συσκευάζονται σε νέα καψίδια. |
| Ενσωμάτωση του DNA του ιού | |
| Το DNA του ιού δεν είναι ενσωματωμένο στο βακτηριακό χρωμόσωμα. | Βακτηριακό και ιικό DNA ενσωματώνεται. |
| Υδρόλυση Βακτηριακού DNA | |
| Το βακτηριακό DNA υδρολύεται σε κομμάτια από τον ιό. | Το βακτηριακό DNA δεν υδρολύεται. |
| Παραγωγή Προφάγου | |
| Δεν υπάρχει σχηματισμός προφήτη κατά τη γενικευμένη μεταγωγή. | Οι προφάγοι σχηματίζονται κατά τη διάρκεια εξειδικευμένης μεταγωγής. |
Σύνοψη – Γενικευμένη έναντι Εξειδικευμένης Μεταφοράς
Μεταγωγή είναι η διαδικασία μεταφοράς βακτηριακού DNA από ένα βακτήριο σε άλλο από έναν ιό. Είναι μια φυσική διαδικασία που συμβαίνει μέσω λυτικών ή λυσογονικών κύκλων. Οι λοιμώδεις φάγοι εμφανίζουν γενικευμένη μεταγωγή. Οι εύκρατοι φάγοι δείχνουν εξειδικευμένη μεταγωγή. Κατά τη γενικευμένη μεταγωγή, ο ιός καταστρέφει το βακτηριακό κύτταρο. Στην εξειδικευμένη μεταγωγή, τα βακτηριακά κύτταρα δεν καταστρέφονται γρήγορα εκτός εάν υπάρξει επαγωγή. Αυτή είναι η κύρια διαφορά μεταξύ γενικευμένης και εξειδικευμένης μεταγωγής. Το DNA του ιού ενσωματώνεται στο βακτηριακό χρωμόσωμα σε εξειδικευμένη μεταγωγή και η ενσωμάτωση δεν συμβαίνει στη γενικευμένη μεταγωγή.
