Nøgleforskel – Generaliseret vs Specialiseret Transduktion
Transduktion er en mekanisme, der overfører DNA fra en bakterie til en anden bakterie ved hjælp af en bakteriofag. Bakteriofag er en virus, der inficerer og formerer sig i en bakterie. Det er i stand til at binde sig til bakteriens cellevæg og injicere sit DNA til bakterien. Inde i bakterien replikerer vir alt DNA og skaber nødvendige komponenter og enzymer til at lave nye mange bakteriofager. Under denne proces nedbrydes bakterielt DNA i stykker og integreres med vir alt genom, eller vir alt DNA integreres direkte med bakterielt DNA. Nye bakteriofager bærer det bakterielle DNA inde i dem. Når disse bakteriofager inficerer en anden bakterie, sker blanding af bakterielt DNA. Transduktion kan ske enten ved lytisk cyklus eller lysogen cyklus baseret på typen af bakteriofag. Derfor er der to typer transduktion, nemlig generaliseret transduktion og specialiseret transduktion. Den vigtigste forskel mellem generaliseret og specialiseret transduktion er, at generaliseret transduktion udføres af virulente bakteriofager, hvor bakterieceller lyseres, når nye bakteriofager frigives, mens specialiseret transduktion udføres af tempererede bakteriofager, hvor bakterieceller ikke lyseres, og vir alt DNA integreres med bakteriel DNA og overlever i profetstadiet i bakterierne i flere generationer.
Hvad er generaliseret transduktion?
Der er to typer bakteriofager: virulente og tempererede. Virulent bakteriofag er i stand til at dræbe værtsbakterien. De gennemgår altid en lytisk livscyklus, som forårsager værtsbakteriers død. Infektion af en bakterie med en virulent bakteriofag og overførsel af bakterielt DNA til en anden bakterie under den anden infektion er kendt som generaliseret transduktion. Derfor kan generaliseret transduktion defineres som overførsel af bakterielt DNA fra en bakterie til en anden bakterie af en virulent bakteriofag under bakteriofagens lytiske cyklus. Bakteriel DNA-overførsel sker på grund af fejl i genetisk materialepakning i de nye fager. Pakningen af nyligt replikeret vir alt DNA i nye fager viser lav troskab. Derfor kan små stykker af bakterielt DNA eller rekombineret bakterielt DNA med vir alt DNA blive inkluderet i fager forkert under pakningen af det genetiske materiale. Hvis bakterielt DNA ved en tilfældighed indsættes i det virale kapside, introducerer den anden infektion dette DNA i en anden bakterie. Derfor fuldføres transduktionen mellem to bakterier med succes.
Efter infektionen er virulente fager i stand til at kontrollere bakteriecellemaskineri til at replikere sit eget DNA. Virussen bliver også i stand til at nedbryde bakteriel kromosom i små stykker og forårsager pludselig afbrydelse af bakteriel cellevæg til frigivelse af samlede fager, hvilket forårsager celledød.
Generaliseret transduktionsproces
Generaliseret transduktion er en hurtig proces, hvor bakterier dør inden for en kort tidsperiode. Bakteriofag er i stand til at bryde bakterielt DNA i stykker og ødelægge bakteriecellen. Trinene i generaliseret transduktion kan opsummeres som følger.
- En virulent (lytisk) bakteriofag inficerer en bakterie.
- Faggenomet går ind i bakteriecellen.
- Virus styrer de bakterielle metaboliske mekanismer til at lave sit eget DNA og andre nødvendige komponenter og enzymer.
- Bakterie-DNA hydrolyseres i små stykker.
- Genetisk materiale pakker inde i de nye fager. Af og til pakkes bakterielle DNA-fragmenter i nye fagkapsider
- Bakteriecelle lyserer og frigiver de nye fager.
- Når transduceret fag inficerer en anden bakterie, inkorporeres det tidligere bakterielle DNA i en ny.
Figur 01: Generaliseret transduktionsproces
Hvad er Specialized Transduction?
Tempererede bakteriofager viser lysogene livscyklusser. De er involveret i en specialiseret transduktionsproces, hvor et fragment af bakterielt DNA overføres fra en bakterie til en anden bakterie på grund af en fejl. Derfor kan specialiseret transduktion defineres som overførsel af donorbakterie-DNA til en anden bakterie af de tempererede bakteriofager. Når tempererede fager inficerer bakterier, er de i stand til at integrere vir alt DNA i bakterielle kromosomer og forblive i profagstadiet i flere bakteriegenerationer uden at frigive det fra bakteriegenomet. Under den bakterielle genomreplikation er vir alt DNA genstand for replikation og går ind i nye bakterieceller og overlever. Men når profagerne induceres af visse faktorer, løsnes vir alt DNA fra det bakterielle kromosom. Nogle gange under denne løsrivelse løsnes fragmenter af bakterielle kromosomer og forbliver knyttet til profag-DNA. På grund af induktionen gennemgår fager en lytisk cyklus bagefter. Vir alt genom replikerer med vedhæftet bakterielt DNA og pakker inde i nye kapsider og laver nye fager. Nye fager frigiver bakteriecellen ved lysis. Når en ny fag inficerer en anden bakterie, overføres bakterielt DNA til den.
Specialiseret transduktionsproces
Trinnene i specialiseret transduktion kan opsummeres som følger.
- En tempereret bakteriofag inficerer en bakterie.
- Vir alt DNA integreres i bakteriel kromosom og bliver til profetstadiet
- Vir alt DNA forbliver i bakterier i flere generationer
- Ved en spontan induktion løsner vir alt DNA det bakterielle kromosomale DNA.
- Fragmenter af bakterielt DNA løsnes fra det bakterielle kromosom med vir alt DNA.
- Vir alt DNA replikeres sammen med bakterielle gener og pakkes inde i nye kapsider og danner nye fager.
- Bakteriecelle lyserer og frigiver de nye fager.
- Nye fager inficerer nye bakterier.
- Bakterielt DNA blandes med nye bakterier under infektionen.
Figur 02: Specialiseret transduktion vist af lambda-fag
Hvad er forskellen mellem generaliseret og specialiseret transduktion?
Generaliseret vs Specialiseret Transduktion |
|
| Generaliseret transduktion udføres af virulente eller lytiske bakteriofager. | Specialiseret transduktion udføres af tempererede fager. |
| Lifecycle | |
| Generaliseret transduktion gennemgår lytisk cyklus | Specialiseret transduktion gennemgår lysogen cyklus. |
| Lysis of Bacteria | |
| Bakterieceller lyser hurtigt. | Bakterieceller lyseres ikke hurtigt, men overlever i flere generationer. |
| Emballering af genetisk materiale | |
| En del af donorbakterie-DNA'et er indesluttet i vir alt kapsid i generaliseret transduktion | Små dele af bakterielt DNA forbliver knyttet til vir alt DNA under løsrivelsen fra det bakterielle kromosom og pakkes ind i nye kapsider. |
| Integration af vir alt DNA | |
| Vir alt DNA er ikke integreret i det bakterielle kromosom. | Bakterielt og vir alt DNA integreres. |
| Hydrolyse af bakterielt DNA | |
| Bakterie-DNA hydrolyseres i stykker af virussen. | Bakterie-DNA hydrolyseres ikke. |
| Production of Prophage | |
| Der er ingen profetdannelse under generaliseret transduktion. | Profager dannes under specialiseret transduktion. |
Opsummering – Generaliseret vs Specialiseret Transduktion
Transduktion er processen med at overføre bakterielt DNA fra en bakterie til en anden med en virus. Det er en naturlig proces, der sker gennem lytiske eller lysogene cyklusser. Virulente fager viser generaliseret transduktion. Tempererede fager viser specialiseret transduktion. Under generaliseret transduktion ødelægger virussen bakteriecellen. Ved specialiseret transduktion ødelægges bakterieceller ikke hurtigt, medmindre der er en induktion. Dette er hovedforskellen mellem generaliseret og specialiseret transduktion. Vir alt DNA integreres i det bakterielle kromosom ved specialiseret transduktion, og integration sker ikke ved generaliseret transduktion.
