细菌转导

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细菌转导

2023-12-30 00:01| 来源: 网络整理| 查看: 265

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病毒在转导中发挥作用。 它是自然界中 HGT 的常见模式。 事实上,有证据表明,海洋病毒从一种宿主转移的基因数量 细胞 对另一个人来说是巨大的(每年大约 1024 个)。 此外,海洋环境和温泉中的病毒在这三种生物之间转移基因 生活领域。 回想一下第 6 章,病毒颗粒在结构上是基本的,通常由被核酸包围的核酸基因组组成。 蛋白质 外衣称为衣壳。 病毒无法自我复制。 相反,它们感染并控制宿主细胞,迫使其产生大量病毒副本。 感染微生物的病毒称为噬菌体或噬菌体。 剧毒噬菌体一进入,就会在其细菌宿主内繁殖。

一旦子代噬菌体颗粒的数量达到一定阈值,它们就会导致宿主裂解,以便它们可以被释放并感染新的宿主细胞。 因此,这个过程被称为 裂解循环。 相反,温带噬菌体不会立即杀死宿主。 相反,噬菌体与其宿主形成一种称为溶原性的关系。 已被溶原化的细菌称为溶原菌。 许多温带噬菌体通过将其基因组插入细菌染色体来诱导溶源。 原噬菌体是已沉积的病毒基因组。

这不会损害宿主细菌,并且噬菌体基因组会与宿主细胞的基因组一起复制。 温带噬菌体在宿主体内的不活动可以持续许多代。 在特定条件下,包括紫外线照射,它们可以被诱导转变为裂解周期。 然后将原噬菌体从细菌基因组中移除,裂解循环继续进行。 通过病毒颗粒转移细菌或古细菌基因称为转导。 由于病毒生命周期中发生的错误,必须了解宿主基因被包装在病毒颗粒中。 病毒体将这些基因转运到新细胞。 已经描述了两种类型的转导:普遍的和专门的。

Ezoic细菌转导定义——什么是转导?转导是指通过噬菌体在两种细菌之间转移部分 DNA。转导由病毒介导。在病毒在细胞中复制的过程中,一小段细菌 DNA 被整合到噬菌体中。 然后在感染时将该 DNA 转移到受体细菌中。Ezoic通过已知的溶原转化过程,来自受体的噬菌体 DNA 细菌细胞 被整合到细胞 DNA 中。溶原性转化赋予了新的特性 细菌细胞. 例如,非致病性细菌可能通过溶原性转化成为致病性细菌。噬菌体可以通过转导编码来自一种细菌的白喉、肉毒杆菌、霍乱和红细胞毒素。Ezoic细菌感染病毒的简称 噬菌体 (或 噬菌体).有毒的噬菌体一进入它们的细菌宿主就会繁殖。 后代噬菌体颗粒达到一定数量后,它们会导致宿主细胞裂解。 这允许它们被释放并感染其他宿主细胞。 这个过程被称为“裂解周期”。然而,温带噬菌体不会立即杀死宿主。 相反,宿主与噬菌体建立了一种称为溶原性的关系。 溶原化细菌也称为溶原菌。Ezoic许多温带噬菌体物种通过将它们的基因组插入细菌中来建立溶源性 染色体. 噬菌体是插入宿主细菌的病毒基因组。 这对宿主细菌无害,噬菌体基因与宿主细胞的基因组一起复制。温带噬菌体可能在它们的宿主中保持几代不活跃。 在某些条件下,例如紫外线辐射,它们可以切换到裂解周期。 一旦发生这种情况,细菌基因组中的前噬菌体就会被移除,裂解周期就会继续进行。细菌转导原理

在转导过程中,细菌供体的 DNA 在裂解或溶原循环期间被同化到噬菌体中。 新形成的噬菌体随后从细菌细胞中释放并感染宿主细菌细胞。 噬菌体附着在特定的 接收器 细菌细胞表面上的DNA,并将其含有供体DNA的DNA引入宿主细胞的细胞质中。 DNA 可以整合到细菌基因组中,作为细菌复制 质粒 在细胞质中,或立即复制以产生噬菌体后代,具体取决于噬菌体的类型。

Ezoic细菌转导步骤和分类/类型

存在两种类型的转导:

广义转导。专门的转导。EzoicA. 广义转导转移——任何供体基因一般而言,广义转导发生在强毒噬菌体的裂解周期中,但也可发生在温和噬菌体的裂解周期中。当病毒控制其宿主时,细菌基因组的任何部分在部分降解后都可以传播。在组装阶段,病毒基因组使用“有头机制”进行包装; 也就是说,只有特定大小(即核苷酸数量)的基因组才会被打包。 与噬菌体基因组大小大致相同的宿主基因组片段在广义转导过程中被错误包装。Ezoic这种类型的噬菌体被称为广义转导颗粒,因为一旦释放,它就会遇到易感的宿主细胞,并将它所输送的细菌 DNA 转移到该细胞中。 由于不存在病毒基因,这不会启动裂解周期。与转化一样,DNA 片段必须整合到受体细胞的染色体中以保存转移的基因。 在转移过程中,DNA 保持双链,并且两条链都被整合到受体的染色体中。XNUMX% 到 XNUMX% 的转移 DNA 没有整合,但通常可以保持完整并被表达。 流产的转导子是具有非整合的转导 DNA 的细菌,因此是部分二倍体。广义转导的步骤噬菌体首先感染噬菌体宿主细胞(供体细胞),在此期间噬菌体DNA穿透细菌的细胞质。在病毒复制的裂解周期中,噬菌体 DNA 和细菌染色体都分裂成更小的片段。在细菌裂解后,一部分细菌染色体被并入其中一个病毒衣壳中。细菌染色体的转导阶段现在感染第二种细菌(受体细菌),供体 DNA 进入第二种细菌的细胞质。在宿主重组酶 recA 存在的情况下,供体 DNA 与受体的同源 DNA 重组,产生稳定的转导子。广义转导的步骤广义转导步骤——细菌转导图 | 图片来源: 乔安妮·威利(作者)、琳达·舍伍德(作者)、克里斯托弗·J·伍尔弗顿(作者)的普雷斯科特微生物学

注意:重组细菌具有与受体不同的基因型(his+ lys-) 细菌细胞 (他-赖氨酸-)。

Ezoic广义转导的类型 

广义转导可能是完整的或失败的:

完全转导完全转导的特点是产生稳定的重组体,这些重组体继承供体基因并保留表达它们的能力。失败的转导 流产转导是指一个或多个供体基因的瞬时表达而没有形成重组材料。供体 DNA 片段在无效转录中不可复制,并且只有一种细菌在后代中具有供体 DNA 片段。每一代细菌增殖后,供体基因产物在其他后代中逐渐稀释,直至供体 型 不再表达。选择性培养基 允许流产的转导子产生小的菌落,可以很容易地将其与稳定的转导子区分开来。流产传输的频率通常比一般转录高一到两倍。 这表明被广义噬菌体感染的细胞不能产生重组基因。B. 专门的转导转移——特定的供体基因在专门的转导中,转导颗粒仅携带细菌基因组的特定部分。 将基因组插入宿主染色体上特定位点的温带噬菌体溶源性生命周期中的缺陷使专门的转导成为可能。当原噬菌体被诱导离开其宿主染色体时,偶尔会错误地进行切除。 与 F' 质粒的情况类似,由此产生的噬菌体基因组包含与整合位点相邻的细菌染色体的 5% 到 10%。然而,转导颗粒是有缺陷的,因为它缺乏病毒基因,因此不能独立繁殖。 尽管如此,它还是将剩余的病毒基因组以及它输送到另一种细菌中的任何细菌基因注入其中。在合适的条件下,细菌基因组可能会永久整合。 大肠杆菌噬菌体 lambda 是专门转导研究最彻底的例子。在称为附着点或 att 位点的特定位置,λ 基因组整合到宿主染色体中。 噬菌体att位点和细菌att位点具有可比性,可以形成复合物。lambda 的 att 位点位于大肠杆菌染色体上的 gal 和 bio 基因之间; 因此,当 lambda 错误地切除以生成专门的转导粒子时,这些细菌基因经常出现。由溶原化大肠杆菌细胞群诱导产生的细胞裂解产物(裂解物)含有正常噬菌体和一些有缺陷的转导颗粒。温带噬菌体的专门转导。温带噬菌体的专门转导。 | 图片来源: 乔安妮·威利(作者)、琳达·舍伍德(作者)、克里斯托弗·J·伍尔弗顿(作者)的普雷斯科特微生物学专门转导的例子大肠杆菌噬菌体细菌 lambda 是研究最充分的专门转导示例。lambda 基因插入宿主染色体的特定位置,称为附着点或 att 点。细菌和噬菌体的att位点非常相似,可以相互作用。lambda 的 att 位点位于大肠杆菌染色体上的 bio 和 gal 基因之间。 这意味着当 lambda 错误地切除时,这些细菌遗传学最常见。由大量溶原化大肠杆菌细胞诱导产生的细胞裂解产物(裂解物)含有正常噬菌体以及一些有缺陷的转导颗粒。如果这些粒子具有半乳糖使用基因,则称为 lambda gal,如果它们具有来自 att 另一侧的 bio,则称为 lambda bi。λ噬菌体和大肠杆菌的转导机制。

在 gal 和 bio 基因之间整合了 lambda 噬菌体。 如果它正常激发(左上),那么新的噬菌体不包含细菌基因并且是完整的。 极少数情况下,切除是不对称的(顶部中心),这意味着 gal 基因或 bio 基因被吸收,一些噬菌体遗传学丢失。 gal 基因是该规则的唯一例外。 一种有缺陷的噬菌体被创造出来,它携带细菌遗传学,可以将它们转移到新的接受者身上。

λ噬菌体和大肠杆菌的转导机制。λ噬菌体和大肠杆菌的转导机制。 – 细菌转导图专业转导的步骤在溶原循环期间,噬菌体 DNA 在供体细菌被噬菌体感染后整合到细菌染色体中。由于噬菌体 DNA 的不精确切割,一部分细菌染色体也被移除。含有部分细菌染色体的噬菌体随后感染新宿主,在溶源性复制循环中,供体 DNA 被整合到受体细菌中。然后接受者展示新获得的遗传特征。专业转导的步骤专业转导的步骤广义转导与专业转导之间的差异专业转导广义转导DNA来源与噬菌体相邻的特定区域来自细菌基因组的随机片段频率低相对较高传输机制用附近的 DNA 切除原噬菌体噬菌体组装过程中的错误包装传输范围限于特定基因或位点细菌基因组的任何片段收件人特异性与共享位点密切相关的菌株不太具体,在不同菌株之间基因作图用于精确的基因作图不太适合精确绘图研究广义转导与专业转导之间的差异广义转导与专业转导之间的差异 | 图片来源:Momodou Bah,CC BY-SA 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0,通过Wikimedia Commons转导与转染之间的差异转导转染机制由噬菌体介导通过人工方法介导(例如,脂质体、电穿孔)遗传材料细菌 DNA 转移到另一种细菌转移到真核细胞的外源 DNA(例如,质粒、siRNA)主机范围细菌细胞真核细胞研究方法噬菌体感染将外源 DNA 引入细胞自然过程是没有交付效率更高效变量,取决于使用的方法基因改造可以转移特定的 DNA 片段或基因可以引入特定基因或进行操纵 基因表达应用领域遗传图谱,细菌基因转移基因表达研究、基因治疗、细胞系生成、功能研究转导与转化之间的差异转导转型机制由噬菌体介导受体细胞摄取外源DNA遗传材料细菌 DNA 转移到另一种细菌受体细胞摄取的外源 DNA(例如质粒)研究方法噬菌体感染通过物理或化学方法摄取 DNA自然过程是没有主机范围细菌细胞细菌, 酵母、植物和动物细胞DNA来源供体菌外部 DNA 来源(例如,质粒)基因改造可以转移特定的 DNA 片段或基因可以引入特定基因或操纵基因表达效率可以在低频率下发生取决于受体细胞和方法应用领域遗传图谱,细菌基因转移基因工程、转基因生物的创建、基因表达研究转导与共轭之间的差异转导共轭机制由噬菌体介导通过接合质粒直接进行细胞间接触遗传材料细菌 DNA 转移到另一种细菌质粒 DNA 在细菌之间的转移传输机制DNA被包装在噬菌体中并输送到受体细胞质粒 DNA 通过接合桥转移自然过程是是主机范围细菌细胞细菌细胞DNA来源供体菌携带接合质粒的供体细菌DNA 转移类型随机 DNA 片段的转移整个质粒的转移基因改造可以转移特定的 DNA 片段或基因可以转移整个质粒和相关基因转移效率与共轭相比效率较低有效地在细菌之间转移质粒选择性可以将 DNA 转移到各种细菌菌株中可以根据相容性对特定细菌菌株进行选择性应用领域遗传图谱,细菌基因转移水平基因转移,抗生素耐药性的传播,基因工程转导与传输之间的差异转导传输定义噬菌体介导的DNA转移过程疾病或病原体从一个宿主传播到另一个宿主的过程生物学背景存在于细菌中存在于各种生物体中(例如,动物、植物、人类)遗传材料细菌 DNA 片段的转移病原体 DNA 或整个传染原的转移机制由噬菌体介导由各种模式介导(例如,直接接触、呼吸飞沫、载体)换乘路线在细菌种群内主机或个人之间主机范围细菌细胞取决于特定疾病或病原体的各种生物自然可以自然发生或在实验室环境中发生传染病的自然发生项目范例细菌种群的转导传染病中病毒、细菌、寄生虫等的传播影响因素细菌噬菌体-宿主相互作用,感染频率传播方式、环境因素、宿主易感性控制措施了解和操纵噬菌体在细菌种群中的相互作用公共卫生干预、疫苗接种、病媒控制、卫生习惯转导示例

转导的一个例子是细菌之间抗生素抗性基因的转移。 让我们考虑这样一种情况:供体细菌携带编码抗生素抗性的质粒,而受体细菌对特定抗生素敏感。

在环境中,噬菌体(转导噬菌体)感染含有抗生素抗性质粒的供体细菌。在组装新的噬菌体颗粒的过程中,一些细菌 DNA 片段(包括抗生素抗性基因)被错误地包装到噬菌体衣壳中。供体细菌裂解或经历裂解循环,释放携带细菌 DNA 片段的噬菌体颗粒。现在携带抗生素抗性基因的噬菌体颗粒与同一物种的受体细菌接触。噬菌体附着在受体细菌的表面,并将其遗传物质(包括抗生素抗性基因)注入受体的细胞质中。转移的抗生素抗性基因整合到受体细菌的基因组中,赋予对抗生素的抗性。现在携带抗生素抗性基因的受体细菌可以增殖并通过随后的细胞分裂将抗性特征传递给其后代。

这个例子说明了转导如何促进遗传物质(例如抗生素抗性基因)在细菌之间的转移,从而促进抗生素抗性在细菌种群中的传播。

转导的应用

转导在分子生物学和生物技术中有广泛和专业的广泛应用。 以下是一些突出的转导应用:

基因作图: 转导可用于遗传作图,这是建立染色体上基因相对位置的过程。 研究人员可以通过分析转导事件的频率来推断遗传标记之间的顺序和距离,从而提供对细菌基因组组织的重要见解。基因转移和基因工程: 在细菌中,转导可用于基因转移和基因工程。 可以使用转导噬菌体将感兴趣的特定基因引入受体细菌,从而实现所需特征的转移或基因功能的研究。 当使用其他方法难以转化的细菌(例如某些缺乏固有能力的菌株)时,这种技术非常有用。基因治疗:转导有可能用于基因治疗,这是一门旨在通过将功能基因输送到靶细胞中来纠正遗传问题的科学。 研究人员正在研究使用病毒载体(例如噬菌体)通过转导过程将治疗基因传递到特定细胞或组织中。 这种方法有望治疗多种遗传性疾病。抗生素耐药性研究: 转导对于了解抗生素抗性基因在细菌中的分布至关重要。 耐药基因可以通过转导从抗生素耐药细菌转移到易感菌株,使研究人员能够研究耐药性获得的机制以及微生物群落中耐药性传播的动态。细菌进化和水平基因转移: 转导是通过水平基因转移促进细菌进化的重要机制。 它能够在细菌物种或菌株之间转移遗传物质,包括优势特征。 了解转导途径有助于研究细菌病原体进化、毒力因子获得和抗生素耐药性发展。噬菌体疗法: 转导在噬菌体疗法中很重要,噬菌体疗法使用噬菌体来对抗细菌性疾病。 利用噬菌体的天然转导能力,可以将提供抗菌特性的特定基因或遗传成分转移到病原菌中,从而有可能提高噬菌体杀死目标病原体的功效。

这些应用展示了转导如何用于各种领域,从基因研究和工程到医学干预和研究细菌种群的动态。

常见问题解答 什么是细菌转导?

转导是病毒将遗传物质从一种细菌转移到另一种细菌的过程。 称为噬菌体的病毒能够感染细菌细胞,并将它们用作宿主来制造更多病毒。

当一种叫做 ----

噬菌体是:感染细菌的病毒。

转导与细菌中其他遗传转移模式有何不同?

转导不同于结合和转化等其他遗传转移模式,因为它涉及由噬菌体介导的 DNA 转移。

转导的类型有哪些?

有两种类型的转导:广义转导和特化转导。 广义转导涉及任何细菌 DNA 的随机转移,而专门转导涉及与整合原噬菌体相邻的特定 DNA 序列的转移。

噬菌体在转导中的作用是什么?

噬菌体在转导过程中充当细菌 DNA 转移的载体。 它们感染细菌细胞,获取细菌 DNA 片段,然后将此 DNA 传递给受体细菌。

广义转导是如何发生的?

在广义转导中,在噬菌体复制的裂解周期中,随机细菌 DNA 片段被错误地包装到新形成的噬菌体颗粒中。 这些噬菌体颗粒然后感染其他细菌,转移细菌 DNA。

专门的转导是如何发生的?

当前噬菌体(整合的噬菌体基因组)从细菌染色体上切除但同时携带相邻的细菌 DNA 时,就会发生专门的转导。 这种被切除的前噬菌体现在含有细菌 DNA,它会感染其他细菌并转移特定的 DNA 序列。

转导在细菌进化中的意义是什么?

转导通过促进细菌菌株或物种之间遗传物质(包括有益性状和抗生素抗性基因)的转移,在细菌进化中起着至关重要的作用。

转导能否转移特定基因或遗传标记?

是的,根据转导的类型,转导可以转移特定的基因或遗传标记。 专门的转导可以将特定的 DNA 序列转移到整合的前噬菌体附近,而广义转导可以转移随机的 DNA 片段。

转导与水平基因转移有何不同?

转导是水平基因转移的一种机制,是指遗传物质在同一代生物体之间的转移。 转导特别涉及通过噬菌体转移细菌 DNA。

转导在研究和生物技术中有哪些应用?

转导在基因研究中有多种应用,包括基因作图、基因转移和抗生素耐药性研究。 它还在生物技术中用于基因工程、基因治疗和转基因生物的创建。

参考资料https://en.wikipedia.org/wiki/Transduction_(genetics)https://www.nature.com/scitable/definition/transduction-prokaryotes-292/https://www.britannica.com/science/transduction-microbiologyhttps://study.com/academy/lesson/bacterial-transduction-definition-process-advantages.htmlhttps://www.khanacademy.org/science/ap-biology/gene-expression-and-regulation/mutations-ap/a/genetic-variation-in-prokaryoteshttps://www.slideshare.net/8988337117/vikas-pathaniahttps://www.vedantu.com/biology/transduction-microbiologyhttps://www.bioexplorer.net/bacterial-transduction.html/https://blog.addgene.org/plasmids-101-transformation-transduction-bacterial-conjugation-and-transfection


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