Ключова разлика – генерализирана срещу специализирана трансдукция
Трансдукцията е механизъм, който прехвърля ДНК от една бактерия към друга бактерия от бактериофаг. Бактериофагът е вирус, който заразява и се репликира в бактерия. Той е в състояние да се прикрепи към бактериалната клетъчна стена и да инжектира своята ДНК в бактерията. Вътре в бактерията вирусната ДНК се репликира и създава необходимите компоненти и ензими, за да създаде много нови бактериофаги. По време на този процес бактериалната ДНК се разгражда на парчета и се интегрира с вирусния геном или вирусната ДНК директно се интегрира с бактериалната ДНК. Новите бактериофаги носят бактериалната ДНК в себе си. Когато тези бактериофаги заразят друга бактерия, се получава смесване на бактериална ДНК. Трансдукцията може да се случи или чрез литичен цикъл, или чрез лизогенен цикъл, в зависимост от вида на бактериофага. Следователно има два вида трансдукция, а именно генерализирана трансдукция и специализирана трансдукция. Ключовата разлика между генерализираната и специализираната трансдукция е, че генерализираната трансдукция се извършва от вирулентни бактериофаги, в които бактериалната клетка се лизира, когато се освобождават нови бактериофаги, докато специализираната трансдукция се извършва от умерени бактериофаги, в които бактериалната клетка не се лизира, а вирусната ДНК се интегрира с бактериалната ДНК и оцелява в етап профаг в бактериите в продължение на няколко поколения.
Какво е генерализирана трансдукция?
Има два вида бактериофаги: вирулентни и умерени. Вирулентният бактериофаг е способен да убива бактерията гостоприемник. Те винаги преминават през литичен жизнен цикъл, който причинява смъртта на бактериите гостоприемници. Инфекцията на бактерия от вирулентен бактериофаг и прехвърлянето на бактериална ДНК към друга бактерия по време на втората инфекция е известно като генерализирана трансдукция. Следователно, генерализираната трансдукция може да се дефинира като трансфер на бактериална ДНК от една бактерия към друга бактерия от вирулентен бактериофаг по време на литичния цикъл на бактериофага. Трансферът на бактериална ДНК се случва поради грешки в опаковането на генетичния материал в новите фаги. Опаковането на новорепликираната вирусна ДНК в нови фаги показва ниска точност. Следователно, по време на опаковането на генетичния материал, малки части от бактериална ДНК или рекомбинирана бактериална ДНК с вирусна ДНК могат да бъдат включени във фагите погрешно. Ако бактериалната ДНК се вмъкне случайно във вирусния капсид, втората инфекция въвежда тази ДНК в друга бактерия. Следователно трансдукцията завършва успешно между две бактерии.
След инфекцията вирулентните фаги са способни да контролират механизмите на бактериалните клетки, за да репликират собствената си ДНК. Вирусът също става способен да разгражда бактериалната хромозома на малки парчета и причинява внезапно разрушаване на бактериалната клетъчна стена за освобождаване на сглобени фаги, причиняващи клетъчна смърт.
Обобщен процес на трансдукция
Генерализираната трансдукция е бърз процес, при който бактериите умират за кратък период от време. Бактериофагът е способен да разбива бактериалната ДНК на парчета, унищожавайки бактериалната клетка. Стъпките на генерализираната трансдукция могат да бъдат обобщени, както следва.
- Вирулентен (литичен) бактериофаг инфектира бактерия.
- Геномът на фага навлиза в бактериалната клетка.
- Вирусът управлява бактериалните метаболитни механизми, за да произвежда своя собствена ДНК и други необходими компоненти и ензими.
- Бактериалната ДНК се хидролизира на малки парченца.
- Генетичният материал се пакетира в новите фаги. Понякога бактериални ДНК фрагменти се пакетират в нови фагови капсиди
- Бактериалната клетка лизира и освобождава новите фаги.
- Когато трансдуциран фаг инфектира друга бактерия, предишната бактериална ДНК се включва в нова.
Фигура 01: Обобщен процес на трансдукция
Какво е специализирана трансдукция?
Умерените бактериофаги показват лизогенни жизнени цикли. Те участват в специализиран процес на трансдукция, при който фрагмент от бактериална ДНК се прехвърля от една бактерия към друга бактерия поради грешка. Следователно, специализираната трансдукция може да се дефинира като трансфер на донорна бактериална ДНК към друга бактерия от умерените бактериофаги. Когато умерените фаги заразяват бактериите, те са в състояние да интегрират вирусна ДНК в бактериалната хромозома и да останат в етапа на профага за няколко бактериални поколения, без да я освобождават от бактериалния геном. По време на репликацията на бактериалния геном вирусната ДНК е обект на репликация и навлиза в нови бактериални клетки и оцелява. Въпреки това, когато профагите се индуцират от определени фактори, вирусната ДНК се отделя от бактериалната хромозома. Понякога по време на това отделяне фрагменти от бактериални хромозоми се отделят и остават прикрепени към ДНК на профага. Поради индукцията, фагите преминават през литичен цикъл след това. Вирусният геном се репликира с прикрепена бактериална ДНК и се опакова в нови капсиди и създава нови фаги. Новите фаги освобождават бактериалната клетка чрез лизис. Когато нов фаг зарази друга бактерия, бактериалната ДНК се прехвърля към нея.
Специализиран процес на трансдукция
Стъпките на специализираната трансдукция могат да бъдат обобщени, както следва.
- Умерен бактериофаг заразява бактерия.
- Вирусната ДНК се интегрира в бактериалната хромозома и се превръща в етап на профаг
- Вирусната ДНК остава в бактериите в продължение на няколко поколения
- При спонтанна индукция, вирусната ДНК отделя бактериалната хромозомна ДНК.
- Фрагменти от бактериална ДНК се отделят от бактериалната хромозома с вирусна ДНК.
- Вирусната ДНК се репликира заедно с бактериалните гени и се пакетира в нови капсиди и създава нови фаги.
- Бактериалната клетка лизира и освобождава новите фаги.
- Нови фаги заразяват нови бактерии.
- Бактериалната ДНК се смесва с нови бактерии по време на инфекцията.
Фигура 02: Специализирана трансдукция, показана от ламбда фаг
Каква е разликата между генерализирана и специализирана трансдукция?
Обобщена срещу специализирана трансдукция |
|
| Общата трансдукция се извършва от вирулентни или литични бактериофаги. | Специализирана трансдукция се извършва от умерени фаги. |
| жизнен цикъл | |
| Генерализираната трансдукция претърпява литичен цикъл | Специализираната трансдукция преминава през лизогенен цикъл. |
| Лизиране на бактерии | |
| Бактериалните клетки се лизират бързо. | Бактериалните клетки не се лизират бързо, но оцеляват няколко поколения. |
| Опаковка на генетичен материал | |
| Част от донорната бактериална ДНК е затворена във вирусен капсид при генерализирана трансдукция | Малки части от бактериална ДНК остават прикрепени към вирусната ДНК по време на отделянето от бактериалната хромозома и се пакетират в нови капсиди. |
| Интегриране на вирусна ДНК | |
| Вирусната ДНК не е интегрирана в бактериалната хромозома. | Бактериалната и вирусната ДНК се интегрират. |
| Хидролиза на бактериална ДНК | |
| Бактериалната ДНК се хидролизира на парчета от вируса. | Бактериалната ДНК не се хидролизира. |
| Производство на Prophage | |
| Няма образуване на профаг по време на генерализирана трансдукция. | Профагите се формират по време на специализирана трансдукция. |
Обобщение – Обобщена срещу специализирана трансдукция
Трансдукцията е процес на прехвърляне на бактериална ДНК от една бактерия в друга чрез вирус. Това е естествен процес, който протича чрез литични или лизогенни цикли. Вирулентните фаги показват генерализирана трансдукция. Умерените фаги показват специализирана трансдукция. По време на генерализирана трансдукция вирусът унищожава бактериалната клетка. При специализирана трансдукция бактериалните клетки не се унищожават бързо, освен ако няма индукция. Това е основната разлика между генерализираната и специализираната трансдукция. Вирусната ДНК се интегрира в бактериалната хромозома при специализирана трансдукция и интеграция не се случва при генерализирана трансдукция.
