Nøkkelforskjell – generalisert vs spesialisert transduksjon
Transduksjon er en mekanisme som overfører DNA fra en bakterie til en annen bakterie ved hjelp av en bakteriofag. Bakteriofag er et virus som infiserer og formerer seg i en bakterie. Den er i stand til å feste seg til bakteriecelleveggen og injisere sitt DNA til bakterien. Inne i bakterien replikerer vir alt DNA og skaper nødvendige komponenter og enzymer for å lage nye mange bakteriofager. Under denne prosessen brytes bakteriell DNA ned i biter og integreres med vir alt genom, eller vir alt DNA integreres direkte med bakterielt DNA. Nye bakteriofager bærer bakteriens DNA inni seg. Når disse bakteriofagene infiserer en annen bakterie, oppstår blanding av bakteriell DNA. Transduksjon kan skje enten ved lytisk syklus eller lysogen syklus basert på typen bakteriofag. Derfor er det to typer transduksjon, nemlig generalisert transduksjon og spesialisert transduksjon. Nøkkelforskjellen mellom generalisert og spesialisert transduksjon er at generalisert transduksjon gjøres av virulente bakteriofager der bakteriecelle lyseres når nye bakteriofager frigjøres mens spesialisert transduksjon gjøres av tempererte bakteriofager der bakteriecelle ikke lyseres, og vir alt DNA integreres med bakteriell DNA og overlever i profetstadiet i bakterien i flere generasjoner.
Hva er generalisert transduksjon?
Det finnes to typer bakteriofager: virulente og tempererte. Virulent bakteriofag er i stand til å drepe vertsbakterien. De gjennomgår alltid en lytisk livssyklus som forårsaker død av vertsbakterier. Infeksjon av en bakterie med en virulent bakteriofag og overføring av bakteriell DNA til en annen bakterie under den andre infeksjonen er kjent som generalisert transduksjon. Derfor kan generalisert transduksjon defineres som overføring av bakteriell DNA fra en bakterie til en annen bakterie av en virulent bakteriofag under den lytiske syklusen til bakteriofagen. Bakteriell DNA-overføring skjer på grunn av feil ved pakking av genetisk materiale i de nye fagene. Pakkingen av nylig replikert vir alt DNA til nye fager viser lav troskap. Under pakkingen av genetisk materiale kan derfor små biter av bakteriell DNA eller rekombinert bakteriell DNA med vir alt DNA inkluderes i fager feilaktig. Hvis bakteriell DNA ved en tilfeldighet settes inn i viruskapsiden, introduserer den andre infeksjonen dette DNAet i en annen bakterie. Derfor fullføres transduksjonen mellom to bakterier vellykket.
Etter infeksjonen er virulente fager i stand til å kontrollere bakteriecellemaskineri for å replikere sitt eget DNA. Viruset blir også i stand til å bryte ned bakteriell kromosom i små biter og forårsaker plutselig forstyrrelse av bakteriell cellevegg for frigjøring av sammensatte fager som forårsaker celledød.
Generalisert transduksjonsprosess
Generalisert transduksjon er en rask prosess der bakterier dør i løpet av kort tid. Bakteriofager er i stand til å bryte bakteriell DNA i biter og ødelegge bakteriecellen. Trinnene for generalisert transduksjon kan oppsummeres som følger.
- En virulent (lytisk) bakteriofag infiserer en bakterie.
- Faggenomet går inn i bakteriecellen.
- Virus styrer de bakterielle metabolske mekanismene for å lage sitt eget DNA og andre nødvendige komponenter og enzymer.
- Bakterielt DNA hydrolyseres til små biter.
- Genetisk materiale pakker seg inne i de nye fagene. Av og til pakkes bakterielle DNA-fragmenter inn i nye fagkapsider
- Bakterieceller lyserer og frigjør de nye fagene.
- Når transdusert fag infiserer en annen bakterie, inkorporeres det forrige bakterielle DNAet i en ny.
Figur 01: Generalisert transduksjonsprosess
Hva er spesialisert transduksjon?
Tempererte bakteriofager viser lysogene livssykluser. De er involvert i en spesialisert transduksjonsprosess der et fragment av bakteriell DNA overføres fra en bakterie til en annen bakterie på grunn av en feil. Derfor kan spesialisert transduksjon defineres som overføring av donorbakterie-DNA til en annen bakterie av de tempererte bakteriofagene. Når tempererte fager infiserer bakterier, er de i stand til å integrere vir alt DNA i bakteriell kromosom og forbli i profetstadiet i flere bakteriegenerasjoner uten å frigjøre det fra bakteriegenomet. Under den bakterielle genomreplikasjonen er vir alt DNA gjenstand for replikasjon og går inn i nye bakterieceller og overlever. Men når profetene induseres av visse faktorer, løsner vir alt DNA fra det bakterielle kromosomet. Noen ganger under denne løsrivelsen løsner fragmenter av bakterielle kromosomer og forblir festet til profag-DNA. På grunn av induksjonen gjennomgår fager en lytisk syklus etterpå. Vir alt genom replikerer med festet bakteriell DNA og pakker seg inne i nye kapsider og lager nye fager. Nye fager frigjør bakteriecellen ved lysis. Når en ny fag infiserer en annen bakterie, overføres bakteriell DNA til den.
Spesialisert transduksjonsprosess
Trinnene for spesialisert transduksjon kan oppsummeres som følger.
- En temperert bakteriofag infiserer en bakterie.
- Vir alt DNA integreres i bakteriell kromosom og blir profetstadiet
- Vir alt DNA forblir i bakterier i flere generasjoner
- Ved en spontan induksjon, løsner vir alt DNA det bakterielle kromosomale DNA.
- Fragmenter av bakteriell DNA løsner fra bakteriekromosomet med vir alt DNA.
- Vir alt DNA replikerer sammen med bakteriegener og pakker inn nye kapsider og lager nye fager.
- Bakterieceller lyserer og frigjør de nye fagene.
- Nye fager infiserer nye bakterier.
- Bakterielt DNA blandes med nye bakterier under infeksjonen.
Figur 02: Spesialisert transduksjon vist av lambda-fag
Hva er forskjellen mellom generalisert og spesialisert transduksjon?
Generalisert vs Spesialisert transduksjon |
|
| Generalisert transduksjon gjøres av virulente eller lytiske bakteriofager. | Spesialisert transduksjon gjøres av tempererte fager. |
| Lifecycle | |
| Generalisert transduksjon gjennomgår lytisk syklus | Spesialisert transduksjon gjennomgår lysogen syklus. |
| Lysis of Bacteria | |
| Bakterieceller lyserer raskt. | Bakterieceller lyseres ikke raskt, men overlever i flere generasjoner. |
| emballasje av genetisk materiale | |
| En del av donorbakterie-DNAet er innelukket i viral kapsid i generalisert transduksjon | Små deler av bakteriell DNA forblir festet til vir alt DNA under løsrivelsen fra bakteriekromosomet og pakkes inn i nye kapsider. |
| Integrasjon av vir alt DNA | |
| Vir alt DNA er ikke integrert i det bakterielle kromosomet. | Bakterielt og vir alt DNA integreres. |
| Hydrolyse av bakteriell DNA | |
| Bakterielt DNA hydrolyseres i biter av viruset. | Bakterielt DNA hydrolyseres ikke. |
| Production of Prophage | |
| Det er ingen profetdannelse under generalisert transduksjon. | Profager dannes under spesialisert transduksjon. |
Sammendrag – generalisert vs spesialisert transduksjon
Transduksjon er prosessen med å overføre bakteriell DNA fra en bakterie til en annen med et virus. Det er en naturlig prosess som skjer gjennom lytiske eller lysogene sykluser. Virulente fager viser generalisert transduksjon. Tempererte fager viser spesialisert transduksjon. Under generalisert transduksjon ødelegger viruset bakteriecellen. Ved spesialisert transduksjon blir ikke bakterieceller raskt ødelagt med mindre det er en induksjon. Dette er hovedforskjellen mellom generalisert og spesialisert transduksjon. Vir alt DNA integreres i det bakterielle kromosomet i spesialisert transduksjon og integrering skjer ikke ved generalisert transduksjon.
