Belangrijk verschil - Gegeneraliseerde versus gespecialiseerde transductie
Transductie is een mechanisme dat DNA door een bacteriofaag overdraagt van de ene bacterie naar de andere bacterie. Bacteriofaag is een virus dat een bacterie infecteert en repliceert. Het kan zich hechten aan de bacteriële celwand en zijn DNA in de bacterie injecteren. In de bacterie repliceert viraal DNA en creëert het noodzakelijke componenten en enzymen om nieuwe vele bacteriofagen te maken. Tijdens dit proces degradeert bacterieel DNA in stukjes en integreert het met viraal genoom of viraal DNA integreert direct met bacterieel DNA. Nieuwe bacteriofagen dragen het bacteriële DNA in zich. Wanneer deze bacteriofagen een andere bacterie infecteren, treedt vermenging van bacterieel DNA op. Transductie kan gebeuren door lytische cyclus of lysogene cyclus op basis van het type bacteriofaag. Daarom zijn er twee soorten transductie, namelijk gegeneraliseerde transductie en gespecialiseerde transductie. Het belangrijkste verschil tussen gegeneraliseerde en gespecialiseerde transductie is dat gegeneraliseerde transductie wordt gedaan door virulente bacteriofagen waarin bacteriële cel wordt gelyseerd wanneer nieuwe bacteriofagen worden vrijgegeven, terwijl gespecialiseerde transductie wordt gedaan door gematigde bacteriofagen waarin bacteriële cel niet wordt gelyseerd, en viraal DNA integreert met bacteriële DNA en overleeft meerdere generaties in het profaagstadium binnen de bacteriën.
Wat is gegeneraliseerde transductie?
Er zijn twee soorten bacteriofagen: virulent en gematigd. Virulente bacteriofaag is in staat de gastheerbacterie te doden. Ze ondergaan altijd een lytische levenscyclus die de dood van gastheerbacteriën veroorzaakt. Infectie van een bacterie door een virulente bacteriofaag en overdracht van bacterieel DNA naar een andere bacterie tijdens de tweede infectie staat bekend als gegeneraliseerde transductie. Daarom kan gegeneraliseerde transductie worden gedefinieerd als de overdracht van bacterieel DNA van de ene bacterie naar een andere bacterie door een virulente bacteriofaag tijdens de lytische cyclus van de bacteriofaag. Bacteriële DNA-overdracht vindt plaats door fouten bij het verpakken van genetisch materiaal in de nieuwe fagen. De verpakking van nieuw gerepliceerd viraal DNA in nieuwe fagen vertoont een lage betrouwbaarheid. Daarom kunnen tijdens het verpakken van genetisch materiaal kleine stukjes bacterieel DNA of gerecombineerd bacterieel DNA met viraal DNA ten onrechte in fagen worden opgenomen. Als per ongeluk bacterieel DNA in de virale capside wordt ingebracht, introduceert de tweede infectie dit DNA in een andere bacterie. Daarom is de transductie tussen twee bacteriën met succes voltooid.
Na de infectie zijn virulente fagen in staat om bacteriële celmachines te controleren om hun eigen DNA te repliceren. Het virus wordt ook in staat om bacteriële chromosomen in kleine stukjes af te breken en veroorzaakt een plotselinge verstoring van de bacteriële celwand voor het vrijkomen van geassembleerde fagen die celdood veroorzaken.
Algemeen transductieproces
Gegeneraliseerde transductie is een snel proces waarbij bacteriën binnen korte tijd afsterven. Bacteriofaag is in staat bacterieel DNA in stukjes te breken, waardoor de bacteriële cel wordt vernietigd. De stappen van gegeneraliseerde transductie kunnen als volgt worden samengevat.
- Een virulente (lytische) bacteriofaag infecteert een bacterie.
- Het faaggenoom komt de bacteriecel binnen.
- Virus regelt de bacteriële metabolische mechanismen om zijn eigen DNA en andere noodzakelijke componenten en enzymen te maken.
- Bacterieel DNA hydrolyseert in kleine stukjes.
- Genetisch materiaal verpakt in de nieuwe fagen. Af en toe pakken bacteriële DNA-fragmenten zich samen in nieuwe faagcapsiden
- Bacteriële cel lyseert en laat de nieuwe fagen vrij.
- Wanneer getransduceerde faag een andere bacterie infecteert, wordt het vorige bacteriële DNA opgenomen in een nieuwe.
Figuur 01: Gegeneraliseerd transductieproces
Wat is gespecialiseerde transductie?
Gematigde bacteriofagen vertonen lysogene levenscycli. Ze zijn betrokken bij een gespecialiseerd transductieproces waarbij een fragment van bacterieel DNA door een fout wordt overgedragen van de ene bacterie naar de andere bacterie. Daarom kan gespecialiseerde transductie worden gedefinieerd als de overdracht van bacterieel donor-DNA naar een andere bacterie door de gematigde bacteriofagen. Wanneer gematigde fagen bacteriën infecteren, zijn ze in staat om viraal DNA te integreren in het bacteriële chromosoom en gedurende verschillende bacteriële generaties in het profaagstadium te blijven zonder het uit het bacteriële genoom vrij te geven. Tijdens de bacteriële genoomreplicatie is viraal DNA onderhevig aan replicatie en gaat het nieuwe bacteriële cellen binnen en overleeft het. Wanneer de profagen echter worden geïnduceerd door bepaalde factoren, maakt viraal DNA los van het bacteriële chromosoom. Soms komen tijdens deze onthechting fragmenten van bacteriële chromosomen los en blijven ze gehecht aan profaag-DNA. Door de inductie ondergaan fagen daarna een lytische cyclus. Viraal genoom repliceert met aangehecht bacterieel DNA en verpakt in nieuwe capsiden en maakt nieuwe fagen. Nieuwe fagen laten de bacteriecel vrij door lysis. Wanneer een nieuwe faag een andere bacterie infecteert, wordt bacterieel DNA erop overgedragen.
Gespecialiseerd transductieproces
De stappen van gespecialiseerde transductie kunnen als volgt worden samengevat.
- Een gematigde bacteriofaag infecteert een bacterie.
- Viraal DNA integreert in bacterieel chromosoom en wordt het profaagstadium
- Viraal DNA blijft meerdere generaties in bacteriën aanwezig
- Bij een spontane inductie maakt viraal DNA het bacteriële chromosomale DNA los.
- Fragmenten van bacterieel DNA komen los van het bacteriële chromosoom met viraal DNA.
- Viraal DNA repliceert samen met bacteriële genen en verpakt in nieuwe capsiden en maakt nieuwe fagen.
- Bacteriële cel lyseert en laat de nieuwe fagen vrij.
- Nieuwe fagen infecteren nieuwe bacteriën.
- Bacterieel DNA vermengt zich met nieuwe bacteriën tijdens de infectie.
Figuur 02: Gespecialiseerde transductie getoond door lambda-faag
Wat is het verschil tussen gegeneraliseerde en gespecialiseerde transductie?
Gegeneraliseerde versus gespecialiseerde transductie |
|
| Gegeneraliseerde transductie wordt gedaan door virulente of lytische bacteriofagen. | Gespecialiseerde transductie wordt gedaan door gematigde fagen. |
| Levenscyclus | |
| Gegeneraliseerde transductie ondergaat lytische cyclus | Gespecialiseerde transductie ondergaat een lysogene cyclus. |
| Lyse van bacteriën | |
| Bacteriële cel lyseert snel. | Bacteriële cellen worden niet snel gelyseerd, maar overleven meerdere generaties. |
| Verpakking van genetisch materiaal | |
| Een deel van het bacteriële DNA van de donor is ingesloten in virale capside bij gegeneraliseerde transductie | Kleine delen van bacterieel DNA blijven gehecht aan viraal DNA tijdens het losmaken van het bacteriële chromosoom en worden verpakt in nieuwe capsiden. |
| Integratie van viraal DNA | |
| Viraal DNA is niet geïntegreerd in het bacteriële chromosoom. | Bacterieel en viraal DNA integreert. |
| Hydrolyse van bacterieel DNA | |
| Bacterieel DNA hydrolyseert in stukjes door het virus. | Bacterieel DNA wordt niet gehydrolyseerd. |
| Productie van profaag | |
| Er is geen vorming van een profaag tijdens gegeneraliseerde transductie. | Profagen worden gevormd tijdens gespecialiseerde transductie. |
Samenvatting – Gegeneraliseerde versus gespecialiseerde transductie
Transductie is het proces van overdracht van bacterieel DNA van de ene bacterie naar de andere door een virus. Het is een natuurlijk proces dat plaatsvindt via lytische of lysogene cycli. Virulente fagen vertonen gegeneraliseerde transductie. Gematigde fagen vertonen gespecialiseerde transductie. Tijdens gegeneraliseerde transductie vernietigt het virus de bacteriecel. Bij gespecialiseerde transductie worden bacteriële cellen niet snel vernietigd, tenzij er een inductie is. Dit is het belangrijkste verschil tussen gegeneraliseerde en gespecialiseerde transductie. Viraal DNA integreert in het bacteriële chromosoom bij gespecialiseerde transductie en integratie vindt niet plaats bij gegeneraliseerde transductie.
