Klíčový rozdíl – Generalizovaná vs. Specializovaná transdukce
Transdukce je mechanismus, který přenáší DNA z jedné bakterie na jinou bakteriofágem. Bakteriofág je virus, který infikuje a replikuje se v bakterii. Je schopen se napojit na bakteriální buněčnou stěnu a vstříknout svou DNA do bakterie. Uvnitř bakterie se virová DNA replikuje a vytváří potřebné složky a enzymy pro vytvoření mnoha nových bakteriofágů. Během tohoto procesu se bakteriální DNA degraduje na kousky a integruje se s virovým genomem nebo se virová DNA přímo integruje s bakteriální DNA. Nové bakteriofágy v sobě nesou bakteriální DNA. Když tyto bakteriofágy infikují jinou bakterii, dochází ke smíchání bakteriální DNA. Transdukce může probíhat buď lytickým cyklem nebo lysogenním cyklem v závislosti na typu bakteriofága. Existují tedy dva typy transdukce, a to generalizovaná transdukce a specializovaná transdukce. Klíčový rozdíl mezi generalizovanou a specializovanou transdukcí je v tom, že generalizovaná transdukce je prováděna virulentními bakteriofágy, ve kterých je bakteriální buňka lyžována, když jsou uvolněny nové bakteriofágy, zatímco specializovaná transdukce je prováděna mírnými bakteriofágy, ve kterých není bakteriální buňka lyžována, a virová DNA se integruje s bakteriální DNA a přežívá v profágním stádiu uvnitř bakterií po několik generací.
Co je generalizovaná transdukce?
Existují dva typy bakteriofágů: virulentní a mírné. Virulentní bakteriofág je schopen zabíjet hostitelskou bakterii. Vždy podstupují lytický životní cyklus, který způsobuje smrt hostitelských bakterií. Infekce bakterie virulentním bakteriofágem a přenos bakteriální DNA na jinou bakterii během druhé infekce je známá jako generalizovaná transdukce. Zobecněnou transdukci lze tedy definovat jako přenos bakteriální DNA z jedné bakterie do jiné bakterie virulentním bakteriofágem během lytického cyklu bakteriofága. K přenosu bakteriální DNA dochází v důsledku chyb balení genetického materiálu v nových fágech. Balení nově replikované virové DNA do nových fágů vykazuje nízkou věrnost. Během balení genetického materiálu mohou být malé kousky bakteriální DNA nebo rekombinované bakteriální DNA s virovou DNA zahrnuty do fágů nesprávně. Pokud je bakteriální DNA vložena náhodou dovnitř virové kapsidy, druhá infekce zavede tuto DNA do jiné bakterie. Transdukce mezi dvěma bakteriemi je tedy úspěšně dokončena.
Po infekci jsou virulentní fágy schopny řídit bakteriální buněčný aparát, aby replikovaly vlastní DNA. Virus se také stává schopným degradovat bakteriální chromozom na malé kousky a způsobuje náhlé narušení bakteriální buněčné stěny pro uvolnění sestavených fágů způsobujících buněčnou smrt.
Zobecněný transdukční proces
Generalizovaná transdukce je rychlý proces, při kterém bakterie umírají během krátké doby. Bakteriofág je schopen rozbít bakteriální DNA na kousky a zničit bakteriální buňku. Kroky generalizované transdukce lze shrnout následovně.
- Virulentní (lytický) bakteriofág infikuje bakterii.
- Fágový genom vstupuje do bakteriální buňky.
- Virus řídí bakteriální metabolické mechanismy, aby vytvořil svou vlastní DNA a další nezbytné složky a enzymy.
- Bakteriální DNA hydrolyzuje na malé kousky.
- Genetický materiál se shlukuje uvnitř nových fágů. Občas se fragmenty bakteriální DNA zabalí do nových fágových kapsid
- Bakteriální buňka lýzuje a uvolňuje nové fágy.
- Když transdukovaný fág infikuje jinou bakterii, předchozí bakteriální DNA se začlení do nové.
Obrázek 01: Zobecněný transdukční proces
Co je to specializovaná transdukce?
Střední bakteriofágy vykazují lysogenní životní cykly. Jsou zapojeny do specializovaného transdukčního procesu, ve kterém je fragment bakteriální DNA přenesen z jedné bakterie na druhou v důsledku chyby. Specializovanou transdukci lze tedy definovat jako přenos donorové bakteriální DNA na jinou bakterii mírnými bakteriofágy. Když mírné fágy infikují bakterie, jsou schopny integrovat virovou DNA do bakteriálního chromozomu a zůstat v profágovém stádiu po několik bakteriálních generací, aniž by ji uvolnily z bakteriálního genomu. Během replikace bakteriálního genomu podléhá virová DNA replikaci a vstupuje do nových bakteriálních buněk a přežívá. Když jsou však profágy indukovány určitými faktory, virová DNA se oddělí od bakteriálního chromozomu. Někdy se během tohoto oddělení fragmenty bakteriálních chromozomů oddělí a zůstanou připojeny k profágové DNA. Díky indukci poté fágy podstoupí lytický cyklus. Virový genom se replikuje s připojenou bakteriální DNA a balí se do nových kapsid a vytváří nové fágy. Nové fágy uvolňují bakteriální buňku lýzou. Když nový fág infikuje jinou bakterii, přenese se na ni bakteriální DNA.
Specializovaný proces převodu
Kroky specializované transdukce lze shrnout následovně.
- Bakterofág mírného stupně infikuje bakterii.
- Virová DNA se integruje do bakteriálního chromozomu a stává se profágním stádiem
- Virová DNA zůstává v bakteriích několik generací
- Při spontánní indukci virová DNA oddělí bakteriální chromozomální DNA.
- Fragmenty bakteriální DNA se oddělují od bakteriálního chromozomu pomocí virové DNA.
- Virová DNA se replikuje společně s bakteriálními geny a sbalí se do nových kapsid a vytvoří nové fágy.
- Bakteriální buňka lýzuje a uvolňuje nové fágy.
- Nové fágy infikují nové bakterie.
- Bakteriální DNA se během infekce mísí s novými bakteriemi.
Obrázek 02: Specializovaná transdukce zobrazená lambda fágem
Jaký je rozdíl mezi generalizovanou a specializovanou transdukcí?
Generalizovaná vs. Specializovaná transdukce |
|
| Generalizovanou transdukci provádějí virulentní nebo lytické bakteriofágy. | Specializovaná transdukce je prováděna mírnými fágy. |
| Životní cyklus | |
| Generalizovaná transdukce prochází lytickým cyklem | Specializovaná transdukce prochází lysogenním cyklem. |
| Lýza bakterií | |
| Bakteriální buňka rychle lyzuje. | Bakteriální buňky nejsou lyzovány rychle, ale přežívají několik generací. |
| Balení genetického materiálu | |
| Část dárcovské bakteriální DNA je uzavřena uvnitř virové kapsidy v generalizované transdukci | Malé části bakteriální DNA zůstávají připojeny k virové DNA během oddělení od bakteriálního chromozomu a jsou zabaleny do nových kapsid. |
| Integrace virové DNA | |
| Virová DNA není integrována do bakteriálního chromozomu. | Bakteriální a virová DNA se integruje. |
| Hydrolýza bakteriální DNA | |
| Bakteriální DNA se virem hydrolyzuje na kousky. | Bakteriální DNA není hydrolyzována. |
| Produkce Prophage | |
| Během generalizované transdukce nedochází k tvorbě profágů. | Profágy se tvoří během specializované transdukce. |
Shrnutí – Generalizovaná vs. Specializovaná transdukce
Transdukce je proces přenosu bakteriální DNA z jedné bakterie na druhou virem. Je to přirozený proces, který se děje prostřednictvím lytických nebo lysogenních cyklů. Virulentní fágy vykazují generalizovanou transdukci. Mírné fágy vykazují specializovanou transdukci. Během generalizované transdukce virus ničí bakteriální buňku. Při specializované transdukci nejsou bakteriální buňky rychle zničeny, pokud nedojde k indukci. To je hlavní rozdíl mezi generalizovanou a specializovanou transdukcí. Virová DNA se integruje do bakteriálního chromozomu při specializované transdukci a integrace se nevyskytuje při generalizované transdukci.
