Bakterite paljunemine ja binaarne lõhustumine

Bakterid on prokarüootsed organismid seda paljuneda aseksuaalselt. Bakterite paljunemine toimub tavaliselt rakkude jagunemise teel, mida nimetatakse binaarseks lõhustumiseks. Binaarne lõhustumine hõlmab ühe raku jagunemist, mille tulemusel moodustuvad kaks geneetiliselt identset rakku. Binaarse lõhustumise protsessist aru saamiseks on kasulik mõista bakteriraku struktuuri.

Key Takeaways

Bakterid raku kuju on erinev. Kõige tavalised bakteriraku kujundid on sfäärilised, vardakujulised ja spiraalsed. Bakterirakud sisaldavad tavaliselt järgmisi struktuure: rakusein, rakumembraan, tsütoplasma, ribosoomid, plasmiidid, flagellaja nukleoidne piirkond.

• Raku sein: Rakkude väliskate, mis kaitseb bakterirakku ja annab sellele kuju.
• Tsütoplasma: Geelitaoline aine, mis koosneb peamiselt veest ja sisaldab ka ensüüme, sooli, rakukomponente ja mitmesuguseid orgaanilisi molekule.
• Rakumembraan või plasmamembraan: Ümbritseb raku tsütoplasmat ja reguleerib ainete voogu rakus ja sellest välja.
• Flagella: Pikk, piitsjasarnane eend, mis aitab raku liikumist.
• Ribosoomid: Rakkude struktuurid, mis vastutavad valk tootmine.
• Plasmiidid: Geeni kandmine, ümmargune DNA struktuurid, mis pole reprodutseerimisega seotud.
• Nukleoidne piirkond: Tsütoplasma piirkond, mis sisaldab üksikut bakteri DNA molekuli.

Enamik baktereid, sealhulgas Salmonella ja E.coli, paljunevad binaarse lõhustumise teel. Seda tüüpi aseksuaalse paljunemise ajal on vallaline DNA molekul replitseerub ja mõlemad koopiad kinnituvad erinevates punktides rakumembraan. Kui rakk hakkab kasvama ja pikenema, suureneb kahe DNA molekuli vaheline kaugus. Kui bakter peaaegu algselt kahekordistub, hakkab rakumembraan keskelt sissepoole näppima. Lõpuks a raku sein moodustab vormi, mis eraldab kaks DNA molekuli ja jagab algse raku kaheks identseks tütarrakud.

Binaarse lõhustumise kaudu on reprodutseerimisega seotud mitmeid eeliseid. Üksik bakter on võimeline kiiresti paljunema suurel hulgal. Optimaalsetes tingimustes võivad mõned bakterid oma populatsiooni arvu kahekordistada mõne minuti või tunniga. Veel üks eelis on see, et paarikese otsimiseks ei kulutata aega, sest paljunemine on aseksuaalne. Lisaks on binaarsest lõhustumisest tulenevad tütarrakud identsed algse rakuga. See tähendab, et nad sobivad hästi oma keskkonnas elamiseks.

Binaarne lõhustumine on tõhus viis bakterite paljunemiseks, kuid see pole probleemideta. Kuna seda tüüpi reprodutseerimise teel toodetud rakud on identsed, on nad kõik vastuvõtlikud sama tüüpi ohtudele, nagu keskkonnamuutused ja antibiootikumid. Need ohud võivad hävitada terve koloonia. Selliste ohtude vältimiseks võib baktereid saada rohkem geneetiliselt mitmekesine rekombinatsiooni kaudu. Rekombinatsioon hõlmab geenide ülekandmist rakkude vahel. Bakteriaalne rekombinatsioon viiakse läbi konjugatsiooni, transformatsiooni või transduktsiooni abil.

Mõned bakterid on võimelised oma tükke üle kandma geenid teiste bakteritega, millega nad kokku puutuvad. Konjugeerimise ajal ühendab üks bakter end teisega läbi proteiinitoru struktuuri, mida nimetatakse a pilus. Selle tuubi kaudu viiakse geenid ühest bakterist teise.

Mõned bakterid on võimelised oma keskkonnast DNA-d ära võtma. Need DNA jäänused pärinevad enamasti surnud bakterirakkudest. Transformatsiooni ajal seob bakter DNA-d ja transpordib selle läbi bakteri rakumembraani. Seejärel inkorporeeritakse uus DNA bakteriraku DNA-sse.

Transduktsioon on teatud tüüpi rekombinatsioon mis hõlmab bakteriaalse DNA vahetust bakteriofaagide kaudu. Bakteriofaagid on viirused mis nakatavad baktereid. Transduktsiooni on kahte tüüpi: üldistatud ja spetsialiseeritud transduktsioon.

Kui bakteriofaag on bakteriga kinnitunud, lisab ta selle genoomi bakteri. Viiruse genoom, ensüümid ja viiruse komponendid replitseeritakse ja ühendatakse seejärel peremeesbakteris. Kui need on moodustunud, lüüsivad või lõhendavad uued bakteriofaagid bakteri, vabastades replitseerunud viirused. Monteerimisprotsessi ajal võib osa peremeesorganismi bakteriaalsest DNAst aga viiruse genoomi asemel ümbritseda viiruse kapsiidi. Kui see bakteriofaag nakatab teise bakteri, süstib ta varem nakatunud bakterist saadud DNA fragmendi. Seejärel sisestatakse see DNA fragment uue bakteri DNA-sse. Seda tüüpi transduktsiooni nimetatakse üldiseks transduktsiooniks.

Spetsiaalse transduktsiooni korral integreeritakse peremeesbakteri DNA fragmendid uue viiruse genoomidesse bakteriofaagid. DNA fragmente saab seejärel üle kanda uutele bakteritele, mida need bakteriofaagid nakatavad.

• Reece, Jane B. ja Neil A. Campbell. Campbelli bioloogia. Benjamin Cummings, 2011.