Koniugacja bakterii — przebieg i znaczenie

Koniugacja bakterii to proces przekazywania materiału genetycznego między dwiema komórkami przez bezpośredni kontakt. Nie jest rozmnażaniem — liczba bakterii się nie zwiększa.

Jak przebiega

1. Komórka dawcy wytwarza wypustkę zwaną pilusem płciowym
2. Pilus łączy ją z komórką biorcy
3. Przez powstały mostek przechodzi kopia plazmidu
4. Obie komórki rozdzielają się, każda z kopią materiału

Przekazywany jest zwykle plazmid, czyli kolisty fragment DNA leżący poza głównym materiałem genetycznym. Sam chromosom bakteryjny przenoszony jest rzadziej i zwykle tylko częściowo.

Dlaczego to ważne

Koniugacja pozwala bakteriom wymieniać geny między osobnikami różnych gatunków. To zasadnicza różnica wobec organizmów wyższych, gdzie geny przekazywane są wyłącznie potomstwu.

W ten sposób rozprzestrzenia się oporność na antybiotyki. Gen oporności zawarty w plazmidzie może trafić do bakterii, która nigdy wcześniej z danym lekiem się nie zetknęła — dlatego oporność pojawia się szybciej, niż wynikałoby to z samych mutacji.

Inne sposoby wymiany genów

• Transformacja — pobranie wolnego DNA z otoczenia
• Transdukcja — przeniesienie DNA przez wirusa bakteryjnego
• Koniugacja — przekazanie przez bezpośredni kontakt

Wszystkie trzy określa się mianem transferu poziomego, w odróżnieniu od pionowego, czyli dziedziczenia od komórki macierzystej. Podział ten warto znać, bo pojawia się w zadaniach maturalnych.

Zastosowanie w biotechnologii

Zdolność bakterii do przyjmowania plazmidów wykorzystuje się do wprowadzania obcych genów. Tak produkuje się insulinę oraz inne białka wykorzystywane w medycynie.

Plazmid pełni wtedy rolę nośnika, do którego wbudowuje się wybrany gen. Bakteria traktuje go jak własny i wytwarza kodowane przez niego białko — mechanizm powstały w toku ewolucji stał się więc narzędziem inżynierii genetycznej.

Plazmidy

• Budowa — kolisty, dwuniciowy DNA
• Położenie — poza nukleoidem, w cytoplazmie
• Powielanie — niezależne od głównego chromosomu
• Zawartość — geny dodatkowe, w tym oporności

Bakteria może żyć bez plazmidu, bo nie zawiera on genów niezbędnych. Daje on jednak przewagę w określonych warunkach — na przykład w obecności antybiotyku, gdzie decyduje o przeżyciu.

Bakterie a organizmy wielokomórkowe

U organizmów rozmnażających się płciowo geny przekazuje się wyłącznie potomstwu, a wymiana zachodzi w obrębie gatunku. Bakterie łamią oba te ograniczenia.

Dlatego pojęcie gatunku stosuje się do nich z zastrzeżeniami, a drzewo pokrewieństwa bakterii przypomina raczej sieć niż rozgałęziające się drzewo. To jedna z przyczyn, dla których ich systematyka bywa trudniejsza niż systematyka roślin i zwierząt.