Βακτηριακή αναπαραγωγή και δυαδική σχάση

Βακτήρια είναι προκαρυωτικούς οργανισμούς ότι αναπαράγουν ασήμαντα. Η βακτηριακή αναπαραγωγή εμφανίζεται συχνότερα από ένα είδος κυτταρικής διαίρεσης που ονομάζεται δυαδική σχάση. Η δυαδική σχάση συνεπάγεται τη διαίρεση ενός μόνο κυττάρου, με αποτέλεσμα το σχηματισμό δύο κυττάρων που είναι γενετικά ταυτόσημα. Για να κατανοήσουμε τη διαδικασία της δυαδικής σχάσης, είναι χρήσιμο να κατανοήσουμε τη δομή των βακτηριακών κυττάρων.

Βασικές τακτικές

Βακτήρια έχουν ποικίλα σχήματα κυψελών. Το περισσότερο κοινά σχήματα κυτταρικών βακτηρίων είναι σφαιρικά, σχήματος ράβδου και σπειροειδούς. Τα βακτηριακά κύτταρα τυπικά περιέχουν τις ακόλουθες δομές: κυτταρικό τοίχωμα, κυτταρική μεμβράνη, κυτόπλασμα, ριβοσωμάτων, πλασμίδια, flagella, και μια περιοχή νουκλεοειδούς.

• Cell Wall: Μια εξωτερική κάλυψη του κυττάρου που προστατεύει το βακτηριακό κύτταρο και του δίνει το σχήμα.
• Κυτόπλασμα: Μια ουσία τύπου γέλης που αποτελείται κυρίως από νερό που περιέχει επίσης ένζυμα, άλατα, κυτταρικά συστατικά και διάφορα οργανικά μόρια.
• Μεμβράνη μεμβράνης κυττάρου ή μεμβράνη πλάσματος: Περιβάλλει το κυτταρόπλασμα του κυττάρου και ρυθμίζει τη ροή των ουσιών μέσα και έξω από το κύτταρο.
• Flagella: Μεγάλη, σαν μαστίγιο προεξοχή που βοηθά στην κυτταρική μετακίνηση.
• Ribosomes: Κυτταρικές δομές υπεύθυνες για πρωτεΐνη παραγωγή.
• Πλασμίδια: Το γονίδιο φέρει, κυκλική DNA δομές που δεν εμπλέκονται στην αναπαραγωγή.
• Περιφέρεια νουκλεοειδών: Περιοχή του κυτταροπλάσματος που περιέχει το μοναδικό μόριο βακτηριακού DNA.

Τα περισσότερα βακτήρια, συμπεριλαμβανομένων Salmonella και Ε. Coli, αναπαραγωγή με δυαδική σχάση. Κατά τη διάρκεια αυτού του είδους αναπαραγωγής, η μονή Το μόριο DNA αναδιπλασιάζεται και τα δύο αντίγραφα επισυνάπτουν, σε διαφορετικά σημεία, στο κυτταρική μεμβράνη. Καθώς το κύτταρο αρχίζει να αναπτύσσεται και επιμηκύνεται, η απόσταση μεταξύ των δύο μορίων ϋΝΑ αυξάνει. Μόλις το βακτήριο σχεδόν διπλασιάσει το αρχικό του μέγεθος, η κυτταρική μεμβράνη αρχίζει να πιέζει προς τα μέσα στο κέντρο. Τέλος, α κυτταρικό τοίχωμα μορφές που διαχωρίζει τα δύο μόρια ϋΝΑ και διαιρεί το αρχικό κύτταρο σε δύο ταυτόσημα θυγατρικά κύτταρα.

Υπάρχουν πολλά οφέλη που σχετίζονται με την αναπαραγωγή μέσω δυαδικής σχάσης. Ένα μόνο βακτήριο είναι σε θέση να αναπαράγει σε μεγάλους αριθμούς με γρήγορο ρυθμό. Κάτω από βέλτιστες συνθήκες, μερικά βακτήρια μπορούν να διπλασιάσουν τον αριθμό των πληθυσμών τους σε λίγα λεπτά ή ώρες. Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι ότι δεν χάνεται χρόνος ψάχνοντας έναν σύντροφο, αφού η αναπαραγωγή είναι ασεξουαλική. Επιπλέον, τα θυγατρικά κύτταρα που προκύπτουν από τη δυαδική σχάση είναι πανομοιότυπα με το αρχικό κύτταρο. Αυτό σημαίνει ότι είναι κατάλληλα για τη ζωή στο περιβάλλον τους.

Η δυαδική σχάση είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος αναπαραγωγής των βακτηρίων, ωστόσο, δεν είναι χωρίς προβλήματα. Δεδομένου ότι τα κύτταρα που παράγονται μέσω αυτού του τύπου αναπαραγωγής είναι πανομοιότυπα, είναι όλα επιρρεπή στους ίδιους τύπους απειλών, όπως οι περιβαλλοντικές αλλαγές και αντιβιοτικά. Αυτοί οι κίνδυνοι θα μπορούσαν να καταστρέψουν μια ολόκληρη αποικία. Προκειμένου να αποφευχθούν τέτοιοι κίνδυνοι, τα βακτηρίδια μπορούν να γίνουν περισσότερα γενετικά ποικίλη μέσω ανασυνδυασμού. Ο ανασυνδυασμός περιλαμβάνει τη μεταφορά γονιδίων μεταξύ κυττάρων. Ο βακτηριακός ανασυνδυασμός επιτυγχάνεται μέσω σύζευξης, μετασχηματισμού ή μεταγωγής.

Ορισμένα βακτήρια είναι ικανά να μεταφέρουν κομμάτια από αυτά γονίδια σε άλλα βακτήρια που έρχονται σε επαφή. Κατά τη διάρκεια της σύζευξης, ένα βακτήριο συνδέεται με το άλλο μέσω μιας δομής πρωτεϊνικού σωλήνα που ονομάζεται a pilus. Τα γονίδια μεταφέρονται από το ένα βακτήριο στο άλλο μέσω αυτού του σωλήνα.

Ορισμένα βακτήρια είναι ικανά να πάρουν το DNA από το περιβάλλον τους. Αυτά τα κατάλοιπα DNA προέρχονται συνήθως από νεκρά βακτηριακά κύτταρα. Κατά τη διάρκεια του μετασχηματισμού, το βακτήριο δεσμεύει το DNA και το μεταφέρει διαμέσου της βακτηριακής κυτταρικής μεμβράνης. Το νέο ϋΝΑ στη συνέχεια ενσωματώνεται στο DNA του βακτηριακού κυττάρου.

Η μεταγωγή είναι ένας τύπος ανασυνδυασμό που περιλαμβάνει την ανταλλαγή βακτηριακού DNA μέσω βακτηριοφάγων. Τα βακτηριοφάγα είναι ιούς που μολύνουν τα βακτηρίδια. Υπάρχουν δύο τύποι μεταγωγής: γενικευμένη και εξειδικευμένη μεταγωγή.

Μόλις ένας βακτηριοφάγος προσκολληθεί σε ένα βακτήριο, εισάγει το γονιδίωμα του στο βακτήριο. Το γονιδίωμα του ιού, τα ένζυμα και τα ιικά συστατικά στη συνέχεια αντιγράφονται και συναρμολογούνται εντός του ξενιστή βακτηρίου. Μόλις σχηματιστούν, οι νέοι βακτηριοφάγοι λύουν ή χωρίζουν το βακτήριο, απελευθερώνοντας τους αναδιπλασιασμένους ιούς. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συναρμολόγησης, εν τούτοις, μερικά από τα βακτηριακά ϋΝΑ του ξενιστή μπορεί να εγκλεισθούν εντός του ιϊκού καψιδίου αντί του ιικού γονιδιώματος. Όταν αυτός ο βακτηριοφάγος μολύνει ένα άλλο βακτήριο, εγχέει το θραύσμα DNA από το προηγουμένως μολυσμένο βακτήριο. Αυτό το θραύσμα DNA στη συνέχεια εισάγεται στο ϋΝΑ του νέου βακτηρίου. Αυτός ο τύπος μεταγωγής ονομάζεται γενικευμένη μεταγωγή.

Στην εξειδικευμένη μεταγωγή, θραύσματα του ϋΝΑ του ξενιστικού βακτηριδίου γίνονται ενσωματωμένα στα ιικά γονιδιώματα του νέου βακτηριοφάγους. Τα θραύσματα DNA μπορούν στη συνέχεια να μεταφερθούν σε οποιοδήποτε νέο βακτήριο που μολύνουν αυτούς τους βακτηριοφάγους.

• Reece, Jane B. και Neil A. Κάμπελ. Campbell Biology. Benjamin Cummings, 2011.