Bakteriell genetik Flashcards
Hur uppnår bakterier genetisk variation?
• Utbyter material genom horisontell gentransfer
Vad är syftet med horisontell gentransfer?
- Ersätta sexuell reproduktion
* Dvs Utbyte av alleler = ökad genetisk variation
Hur sker horisontell gentransfer?
Kan ske genom 3 st olika mekanismer
- Transformation
- Transduktion
- Konjugation
Vad kännetecknar horisontell gentransfer?
- Envägsöverföring = Alltid en givare och en mottagare
- Fragment överförs = Ingen flyttning av hela kromosomer
- Kan ske mellan arter = Gener kan flyttas mellan arter
- Kräver att fragmentet tas upp av mottagaren och att den replikerar det = annars händer inget med generna
Vad är transformation?
- Överföring av gener genom att en bakterie tar upp fritt DNA från en givare
- ” Definition: Genöverföring genom upptag av fritt DNA från en givare.”
Vad kännetecknar transformation?
- Kräver rekombination = vissa arter är mer benägna än andra att utföra rekombinering = mer frekvent med transformation
- Sker hos både gram pos och gram neg bakt
- Strikt reglerad process hos mottagaren = Kan vara skadligt att ta upp farligt DNA = vissa bakterier tar bara upp artspecifika sekvenser = skydd
- Induceras ofta pga brist på näring eller svåra tillväxtförhållanden = Uttryck och reglering av system är beroende av näringstillgång
Hur sker transformation?
- Enzymsystem tar upp DNA genom en por
- Protein i bakterien binder till strängen och letar efter homologa regioner = letar efter motsvarande/samma sekvens
- Om träff = leder till rekombination
- Rekombinationen kan vara homolog eller icke homolog
- Kan leda till varianter av befintligt DNA eller utökning av DNA
- Fragmentet som byts ut kommer att brytas ner och inte replikeras
Vad är transduktion?
- Överföring av gener mellan bakterier via bakteriofager
- En fag råkar ta med sig DNA från den senast infekterade bakterien
- ”Definition: Överföring av bakteriella gener från en givare till en mottagare via en bakteriofag.”
Vad kännetecknar transduktion?
- Vilken gen som helst inom bakteriens genom kan överföras = helt slumpmässigt
- Sker vid ICKE fullständig nedbrytning av bakteriens DNA av fagen
- Bakteriofagen råkar packa ner bakterie-DNA i sin kapsid
- Slutprodukten skiljer inte från transformation – men mycket effektivare!
- Det går 10 ggr fler fager på en bakterie i en miljö där det finns bakterier = stort utbyte av gener via fager
- En bakterie med en profag växer lite långsammare – men faggener kan gynna bakterien = öka bakteriens virulens
- Många toxiner är upphov av faggener! = viktig virulensfaktor!
- Genom att integrera faggener med toxiner i bakteriens genom kan en harmlös bakterie bli farlig
Hur sker transduktion?
- Givar-bakterien infekteras
- Fagen replikerar sitt genom
- Fagen bryter INKOMPLETT ner värd-DNA
- Nya fagpartiklar byggs ihop
- Bakteriellt DNA råkar packas in i faghuvudet/kapsiden av misstag istället för fag-gener
- Givar-bakterien lyseras och fager frisätts
- Mottagar-bakterien infekteras av en fag
- Mottagar-bakterien utför homolog rekombination med det nya DNA fragmentet
Vad är en bakteriofag?
• Virus som infekterar bakterier
Vad kännetecknar en bakteriofag?
- Består av protein = kapsid och arvsmassa = oftast DNA men kan vara RNA
- Beroende av värdcellen för förökning
- Har stor påverkan på bakterier (både positiv och negativ)
Hur infekteras en bakterie av en fag?
- Receptorer känner igen ytan på bakterier = receptorspecifik bindning
- Tillräckligt många ben binder in – basplattan får kontakt med cellväggen
- DNA injiceras in i bakterien
- Innehåller ofta modifierade baser för att lura bakterien
- Sker utan energimetabolism
Vilka typer av bakteriofager finns?
- Lytiska fager = virulenta = Fager som förökar sig i bakterien, lyserar cellen och frigör nya fager
- Lysogena fager = temperata fager = har förmåga att alternera mellan att lysera värden, eller att infektera/föra in sitt genom i en bakterie och ligga tyst i bakteriecellen med avstängt uttryck
- En profag ligger tyst i en bakerie – har framtida förmåga till att lyseras = lysogen
Vad är konjugation?
• Överföring av DNA på plasmider mellan bakterier
Vad kännetecknar konjugation?
- Sker via direktkontakt mellan bakterieceller
- Sker via en pilus mellan bakterierna
- Envägsöverföring
- Vanligaste mekanismen för överföring av plasmider
- Gener som krävs för uppbyggnad av pilus och överföring finns på plasmiden = en egenskap plasmiden har = konjugativ plasmid
- Om plasmiden inkorporerats i kromosomen kan del av givarkromosomen föras över och rekombinera med mottagarens kromosom.
- Kopieras – en kopia skickas över till den andra bakterien
- Resultat – två bakterier med identisk uppsättning plasmider = fördubbling av antalet plasmider i bakteriepopulationen!
- Givarcellen gynnas inte av konjugation – mottagarceller gynnas – plasmider gynnas
- Plasmider har särskilda system för att replikeras när bakterien replikerar
- Ingen rekombination av kromosomen sker vid konjugation
- Förutom plasmidgener som kan rekombineras in på andra plasmider
- Eller bakteriegener som kan rekombineras in på plasmider
- Bitar av bakteriegener kan ”hoppa upp på” plasmid
Vad är en plasmid?
• Definition: Extrakromosomala genetiska element som kan replikeras fritt från kromosomen
Vad kännetecknar en plasmid?
- Gener för konjugation finns hos plasmiden – plasmiden ansvarar för sin egen spridning
- Ger fördel för bakterien
- Bär på resistens
- Bär på virulens
Vad är en episom?
• En plasmid som kan integreras i bakteriens kromosom
Hur kan en plasmid överföras?
- Via samtliga tre mekanismer för horisontell genöverföring
- Dvs transformation, transduktion, konjugation
- Konjugation vanligast och viktigast!
Hur sker konjugation?
- Bakteriecellerna får kontakt via pilus
- Cellerna dras nära varandra
- En enkelsträngad halva av plasmiden överförs genom pilus via rolling circle replikation
- Vanlig replikation i mottagaren gör enkelsträngade plasmiden dubbelsträngad
- Ligas sammanfogar strängarna tillsammans till en cirkel
- Resultatet är att båda bakterierna har identiska dubbelsträngade kopior av samma plasmid = fördubbling av antalet plasmider i populationen!
Vad kännetecknar transposerbara genetiska element?
• ”hoppande gener”
• Förflyttas slumpvis – hotspots finns
• Flyttas av enzymet transposas = enzym som specifikt utför rekombination av det transposerbara elementet
• Kan inte replikera sig själva
• Förflyttning sker via platsspecifik rekombination
• Transposoner flyttar runt gener mellan genom/plasmider och selektion gör att resistensgener/virulensgener hamnar tillsammans på samma mobila element eftersom det ger stor fördel för bakterien
§
Vad finns det för klasser av transposerbara element?
- Två stycken olika klasser
- IS = insertion sequences
- Tn = sammansatta transposoner
Vad kännetecknar IS insertion sequences?
- Definition: DNA-element som innehåller en gen som behövs för förflyttning flankerad av inverted repeats (IR)
- Minsta typen av transposerbart element
- Genererar mutationer
- Kan slå ut en gen om den råkar placera sig i den
- Känner igen inverted repeats = IR
Vad kännetecknar Tn sammansatta transposoner?
- Definition: Element som innehåller andra gener förutom de som behövs för förflyttning
- Hela transposonen flyttas
- Byggs ofta upp av två st IS-element
- Gener för antibiotikaresistens finns ofta inom transposoner
- Kan flytta flera gener med en transposon
- Kan flytta flera gener mellan två st IR = inverted repeats
Varför hamnar resistensgener på samma ställe?
- Om dom hamnar bredvid varandra = kan flyttas tillsammans!
- När generna samlas på samma ställe på plasmiden ger det en fördel
- Gener som ger bakterien en fördel kommer att samlas/ackumuleras
- Om en gen är positiv och det är positivt att en gen kan flyttas = kommer att öka i populationen!
Vad är en transposon?
- Transposon = transposable element = TE = transposerbara geneteiska element
- ”jumping genes”
- Definition: DNA-segment som kan flytta sig från en plats i genomet till en annan
- Är en DNA-sekvens som kan byta position inom genomet och därigenom ge upphov till förändringar av det
- Ex skapa eller ta bort mutationer, byta genetisk identitet eller storlek på genomet
