Plasmider och HGT Flashcards
Horisontell överföring och dess följder
Gener överförs inte bara vertikalt (mother to daughter) utan även horisontellt (från en art till en annan) Horisontell gen överföring = HGT
Följder:
○ En stor del av evolutionen drivs av HGT
○ Snabbar på evolutionen eftersom den kan ‘hoppa över’ steg
○ Innebär att de flesta organismer är mosaik av genetisk information
○ Detta fenomen har också hittats hos vissa växter
Hur vet man att det är HGT?
○ Karaktäristiska skillnader mellan nya/gamla DNA segment, exvis GC-mängd
○ Vanligtvis är GC-innehållet relativt högt i genomet. När vi hittar regioner med lägre GC-innehåll implicerar det att den sektionen har klippts in i genomet via HGT.
Egenskaper och karaktärsdrag av HGT
Successful HGT associeras med ökad fitnesss - exempel patogen-öar i bakterier.
HGT kan gå fort - Konventionella mutation-förändringar är långsamma (mutationshastigheter är låga) HGT kan däremot gå väldigt fort
Vad innebär att bakteriers genom är en samling pooler?
Generellt kan vi se bakteriers genom som en samling pooler
- Core gene pool: kodar för basala livsviktiga funktioner
- Flexible gene pool: gener kan flyttas runt mellan bakterier
Evolution av nya ekologiska nischer som ett resultat av HGT. Mikrobiell diversitet påverkas mycket av gen-flödet. Biokemiska pathway gener kan lätt överföras Ofta tack vare att gener är packade i operon
Vad är en plasmid? vad har den för funktion?
Extrakromosomala element: Viktigt för Konjugering, genöverföring, mobiliserar gener
Medicinskt: Sprider antibiotikaresistens
Ekologiskt: Överför vissa egenskaper till bärare
Biotekniskt: Verktyg inom bioteknologi, Vektorer, Kloning, uttryck och produktion
Karaktärsdrag hos plasmider
‘själviska’ element
- Metabolisk/energimässig börda
- Behöver stabilitet
- Behöver oberoende kontrollerad replikation
- Kontroll av replikation/kopietal viktig!!!
Hur säkerställs stabil nedärvning av plasmider?
- Replikationskontroll
- Partition funktioner; fördela plasmider för att hamna i varsin dottercell
- Killer loci: den cell som tappat plasmid dör (kemiskt minne)
- Site-specific rekombination
- Konjugation
- Selektivt tryck
Varför är det viktigt att kontrollera antalet plasmider?
Plasmidreplikation = random under cellcykeln –> Måste mäta deras koncentration och reglera replikationsfrekvensen därefter!
För många plasmider: cell klarar knappt av produktion, värdcell blir sjuk –> dåligt för plasmiden
För få: celler tappar plasmider vid delning
Hur kontrolleras antalet plasmider?
De kontrollerar sitt kopienummer
- hos R1 kontrolleras den av CopA
- hos CoE1 kontrolleras den av RNAI
Branched pathway, drivs av [antisense RNA]
Replikationsfrekvensen = inverst proportionell till kapitalet.
Vilken typ av mutationer kan störa kontrollen av kopietalet?
Mutationer i de sekvenser som interagerar med varandra –> påverkar kopitalet.
ex. mutation i CopA eller CopT –> interaktion kan inte äga rum
Vad innebär att plasmider är inkompatibla?
Olika plasmider kan existera med varandra i samma cell eftersom de har olika kontrollfunktioner - kompatibla
Olika plasmider kan inte existera med varandra i samma cell ty har samma kontrollfunktioner –> de är inkompatibla. Om två inkompatibla plasmider introduceras i en kultur kommer det tillslut att bildas två ‘rena’ cellinjer
Vad är ett Killer system?
- Säkrar nedärvningen av plasmider, celler utan plasmider dör
- Kortlivad RNA som heter SOK produceras
- MOK innehållande SOK translateras
- HOK skapar inget speciellt protein, behövs för att HOK ska kunna transkriberas och translateras
- mRNAt innehållande MOK och HOK skapar en loop struktur
- Denna loop öppnas emellanåt
- I plasmidsaknande celler transkriberas MOK och SOK –> cellen dör. Hos plasmidinnehållande celler binder SOK till MOK/HOK mRNAt och bryter ned det
Hok/sok-systemet
- Full längd av hok mRNA är väldigt stabil
- Processat hok mRNA är instabilt
- Processat hok mRNA kan translateras
- Processat hok mRNA inhibitable
Reglering involverar transient structures
Vilka olika typer av replikation finns det?
Theta replikation främst hos gramnegativa. Rolling circle replikation främst hos grampositiva
Hur fungerar konjugering?
- En pilus bildar koppling mellan två celler
- Pilusen gör att cellerna dras samman
- Ena strängen av plasmiden dras över till den andra cellen
- Plasmiderna gör dubbelsträngade igen
Det finns en donor och en mottagare
- Tra-gener hos donor skapar en pilus
- Cellerna dras ihop när pilus bryts ned.
- Nicking , rolling circle replication sker, kopia överförs
- Resultat: två plasmid-innehållande celler
Vad innebär site-specifik rekombination?
Specifika element på plasmiderna ‘stöter ifrån varandra’ om två plasmider har satts samman
–> stora plasmider delas upp i två plasmider
- Fördel att sitta ihop: sannolikheten att dessa transkriberas blir större än för en ensam plasmid
Generell rekombination ger ofta upphov till plasmid-dimerer. Det gör att färre plasmid molekyler är tillgängliga för partitioning –> instabilitet
Site-specifik rekombination löser upp dimerer –> monomerer = bättre stabilitet för nedärvning
Dimer katastrof hypotes:
- in frånvaro av site-specifik rekombination
- Dimerer har två ori sekvenser men bara en molekyl
- Två origin innebär dubbelt så hög sannolikhet att replikeras
Dimerer har därför en kinetisk fördel över monomerer och tar över populationen
Varför tar vissa bakterier upp DNA?
- Gener sprids mellan arter - kan ta upp immunrespons?
- Gener sprids horisontellt - kan vi plocka upp några nya bra gener?
○ Kan plockas upp fr. döda bakterier. Är det en fördel? Looser bakterier –> de dog ju! Är det verkligen de mest gynnsamma generna att plocka upp? - Reparation: kan laga trasiga kromosomer
Får in DNA som matchar, kan användas som skarv i DNA skador. Stor fördel; kan laga!!! - Mat och energikälla: kol, kväve, fosfor
Hur skiljer sig DNA upptag mellan gram+ och gram-?
Gram+ tar upp vilket DNA som helst
Gram- tar bara upp DNA som innehåller vissa sekvenser (mer selektiva)
DNA upptag
- Alla gram- vägrar ta upp specifika DNA
○ Undantag: Helicobacter (g-) men är alltid kometent och plockar upp allt. Väldigt enkel att jobba med i labbet!
- Gram+ tar upp allt (om de är kompententa)
Hemophilus influeansae har sekvens-specifik DNA-upptag:
- Tar bara upp DNA fr samma art, bra för lagning!
Där H.influeanse lever finns mycket DNA runtikring, därför är det viktigt att välja rätt DNA - plockar upp DNA med rätt märkning!
DNA som tas upp är homologt till värdens eget DNA, därför kan det rekombineras med kromosomala sekvenser och användas för att laga trasiga DNA- sekvenser!
Hur kan antisense RNA göra plasmider kompatibla?
incC och inCA består av iterativa sekvenser. Proteinet repA kan verka ensamma eller som dimerer. Om proteinet binder till incC: mer replikation. Om proteinet binder till incA: mindre replikation
