So sánh biến nạp tải nạp và tiếp hợp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây [1.13 MB, 8 trang ]
Câu hỏi:
Trình bày tóm tắt các quá trình biến nạp, tải nạp và tiếp hợp ở vi khuẩn?
Bài làm:
Hình thức sinh sản chủ yếu của vi khuẩn là phân đôi tế bào, qua quá trình phân đôi
vật chất di truyền của vi khuẩn mẹ sẽ đợc truyền cho các vi khuẩn con. Tuy nhiên cũng
có trờng hợp vật chất di truyền của vi khuẩn này [vi khuẩn cho] chuyển sang vi khuẩn
nhận thuộc chủng khác, có ba cách chuyển thông tin di truyền từ tế bào cho sang tế
bào nhận là: biến nạp, tải nạp và tiếp hợp.
* Biến nạp [transformation]:
Biến nạp: Biến nạp chỉ những biến đổi tính trạng của vi khuẩn dới ảnh hởng của
ADN dung dịch đợc tách chiết từ vi khuẩn cho xâm nhập vào vi khuẩn nhận.
Hiện tợng biến nạp đợc nhà vi khuẩn học Griffith phát hiện vào năm 1928 và đợc làm
sáng tỏ nhờ những thực nghiệm của Avery, Mac Leod và Mac Carthy.
Thí nghiệm: Griffith đã tiêm cho chuột một liều vi khuẩn Diplococcus pneumoniae
dạng S [ có màng nhày, gây bệnh viêm phôi nặng] làm cho chuột chết. Nếu xử lý bằng
nhiệt thì vi khuẩn này không có khả năng gây bệnh cho chuột. Tiêm vi khuẩn dạng R
[ không có màng nhày] không gây độc đối với chuột. Nhng khi ông tiêm cho chuột một
hỗn hợp các vi khuẩn dạng R [ không có màng nhày] với vi khuẩn dạng S [có màng
nhày], nhng đã xử lí bằng nhiệt, thì thấy chuột vẫn bị chết. Từ máu chết ông đã phân
lập đợc Diplococcus pneumoniae dạng S điển hình. Điều đó có nghĩa các vi khuẩn
dạng S bị chết vì nhiệt đã truyền khả năng tạo vỏ nhày cho các tế bào dạng R làm cho
nó trở thành tế bào dạng S và tính chất này đợc truyền cho các thế hệ con cháu của tế
bào dạng S mới [Hình 1].
Hình 1: Sơ đồ thí nghiệm của Griffith
Tuy nhiên Griffith đã sai lầm cho rằng hiện tợng biến nạp là do tác động của cơ
chất polyholosilic màng nhày, đến năm 1944 Avery và các cộng sự, đã chứng minh tác
nhân của quá trình biến nạp chính là axit nucleic [ADN] của vi khuẩn dạng S bị xử lí
bằng nhiệt đã truyền tính trạng hình thành màng nhày cho tế bào dạng R làm cho vi
khuẩn này có màng nhày và gây độc.
Quá trình biến nạp phụ thuộc vào 2 yếu tố:
1
- Chủng vi khuẩn và khả năng trở thành trở thành vi khuẩn nhận [tế bào khả biến].
- Đoạn ADN biến nạp và những tính chất của nó [ADN biến nạp].
Khả năng biến nạp xuất hiện trong khoảng 15 30 phút, ở cuối pha sinh trởng cấp
số, nó phụ thuộc vào tác nhân biến nạp, tác nhân này đã đợc chiết ra từ Diplococcus
pneumoniae, nó là một loại prôtêin bền nhiệt với khối lợng phân tử thấp [khoảng
10.000 dalton], nó làm cho tế bào trở thành tế bào khả biến.
Khả năng biến nạp chỉ có ở những vi khuẩn có thể cho những phân tử ADN của tế
bào cho có khối lợng phân tử khoảng 5x10
6
dalton chui qua. ADN biến nạp phải là
đoạn axit nucleic hai mạch.
Sau khi qua màng tế bào nhận, ADN có một thời kì ẩn, tiếp đó là sự gắn ADN của
tế bào cho vào hệ gen của tế bào nhận, rất có thể ADN biến nạp kết đôi với ADN của
tế bào nhận tại đoạn tơng đồng, sau đó có sự rứt đứt và có sự trao đổi các đoạn tơng
đồng này, bằng cách đó ADN biến nạp ra nhập hệ gen của vikhuẩn nhận.
Có thể chia quá trình biến nạp thành 5 giai đoạn:
- Cố định ADN lên tế bào nhận, ở đây tế bào nhận có những vị trí để hấp phụ ADN.
- Sự xâm nhập của ADN biến nạp vào tế bào khả biến.
- Sự liên kết của ADN biến nạp với đoạn tơng đồng của thể nhiễm sắc của tế bào nhận.
Sau khi chui qua màng tế bào khả biến, ADN biến nạp chịu tác động của các enzym
giới hạn, biến đổi và sửa chữa. Nếu nó không nhanh chóng tìm thấy đợc đoạn tơng
đồng trên thể nhiễm sắc, thì nó sẽ bị phân cắt [Hình 2b].
- Sự đồng hoá ADN ngoại sinh biến nạp vào ADN nội sinh nhờ tái tổ hợp, ở đây phải
có sự tơng đồng giữa các đoạn ADN nội sinh và ADN ngoại sinh.
- Sự nhân lên của thể nhiễm sắc đã đợc đồng hoá.
Quá trình biến nạp đợc mô tả ở hình 2a và 2b
2
Hình 2a: Sơ đồ cơ chế biến nạp ở
vi khuẩn gram dơng
Hình 2: Sơ đồ quá trình biến
nạp thành công và không thành
công
Trong quần thể vi sinh vật chỉ những tế bào khả biến, mới chịu tác động của ADN
biến nạp. Việc hình thành các tế bào khả biến phụ thuộc vào giống vi sinh vật, loại
ADN biến nạp và thời kỳ sinh trởng của tế bào nhận. Một trờng hợp đặc biệt, khi
nhiễm tế bào vi khuẩn một loại axit nucleic lấy từ bacteriophage, làm cho tế bào nhận
có tính trạng của vi khuẩn đã bị nhiễm phage gọi là nhiễm nạp [Transfection].
Hiện tợng biến nạp đã chứng minh tính di truyền đặc trng của ADN, nó còn có ý
nghĩa to lớn về thực tiễn có thể thực hiện sự biến đổi định hớng tính di truyền.
* Tiếp hợp:
Tiếp hợp là hiện tợng truyền vật chất di truyền theo một chiều từ vi khuẩn cho sang
vi khuẩn nhận khi các tế bào cho và tế bào nhận tiếp xúc trực tiếp với nhau.
Năm 1946 Lederberg và Tatum đã phát hiện sự tái tổ hợp bằng tiếp hợp giữa 2 vi
khuẩn tiếp xúc trực tiếp [ Hình 3].
Hình 3: ảnh chụp TEM hai tế bào E.coli tiếp hợp nhờ lông giới tính. Tế bào F
+
ở bên phải
đợc phủ bởi nhiều nhung mao và một lông giới tính nối với tế bào F
-
Thí nghiệm: Lederberg và Tatum lấy 2 chủng khuyết dỡng bổ trợ đối nhiều đặc
điểm, xuất phát từ chủng tự dỡng E.coli K12 có khả năng tổng hợp treonin, leucin,
thiamin, phynylalanin bà biotin, kí hiệu Tr
+
, Leu
+
, B
1
+
, Phe
+
và Bio
+
. Hai chủng E.coli
khuyết dỡng có đắc điểm bổ trợ sau:
Chủng A: Tr
+
, Leu
+
, B
1
+
, Phe
-
và Bio
-
.
Chủng B: Tr
-
, Leu
-
, B
1
-
, Phe
+
và Bio
+
.
Các ông cấy 10
9
vi khuẩn A hoặc 10
9
vi khuẩn B trên môi trờng tối thiểu
không chứa bất cứ một trong năm nhân tố sinh trởng cần thiết đã nêu trên, sau một thời
gian ủ trong tủ ấm, không thấy xuất hiện bất cứ một khuẩn lạc nào. Nhng ngợc lại, khi
các ông cấy dàn hỗn hợp 10
8
các chủng A và B trên môi trờng tổng hợp tối thiểu, thì
xuất hiện một số ít khuẩn lạc, các khuẩn lạc này là những khuẩn lạc có khả năng tổng
hợp cả 5 loại nhân tố sinh trởng Tr
+
, Leu
+
, B
1
+
, Phe
+
và Bio
+
, giống nh các chủng hoang
dại tự dỡng, đó là chủng E.coli tái tổ hợp, các tế bào tái tổt hợp từ hỗn hợp huyền phù
hai chủng A và B xuất hiện với tần số 10
-6
đối với một tính trạng.
3
Hình 4: Sơ đồ thí nghiệm tái tổ hợp giữa hai chủng đột biến khuyết
dỡng E.coli bổ trợ nhau thông qua tiếp hợp
Năm 1952, Hayes chứng minh rằng các chủng A và B đợc Lederberg sử dụng
không có cùng một khả năng sinh trởng và truyền thông di truyền, hay là trong tế bào
E.coli cho có yếu tố giới tính đợc kí hiệu là F
+
[Fertility], còn tế bào không có yếu tố
giớ tính kí hiệu là F
-
chỉ có thể làm tế bào nhận. Nếu lai F
+
với F
-
thì có chủng tái tổ
hợp với tần số khoảng 10
-6
, nếu lai F
-
với F
-
thì không có sự tái tổ hợp, nếu lai F
+
với F
+
thì có thể tạo ra chủng tái tổ hợp nhng với tần số rất thấp. Bản chất của yếu tố F trong
E.coli K12 là cấu trúc ADN vòng có độ dài khoảng 2% chiều dài thể nhiễm sắc vi
khuẩn, nó gồm khoảng 10
5
cặp bazơ nitơ.
Bên cạnh chủng F
+
có khả năng tái tổ hợp với tần số thấp, còn có các chủng cho tần
số tái tổ hợp rất cao [khoảng 10
-2
, 10
-3
], gọi là chủng Hfr [High Frequency of
recombenation]. ở các chủng Hfr nhân tố F ra nhập vào thể nhiễm sắc của vi khuẩn.
Vi khuẩn nhận [F
-
] không có yếu tố giới tính F, khi tiếp hợp với tế bào cho [F
+
] mà
có thể thu đợc yếu tố F để trở thành tế bào có yếu tố giới tính [F
+
]. Hiện tợng này đợc
mô tả ở hình 5:
Hình 5
4
Một số ít tế bào nhờ kết quả việc gắn yếu tố F vào thể nhiễm sắc của vi khuẩn, mà
tế bào F
+
đã biến thành tế bào Hfr. Đợc mô tả ở hình 6:
Hình 6
Khi tế bào cho Hfr chuyền một phần thể nhiễm sắc vào tế bào nhận F
-
thì làm cho tế
bào nhận tái tổ hợp F
-
. Hiện tợng này đợc mô tả ở hình 7:
Hình 7
Sự vận chuyển thể nhiễm sắc từ vi khuẩn Hfr không phổ biến bằng sự vận chuyển
các plasmid của vi khuẩn F
+
cho vi khuẩn nhận, do kích thớc của plasmid bé hơn nên
sự vận chuyển dễ hơn và diễn ra thờng xuyên hơn, hơn nữa khi plasmid đã đợc chuyển
sang thì không gia nhập vào hệ gen của vi khuẩn mà tồn tại độc lập ở ngoài hệ gen này.
Yếu tố F có thể gắn vào bất kỳ điểm nào của thể nhiễm sắc, chỗ gắn yếu tố F quy
định điểm và lực khởi đầu của thể nhiễm sắc và hớng vận chuyển của thể nhiễm sắc
này cho tế bào nhận, điều đó có ý nghĩa cho phép nghiên cứu mối liên hệ giữa các gen
và có thể vẽ đợc bản đồ di truyền của tế bào.
* Tải nạp:
Tải nạp là quá trình truyền thông tin di truyền từ một vi khuẩn [nòi cho] sang vi
khuẩn khác [nòi nhận] thông qua vật trung gian là thể thực khuẩn.
Hiện tợng tải nạp đợc phát hiện lần đầu tiên vào năm 1951 nhờ thí nghiệm của
Zinder và Lederberg làm trên Salmonella typhimurium. Zinder đã làm thí nghiệm với
hai chủng khuyết dỡng Salmonella: chủng thứ nhất [2A] cần histidine để phát triển
[H
-
], chủng thứ hai [22A] cần tryptophan [T
-
]. Trong một ống hình chữ U mà ở đáy có
một màng kính ngăn không cho các vi khuẩn đi qua, nhng có thể cho virut đi qua. Các
ông cho vào một nhánh 10
8
vi khuẩn 22A [Triptophane-] và nhánh kia -10
8
vi khuẩn
2A [histidine-]. Sau một thời gian thì ở nhánh vi khuẩn 22A ngời ta thu đợc các chủng
tự dỡng với tần số khoảng10
-5
và không thấy tế bào tự dỡng nào ở nhánh của chủng 2A.
[Hình 8]
5
Các quá trình biến nạp, tải nạp và tiếp hợp ở vi khuẩn
Hình thức sinh sản chủ yếu của vi khuẩn là phân đôi tế bào, qua quá trình phân đôi vật chất di truyền của vi khuẩn mẹ sẽ được truyền cho các vi khuẩn con. » Xem thêm
» Thu gọn
Chủ đề:
- giáo trình
- giáo án
- giáo trình đại học
- giáo án đại học
- giáo trình cao đẳng
- giáo án cao đẳng
Download
Xem online
Tóm tắt nội dung tài liệu
- CÂU HỎI: Trình bày tóm tắt các quá trình biến nạp, tải nạp và tiếp hợp ở vi khuẩn? BÀI LÀM: Hình thức sinh sản chủ yếu của vi khuẩn là phân đôi tế bào, qua quá trình phân đôi vật chất di truyền của vi khuẩn mẹ sẽ được truyền cho các vi khuẩn con. Tuy nhiên cũng có trường hợp vật chất di truyền của vi khuẩn này [vi khuẩn cho] chuyển sang vi khuẩn nhận thuộc chủng khác, có ba cách chuyển thông tin di truyền từ tế bào cho sang tế bào nhận là: biến nạp, tải nạp và tiếp hợp. * Biến nạp [transformation]: Biến nạp: Biến nạp chỉ những biến đổi tính trạng của vi khuẩn dưới ảnh hưởng của ADN dung dịch được tách chiết từ vi khuẩn cho xâm nhập vào vi khuẩn nhận. Hiện tượng biến nạp được nhà vi khuẩn học Griffith phát hiện vào năm 1928 và được làm sáng tỏ nhờ những thực nghiệm của Avery, Mac Leod và Mac Carthy. Thí nghiệm: Griffith đã tiêm cho chuột một liều vi khuẩn Diplococcus pneumoniae dạng S [ có màng nhày, gây bệnh viêm phôi nặng] làm cho chuột chết. Nếu xử lý bằng nhiệt thì vi khuẩn này không có khả năng gây bệnh cho chuột. Tiêm vi khuẩn dạng R [ không có màng nhày] không gây độc đối với chuột. Nhưng khi ông tiêm cho chuột một hỗn hợp các vi khuẩn dạng R [ không có màng nhày] với vi khuẩn dạng S [có màng nhày], nhưng đã xử lí bằng nhiệt, thì thấy chuột vẫn bị chết. Từ máu chết ông đã phân lập được Diplococcus pneumoniae dạng S điển hình. Điều đó có nghĩa các vi khuẩn dạng S bị chết vì nhiệt đã truyền khả năng tạo vỏ nhày cho các tế bào dạng R làm cho nó trở thành tế bào dạng S và tính chất này được truyền cho các thế hệ con cháu của tế bào dạng S mới [Hình 1]. Hình 1: Sơ đồ thí nghiệm của Griffith Tuy nhiên Griffith đã sai lầm cho rằng hiện tượng biến nạp là do tác động của cơ chất polyholosilic màng nhày, đến năm 1944 Avery và các cộng sự, đã chứng minh tác nhân của quá trình biến nạp chính là axit nucleic [ADN] của vi khuẩn dạng S bị xử lí bằng nhiệt đã truyền tính trạng hình thành màng nhày cho tế bào dạng R làm cho vi khuẩn này có màng nhày và gây độc. Quá trình biến nạp phụ thuộc vào 2 yếu tố: 1
- - Chủng vi khuẩn và khả năng trở thành trở thành vi khuẩn nhận [tế bào khả biến]. - Đoạn ADN biến nạp và những tính chất của nó [ADN biến nạp]. Khả năng biến nạp xuất hiện trong khoảng 15 – 30 phút, ở cuối pha sinh trưởng cấp số, nó phụ thuộc vào tác nhân biến nạp, tác nhân này đã được chiết ra từ Diplococcus pneumoniae, nó là một loại prôtêin bền nhiệt với khối lượng phân tử thấp [khoảng 10.000 dalton], nó làm cho tế bào trở thành tế bào khả biến. Khả năng biến nạp chỉ có ở những vi khuẩn có thể cho những phân tử ADN của tế bào cho có khối lượng phân tử khoảng 5x106 dalton chui qua. ADN biến nạp phải là đoạn axit nucleic hai mạch. Sau khi qua màng tế bào nhận, ADN có một thời kì ẩn, tiếp đó là sự gắn ADN của tế bào cho vào hệ gen của tế bào nhận, rất có thể ADN biến nạp kết đôi với ADN của tế bào nhận tại đoạn tương đồng, sau đó có sự rứt đứt và có sự trao đổi các đoạn tương đồng này, bằng cách đó ADN biến nạp ra nhập hệ gen của vikhuẩn nhận. Có thể chia quá trình biến nạp thành 5 giai đoạn: - Cố định ADN lên tế bào nhận, ở đây tế bào nhận có những vị trí để hấp phụ ADN. - Sự xâm nhập của ADN biến nạp vào tế bào khả biến. - Sự liên kết của ADN biến nạp với đoạn tương đồng của thể nhiễm sắc của tế bào nhận. Sau khi chui qua màng tế bào khả biến, ADN biến nạp chịu tác động của các enzym giới hạn, biến đổi và sửa chữa. Nếu nó không nhanh chóng tìm thấy được đoạn tương đồng trên thể nhiễm sắc, thì nó sẽ bị phân cắt [Hình 2b]. - Sự đồng hoá ADN ngoại sinh biến nạp vào ADN nội sinh nhờ tái tổ hợp, ở đây phải có sự tương đồng giữa các đoạn ADN nội sinh và ADN ngoại sinh. - Sự nhân lên của thể nhiễm sắc đã được đồng hoá. Quá trình biến nạp được mô tả ở hình 2a và 2b Hình 2a: Sơ đồ cơ chế biến nạp ở vi Hình 2: Sơ đồ quá trình biến nạp 2 khuẩn gram dương thành công và không thành công
- Trong quần thể vi sinh vật chỉ những tế bào khả biến, mới chịu tác động của ADN biến nạp. Việc hình thành các tế bào khả biến phụ thuộc vào giống vi sinh vật, loại ADN biến nạp và thời kỳ sinh trưởng của tế bào nhận. Một trường hợp đặc biệt, khi nhiễm tế bào vi khuẩn một loại axit nucleic lấy từ bacteriophage, làm cho tế bào nhận có tính trạng của vi khuẩn đã bị nhiễm phage gọi là nhiễm nạp [Transfection]. Hiện tượng biến nạp đã chứng minh tính di truyền đặc trưng của ADN, nó còn có ý nghĩa to lớn về thực tiễn có thể thực hiện sự biến đổi định hướng tính di truyền. * Tiếp hợp: Tiếp hợp là hiện tượng truyền vật chất di truyền theo một chiều từ vi khuẩn cho sang vi khuẩn nhận khi các tế bào cho và tế bào nhận tiếp xúc trực tiếp với nhau. Năm 1946 Lederberg và Tatum đã phát hiện sự tái tổ hợp bằng tiếp hợp giữa 2 vi khuẩn tiếp xúc trực tiếp [ Hình 3]. Hình 3: ảnh chụp TEM hai tế bào E.coli tiếp hợp nhờ lông giới tính. Tế bào F+ ở bên phải được phủ bởi nhiều nhung mao và một lông giới tính nối với tế bào F- Thí nghiệm: Lederberg và Tatum lấy 2 chủng khuyết dưỡng bổ trợ đối nhiều đặc điểm, xuất phát từ chủng tự dưỡng E.coli K12 có khả năng tổng hợp treonin, leucin, thiamin, phynylalanin bà biotin, kí hiệu Tr+, Leu+, B1+, Phe+ và Bio+. Hai chủng E.coli khuyết dưỡng có đắc điểm bổ trợ sau: Chủng A: Tr+, Leu+, B1+, Phe- và Bio-. Chủng B: Tr-, Leu-, B1-, Phe+ và Bio+. Các ông cấy 109 vi khuẩn A hoặc 109 vi khuẩn B trên môi trường tối thiểu không chứa bất cứ một trong năm nhân tố sinh trưởng cần thiết đã nêu trên, sau một thời gian ủ trong tủ ấm, không thấy xuất hiện bất cứ một khuẩn lạc nào. Nhưng ngược lại, khi các ông cấy dàn hỗn hợp 108 các chủng A và B trên môi trường tổng hợp tối thiểu, thì xuất hiện một số ít khuẩn lạc, các khuẩn lạc này là những khuẩn lạc có khả năng tổng hợp cả 5 loại nhân tố sinh trưởng Tr+, Leu+, B1+, Phe+ và Bio+, giống như 3
- các chủng hoang dại tự dưỡng, đó là chủng E.coli tái tổ hợp, các tế bào tái tổt hợp từ hỗn hợp huyền phù hai chủng A và B xuất hiện với tần số 10-6 đối với một tính trạng. Hình 4: Sơ đồ thí nghiệm tái tổ hợp giữa hai chủng đột biến khuyết dưỡng E.coli bổ trợ nhau thông qua tiếp hợp Năm 1952, Hayes chứng minh rằng các chủng A và B được Lederberg sử dụng không có cùng một khả năng sinh trưởng và truyền thông di truyền, hay là trong tế bào E.coli cho có yếu tố giới tính được kí hiệu là F+ [Fertility], còn tế bào không có yếu tố giớ tính kí hiệu là F- chỉ có thể làm tế bào nhận. Nếu lai F+ với F- thì có chủng tái tổ hợp với tần số khoảng 10-6, nếu lai F- với F- thì không có sự tái tổ hợp, nếu lai F+ với F+ thì có thể tạo ra chủng tái tổ hợp nhưng với tần số rất thấp. Bản chất của yếu tố F trong E.coli K12 là cấu trúc ADN vòng có độ dài khoảng 2% chiều dài thể nhiễm sắc vi khuẩn, nó gồm khoảng 105 cặp bazơ nitơ. Bên cạnh chủng F+ có khả năng tái tổ hợp với tần số thấp, còn có các chủng cho tần số tái tổ hợp rất cao [khoảng 10-2, 10-3], gọi là chủng Hfr [High Frequency of recombenation]. Ở các chủng Hfr nhân tố F ra nhập vào thể nhiễm sắc của vi khuẩn. Vi khuẩn nhận [F-] không có yếu tố giới tính F, khi tiếp hợp với tế bào cho [F+] mà có thể thu được yếu tố F để trở thành tế bào có yếu tố giới tính [F+]. Hiện tượng này được mô tả ở hình 5: 4
- Hình 5 Một số ít tế bào nhờ kết quả việc gắn yếu tố F vào thể nhiễm sắc của vi khuẩn, mà tế bào F+ đã biến thành tế bào Hfr. Được mô tả ở hình 6: Hình 6 Khi tế bào cho Hfr chuyền một phần thể nhiễm sắc vào tế bào nhận F- thì làm cho tế bào nhận tái tổ hợp F-. Hiện tượng này được mô tả ở hình 7: Hình 7 Sự vận chuyển thể nhiễm sắc từ vi khuẩn Hfr không phổ biến bằng sự vận chuyển các plasmid của vi khuẩn F+ cho vi khuẩn nhận, do kích thước của plasmid bé hơn nên sự vận chuyển dễ hơn và diễn ra thường xuyên hơn, hơn nữa khi plasmid đã được chuyển sang thì không gia nhập vào hệ gen của vi khuẩn mà tồn tại độc lập ở ngoài hệ gen này. Yếu tố F có thể gắn vào bất kỳ điểm nào của thể nhiễm sắc, chỗ gắn yếu tố F quy định điểm và “lực khởi đầu” của thể nhiễm sắc và hướng vận chuyển của thể nhiễm sắc này cho tế bào nhận, điều đó có ý nghĩa cho phép nghiên cứu mối liên hệ giữa các gen và có thể vẽ được bản đồ di truyền của tế bào. * Tải nạp: Tải nạp là quá trình truyền thông tin di truyền từ một vi khuẩn [nòi cho] sang vi khuẩn khác [nòi nhận] thông qua vật trung gian là thể thực khuẩn. Hiện tượng tải nạp được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1951 nhờ thí nghiệm của Zinder và Lederberg làm trên Salmonella typhimurium. Zinder đã làm thí nghiệm với hai chủng khuyết dưỡng Salmonella: chủng thứ nhất [2A] cần histidine để phát triển [H-], chủng thứ hai [22A] cần tryptophan [T-]. Trong một ống hình chữ U mà ở đáy có một màng kính ngăn không cho các vi khuẩn đi qua, nhưng có thể cho virut đi qua. Các ông cho vào một nhánh 108 vi khuẩn 22A [Triptophane-] và nhánh kia -108 5
- vi khuẩn 2A [histidine-]. Sau một thời gian thì ở nhánh vi khuẩn 22A người ta thu được các chủng tự dưỡng với tần số khoảng10-5 và không thấy tế bào tự dưỡng nào ở nhánh của chủng 2A. [Hình 8] Hình 8: Thí nghiệm của Zinder và Lederberg Như vậy, phage ôn hoà P22 sinh sản trong tế bào cho 2A, sau khi làm tan tế bào, giải phóng ra các hạt phage mới, một số phage trong quá trình hình thành, đáng lẽ phải mang ADN của riêng mình, thì lại mang đoạn ADN của tế bào chủ [tức là tế bào 2A], khi trộn phage tải nạp này với huyền phù của tế bào nhận 22A, thì các phage này tấn công, nhưng các chủng 22A là các tế bào sinh tan đối với phage p22, nên những tế bào 22A không bị tan mà còn tiếp nhận đoạn ADN của tế bào cho 2A do phage 22 mang đến [Hình 9]. Hình 9: Quá trình tải nạp Có hai dạng tải nạp chủ yếu: - Tải nạp không đặc hiệu là loại tải nạp, khi phage có thể gắn vào đoạn bất kỳ gen nào của tế bào chủ và do đó có thể chuyển bất kì gen nào sang cho tế bào nhận. - Tải nạp đặc hiệu là loại chuyển những gen xác định của tế bào cho sang tế bào nhận. Một trường hợp khác, khi đoạn gen ngoại lai [exogenote] không được nhân lên trong tế bào nhận và nó bị thưa dần trong quá trình phân chia của tế bào, đó là tải nạp đình trệ [abortif transduction]. 6
- Năm 1952, Zinder thí ngiệm với vi khuẩn thương hàn Salmonella typhimurium, ông nhiễm cho chủng vi khuẩn tự dưỡng biotin [B+] bằng phage ôn hoà P22, sau khi làm tan vi khuẩn, ông đưa P22 vào huyền phù có tế bào nhân, tế bào khuyết dưỡng biotin [B-] tế bào sinh tan đối với P22, thì thấy xuất hiện các tế bào B+ trong huyền phù tế bào khuyết dưỡng. Sơ đồ thí nhiệm được mô tả ở hình 10. Hình 10: Sơ đồ thí nghiệm tải nạp khi dùng chủng tự dưỡng biotin B+ làm chủng cho và chủng khuyết dưỡng biotin B- làm chủng nhận Trên vi khuẩn Salmonella typhimurium còn phát hiện thấy hiện tượng tải nạp đối với gen qui định tính bền vững vơi Streptomycin [Sr]. Qua trình tải nạp đối với gen này nhờ phage ôn hoà tương ứng được nêu trong sơ đồ hình 11: Hình 11: Sơ đồ truyền nguyên liệu di truyền trong quá trình tải nạp yếu tô Sr 7
- Đoạn ADN của tế bào cho sau khi đã được tải nạp vào tế bào nhận có thể biến đổi theo các hướng sau:[Hình 12] - Đôi khi đoạn gen tải nạp bị mất đi qua những lần phân chia tế bào tiếp sau và khi đó kiểu gen của tế bào nhận không thay đổi [kiểu A]. - Khi hệ gen của vi khuẩn sinh sản đoạn tải nạp không sinh sản vì sau mỗi lần phân chia tế bào, nó chỉ chuyển đến một trong hai tế bào con [kiểu B]. - Tế bào được tải nạp mở đầu cho một dòng tế bào [dòng dị gen tử ], những tế bào này, ngoài hệ gen đầy đủ của vi khuẩn còn mang một đoạn nguyên liệu di truyền nhỏ của vi khuẩn cho. Đoạn này tái sinh đồng thời với hệ gen của vi khuẩn nhận và được truyền cho tất cả các tế bào con qua các lần phân bào [kiểu C]. - Trong quá trình tải nạp có thể xuất hiện những dòng vi khuẩn tái tổ hợp di truyền bền vững do đoạn tải nạp gắn với hệ gen của vi khuẩn bằng cách thay thế đoạn tương đồng trên hệ gen này [kiểu D]. Hình 12: Sơ đồ hoạt động của đoạn nguyên liệu di truyền trong qua trình tải nạp Việc nghiên cứu hiện tượng tại nạp có thể biết được khoảng cách giữa các gen và do đó xác định được vị trí của chúng trên thể nhiễm sắc. Việc phát hiện và làm rõ được bản chất của các quá trình chuyển gen ở vi khuẩn có ý nghĩa rất to lơn trong việc ứng dụng vào công nghệ sinh học vục phụ đời sống của con người, như: tạo ra được các chủng vi khuẩn sản xuất ra hooc môn insulin bằng cách chuyển gen quy định insulin ở tế bào người vào vi khuẩn. Tạo ra các chủng vi khuẩn sản xuất hooc môn sinh trưởng, chuyển gen kháng virus ở vi khuân vào cây… 8
- Tuy nhiên việc nghiên cứu di truyền ở vi sinh vật còn nhiều vấn đề cần phải tiếp tục làm rõ và mở ra nhiều triển vọng trong khoa học hiện đại. 9
Sự khác biệt giữa chuyển đổi và chuyển đổi
Các ự khác biệt chính giữa biến đổi và tải nạp là ự biến đổi là một cơ chế làm thay đổi vật chất di truyền của vi khuẩn bằng cách hấp thu trực tiếp vật chất di
Ví dụSửa đổi
Sơ đồ ở hình 1 mô tả sự chuyển một đoạn phân tử DNA [màu vàng, chú thích 4] của plasmit [màu đỏ, chú thích 3] ở tế bào cho [hình ôvan] sang tế bào nhận [hình chữ nhật] qua các giai đoạn [bước] tóm tắt như sau.
Bước I: Đoạn DNA [4] bị enzim [5] cắt rời khỏi plasmit [3] rồi "văng" ra ngoài tế bào cho.
DNA của một tế bào vi khuẩn nằm trong tế bào chất [1], nhưng cũng có thể nằm trong plasmid, một vòng DNA độc lập, tròn. Gen được chuyển [4] nằm trên plasmid của tế bào 1 [3], nhưng không nằm trên plasmid của tế bào vi khuẩn 2 [2]. Để loại bỏ gen khỏi plasmid của tế bào vi khuẩn 1, một enzyme cắt giới hạn [5] được sử dụng. Enzim giới hạn liên kết với một vị trí cụ thể trên DNA và cắt đứt nó, giải phóng gen thỏa đáng. Các gen được loại bỏ tự nhiên và giải phóng ra môi trường thường sau khi một tế bào chết và tan rã.
Bước II: Tế bào vi khuẩn 2 chiếm gen. Sự tích hợp vật liệu di truyền từ môi trường này là một công cụ tiến hóa và phổ biến trong các tế bào vi khuẩn.
Bước III: Enzyme DNA ligase [6] bổ sung gen vào plasmid của tế bào vi khuẩn 2 bằng cách hình thành liên kết hóa học giữa hai phân đoạn nối chúng lại với nhau.
Bước IV: Plasmid của tế bào vi khuẩn 2 hiện chứa gen từ tế bào vi khuẩn 1 [7]. Gen này đã được chuyển từ tế bào vi khuẩn này sang tế bào khác và quá trình biến đổi đã hoàn tất.
DNA này nằm tự do trong môi trường [dung dịch] do một vi khuẩn [thể cho] phóng ra. Tế bào thể cho và thể nhận có thể được bắt nguồn từ những sinh vật khác nhau như: thực vật, động vật và vi sinh vật. Trong khuôn khổ của mục này chỉ xét hiện tượng biến nạp ở vi khuẩn. Khác với tiếp hợp và tải nạp, biến nạp không cần sự tiếp xúc trực tiếp giữa 2 tế bào cũng như không cần vật trung gian như các phage.
Các tế bào ở trạng thái có thể được biến nạp được gọi là khả nạp [competent]. Như vậy, qua biến nạp, một nòi vi khuẩn bị biến đổi về mặt di truyền do tiếp thu acid nucleic của một nòi khác. Cơ chế biến nạp chủ yếu bao gồm việc vi khuẩn thể nhận tiếp nhận DNA của thể cho [gọi là đoạn ngoại lai, exogenote] và sau đó DNA này có thể trao đổi với đoạn DNA tương đồng của thể nhận [gọi là đoạn nội tại, endogenote] bằng trao đổi chéo. Những tế bào có khả năng tiếp nhận DNA gọi là các tế bào khả biến [competent]. Tế bào vi khuẩn nhận đoạn ngoại lai lúc đó có bộ gene ở trạng thái lưỡng bội một phần [merodiploid] hay hợp tử từng phần [merozygote]. Quá trình trao đổi thông tin di truyền bằng cách chuyển chỉ một phần vật chất di truyền như thế được gọi là sự giao nạp hay tiếp hợp từng phần [meromixis].
Tương tự như trong tiếp hợp và tải nạp, để lập bản đồ di truyền bằng biến nạp cần có các tế bào thể cho và thể nhận có các kiểu gene khác nhau. Về mặt thực nghiệm, DNA được tách ra từ các tế bào thể cho, sau đó được đưa vào quần thể các thể bào thể nhận. Các tế bào thể nhận sẽ tiếp nhận các đoạn DNA một cách ngẫu nhiên. Không phải tất cả các loài vi khuẩn đều có khả năng tiếp nhận DNA. Ngay cả những loài có khả năng này cũng chỉ có thể tiếp nhận được DNA ở những pha sinh trưởng nhất định và trong môi trường nuôi cấy cụ thể. Các loài Streptoccocus pneumoniae [tức Diplococcus] và Bacillus subtilis tương đối dễ dàng trở thành khả biến hơn, trong khi E. coli phải mất đi hai loại enzyme exonuclease và phải được nuôi cấy trong môi trường có nồng độ cao của calcium chloride để làm cho màng tế bào của nó có thể thấm được DNA. Do vậy để lập bản đồ gene ở E. coli người ta ưa dùng tiếp hợp và tải nạp hơn. Tuy nhiên, trong công nghệ DNA tái tổ hợp, biến nạp E. coli là một khâu rất quan trọng [chương 8].
Để biến nạp có thể xảy ra với hiệu quả cao ở vi khuẩn, chẳng hạn B. subtilis, DNA biến nạp phải có mạch kép và phân tử lượng tương đối cao [1.106 dalton]. Khi DNA xuyên qua màng tế bào của vi khuẩn khả biến thì một trong các sợi của DNA bị phân huỷ. Sau đó sợi đơn DNA chuyển sang có thể trao đổi với nhiễm sắc thể thể nhận ở vùng tương đồng; sự kiện này có thể phát hiện được nhờ những khác biệt di truyền thích hợp giữa các tế bào thể cho và thể nhận.
Tóm lại, hiệu quả của biến nạp phụ thuộc vào ba yếu tố:
[i] Tính dung nạp hay khả biến của tế bào thể nhận;
[ii] Kích thước của đoạn DNA được biến nạp;
[iii] Nồng độ của DNA.
Cơ chế phân tử của biến nạp [trong thí nghiệm Griffith], về cơ bản, có thể giải thích như sau:
[i] DNA sợi kép tế bào vi khuẩn cho S xâm nhập qua màng tế bào vi khuẩn nhận R, với một sợi đơn bị phân huỷ bởi nuclease;
[ii] DNA thể nhận R biến tính ở vùng tương đồng để bắt cặp hay tiếp hợp [synapsis] với đoạn DNA sợi đơn còn lại của thể cho S. Để có thể tái tổ hợp bình thường ở vi khuẩn cần có protein được mã hoá bởi gene recA+.
[iii] Phân tử DNA với đoạn lai [heteroduplex] "R-S" tái bản tạo ra hai DNA sợi kép con: một sợi kép "R-R" và một sợi kép khác có mang đoạn DNA thể nhận "S-S", tất cả có hai sợi đơn giống nhau [homoduplex].
Từ thí nghiệm của Avery và cs, ta thấy rằng: Mặc dù thành phần hoá học của vỏ vi khuẩn [capsule] được xác định bằng các gene, nhưng mối quan hệ đó là gián tiếp. DNA được phiên mã thành RNA và RNA được dịch mã thành các protein. Kiểu hình của pneumococcus — thành phần của vỏ polysaccharide — được xác định bằng các enzyme [proteins] cụ thể [dùng để tổng hợp polysaccharide].
- Xác định liên kết gene bằng biến nạp
Trong quá trình tách chiết DNA để tiến hành biến nạp, nhiếm sắc thể của vi khuẩn thường bị đứt ra thành khoảng 250 đoạn, tức các phân tử riêng biệt. Các gene nằm ở những vị trí khác nhau trên nhiễm sắc thể vi khuẩn khi đó sẽ bị tách rời nhau và được truyền đi trong quá trình biến nạp một cách độc lập. Vì số gene ở vi khuẩn rất lớn mà số đoạn DNA lại hạn chế nên không loại trừ các trường hợp hai gene khác nhau cùng nằm trên một đoạn DNA, và vì vậy, cùng được chuyển đi. Trên thực tế những trường hợp như thế đã quan sát thấy ở hàng loạt vi khuẩn và gọi là biến nạp liên kết. Có thể phát hiện được biến nạp liên kết bằng cách xác định tần số biến nạp kép [biến nạp đồng thời hai gene, hay đồng biến nạp, cotransformed] và so sánh nó với trị số kỳ vọng khi hai gene được truyền đi một cách độc lập. Trong thí nghiệm người ta xác định sự liên kết gene bằng cách phát hiện hiệu quả pha loãng DNA. Trong một giới hạn nào đó của nồng độ DNA thì tần số biến nạp tỉ lệ tuyến tính với nồng độ DNA. Nếu hai gene nằm trên cùng một đoạn DNA thì sự biến đổi tần số biến nạp kép [liên kết] sẽ giống như biến nạp đơn. Còn nếu như biến nạp kép là do hai đoạn DNA khác nhau cùng chui vào tế bào [không liên kết] thì đường cong biến đổi của tần số biến nạp kép sẽ có độ dốc rõ rệt hơn so với biến nạp đơn.
Biến nạp chỉ được dùng để lập bản đồ gene cho một số loài. DNA thể cho được tách ra và làm đứt gãy thành những đoạn nhỏ. Đối với những tế bào khả biến, tần số biến nạp khoảng 1/ 103 tế bào. Nếu hai gene a và b xa nhau trên nhiễm sắc thể thì nó thường nằm ở 2 đoạn bị đứt ra khác nhau. Khi đó tần số biến nạp cả hai gene này vào thể cho sẽ khoảng 1/103 x 1/103 = 1/106. Nếu hai gene này gần nhau thì tần số đồng biến nạp của chúng xấp xỉ bằng biến nạp đơn: 1/103. Nghiên cứu khả năng đi kèm nhau của các gene biến nạp có thể xác định được trật tự của chúng.
Biến nạp là quá trình chuyển vỏ polisaccrit từ vi khuẩn S đã chết sang vi khuẩn R làm xuất hiện vi khuẩn S độc
Sự vận chuyển di truyền ở vi khuẩn
7/10/2017 11:56:00 AM
Sự tiến hóa của vi sinh vật phụ thuộc vào sự biến dị và sự chọn lọc. Nó diễn ra chậm chạp, lúc sự biến dị xảy ra do tích lũy những biến dị liên tiếp ở một chủng sinh vật
Di truyền là sự duy trì các đặc điểm qua nhiều thế hệ. Cơ sở vật chất của di truyền là nhiễm sắc thể. Nhiễm sắc thể của vi khuẩn ví dụ như của E.coli gồm 5x106 đôi nucleotide chia thành nhiều đoạn gọi là gen, mỗi gen quyết định sự tổng hợp một protein đặc hiệu. Những protein đặc hiệu như enzyme và những cấu tạo khác của tế bào xác định tất cả các tính trạng của một cá thể.
Nhiễm sắc thể chịu sự nhân đôi trước khi phân bào. Do đó mỗi tế bào con nhận một bộ gen tương đương với tế bào mẹ. Sự nhân đôi của nhiễm sắc thể là một quá trình chính xác, tuy nhiên mỗi gen có một xác xuất nhỏ về sai sót trong sao chép, do đó làm phát sinh đột biến. Đột biến xảy ra ngẫu nhiên không cần sự can thiệp của môi trường bên ngoài với một tần suất rất nhỏ từ 10-5 đến 10-9.
Sự tiến hóa của vi sinh vật phụ thuộc vào sự biến dị và sự chọn lọc. Nó diễn ra chậm chạp, lúc sự biến dị xảy ra do tích lũy những biến dị liên tiếp ở một chủng sinh vật. Quá trình này trở nên nhanh chóng ở vi sinh vật nhờ các vi sinh vật phát triển những cơ chế vận chuyển di truyền giữa các cá thể.
Vi khuẩn vận chuyển những yếu tố di truyền qua ba cơ chế: biến nạp, tải nạp và tiếp hợp.
Trong biến nạp, một đoạn ADN được vận chuyển vào tế bào nhận. Đây là một cơ chế thô sơ của sự vận chuyển gen.
Trong tải nạp và tiếp hợp, những plasmid được vận chuyển qua trung gian của phage hoặc qua tiếp xúc.
Plasmid là những phân tử ADN dạng vòng tròn nằm ngoài nhiễm sắc thể và có khả năng tự sao chép. Plasmid có trọng khối nhỏ so với nhiễm sắc thể. Hai plasmid gọi là không phù hợp nếu chúng không thể tồn tại bền vững trong cùng một tế bào. Những plasmid F mang nhân tố sinh sản F. Những plasmid cùng tồn tại trong một vi khuẩn với nhân tố F gọi là Fi+ nếu chúng ngăn cản sự tiếp hợp của F, gọi là Fi- trong trường hợp ngược lại.
Nội dung Quá trình biến nạp tải nạp và tiếp hợp ở vi khuẩn
Trước khi tải bạn có thể xem qua phần preview bên dưới. Hệ thống tự động lấy ngẫu nhiên 20% các trang trong tài liệu Quá trình biến nạp tải nạp và tiếp hợp ở vi khuẩn để tạo dạng ảnh để hiện thị ra. Ảnh hiển thị dưới dạng slide nên bạn thực hiện chuyển slide để xem hết các trang.
Bạn lưu ý là do hiển thị ngẫu nhiên nên có thể thấy ngắt quãng một số trang, nhưng trong nội dung file tải về sẽ đầy đủ 8 trang. Chúng tôi khuyễn khích bạn nên xem kỹ phần preview này để chắc chắn đây là tài liệu bạn cần tải.
Xem preview Quá trình biến nạp tải nạp và tiếp hợp ở vi khuẩn
Nếu bạn đang xem trên máy tính thì bạn có thể click vào phần ảnh nhỏ phía bên dưới hoặc cũng có thể click vào mũi bên sang trái, sang phải để chuyển nội dung slide.Nếu sử dụng điện thoại thì bạn chỉ việc dùng ngón tay gạt sang trái, sang phải để chuyển nội dung slide.
Biến đổi là gì?
Fred Griffith, một nhân viên y tế thuộc Bộ Y tế Anh tại London, đã phát hiện ra quá trình biến đổi vào năm 1928. Đây là cơ chế giúp vi khuẩn hấp thụ các đoạn DNA từ môi trường và kết hợp nó vào nhiễm sắc thể của chúng. Sau khi chuyển đổi thành công, ô nhận [biến đổi] đạt được một số đặc điểm không có trước đây trong nó. Ở prokaryote như vi khuẩn, sự biến đổi xảy ra thường xuyên khi các tế bào tồn tại với số lượng lớn, chẳng hạn như trong đường ruột của con người hoặc trong đất giàu.
Hình 01: Biến đổi
Để thực hiện chuyển đổi thành công, vi khuẩn phải đủ khả năng. Do đó, sự biến đổi hoặc khả năng của một tế bào hấp thu DNA ngoại bào từ môi trường phụ thuộc vào khả năng của vi khuẩn. Khả năng phụ thuộc vào tính chất thay đổi giữa các loài vi khuẩn. Chuyển đổi có thể được thực hiện một cách giả tạo; đôi khi nó còn xảy ra một cách tự nhiên Nếu nó xảy ra tự nhiên, nó làm tăng khả năng gây bệnh thường xuyên hơn.
Truyền tải là gì?
Không giống như chuyển đổi, sự tải nạp đòi hỏi một virus như một tác nhân để mang đoạn DNA từ người hiến tặng đến tế bào người nhận. Những vi-rút này là vi-rút lây nhiễm vi khuẩn hoặc vi khuẩn. Giống như tất cả các loại vi-rút, các vi khuẩn này có lõi DNA hoặc RNA được bao quanh bởi một lớp vỏ protein. Vi khuẩn bám vào các thụ thể bề mặt của vi khuẩn và tiêm trực tiếp DNA virus vào vi khuẩn.
Sự tải nạp xảy ra theo hai cách: chu kỳ lytic hoặc chu kỳ sinh lý. Trong chu kỳ lylic, phage virus xâm nhập vào tế bào chủ, phá hủy nhiễm sắc thể của vật chủ và tự nhân lên trong tế bào chủ. Cuối cùng, các phage này phá hủy [lyse] cùng một tế bào chủ; do đó, chúng tôi gọi chúng là các phage độc lực. Không giống như trong chu kỳ lylic, sự ly giải trực tiếp của tế bào vi khuẩn không xảy ra trong chu trình sinh lý. Trong chu trình sinh lý, DNA của phage tích hợp với nhiễm sắc thể chủ như một lời tiên tri. Sau khi tích hợp, tế bào chủ trải qua quá trình sao chép DNA và phân hạch nhị phân, dẫn đến các bản sao của tế bào chủ với những lời tiên tri. Cuối cùng, những lời tiên tri này sẽ tự bào chữa khỏi nhiễm sắc thể của vật chủ và đi đến chu kỳ lylic.
Hình 02: Tải nạp
Sự tải nạp là một công cụ hữu ích trong kỹ thuật di truyền khi đưa gen lạ vào vi khuẩn. Ngoài ra, rất hữu ích để hiểu cơ chế mà thuốc kháng sinh trở nên không hiệu quả do sự chuyển gen kháng kháng sinh giữa các vi khuẩn.