Conjugatie (genetica)
Bacteriële conjugatie is de overdracht van genetisch materiaal tussen bacteriële cellen door direct celcontact of door een brugvormige verbinding tussen twee cellen.
Conjugatie is een mechanisme van horizontale genoverdracht, net als transformatie en transductie, hoewel deze twee andere mechanismen geen cel-naar-cel contact met zich meebrengen.
Bacteriële vervoeging werd ontdekt door Nobelprijswinnaars Joshua Lederberg en Edward Tatum. Zij toonden aan dat de bacterie Escherichia coli een seksuele fase inging waarin zij genetische informatie kon delen.
Bacteriële conjugatie wordt vaak ten onrechte beschouwd als het equivalent van seksuele voortplanting, omdat het gaat om de uitwisseling van genetisch materiaal. Tijdens de conjugatie zorgt de donorcel voor een conjugatief of mobiliseerbaar genetisch element dat meestal een plasmide of transposon is. De meeste conjugatieve plasmiden hebben systemen die ervoor zorgen dat de ontvangende cel niet al een soortgelijk element bevat.
De overgedragen genetische informatie is vaak gunstig voor de ontvanger. Voordelen kunnen zijn: antibioticaresistentie, xenobiotische tolerantie of de mogelijkheid om nieuwe metabolieten te gebruiken. Dergelijke gunstige plasmiden kunnen worden beschouwd als bacteriële endosymbionten. Andere elementen kunnen echter worden beschouwd als bacteriële parasieten en conjugatie als een mechanisme dat door hen is ontwikkeld om hun verspreiding mogelijk te maken.
Mechanisme
De basisconjugatieve plasmide is de F-plasmide, of F-factor. Het F-plasmide is een episoom (een plasmide dat zich kan integreren in het bacterieel chromosoom) met een lengte van ongeveer 100.000 basenparen.
Er kan slechts één kopie van het F-plasmide in een bepaalde bacterie zitten, vrij of geïntegreerd, en bacteriën die een kopie bezitten worden F-positief of F-plus (aangeduid met F+) genoemd. Cellen die geen F-plasmide hebben, worden F-negatief of F-minus (F-) genoemd en kunnen functioneren als ontvangerscellen.
Schematische tekening van de bacteriële conjugatie. Conjugatiediagram 1- Donorcel produceert pilus. 2 - Pilus hecht zich aan de recipiënte cel en brengt de twee cellen samen. 3- De mobiele plasmide wordt ingesneden en een enkele streng DNA wordt dan overgebracht naar de ontvangende cel. 4- Beide cellen synthetiseren een complementaire streng om een dubbelstrengs cirkelvormig plasmide te produceren en ook pili te reproduceren; beide cellen zijn nu levensvatbare donoren.
Overdracht tussen de koninkrijken
De stikstofbinding Rhizobia is een interessant geval van koninkrijksoverschrijdende conjugatie.
Zo bevatten het tumorinducerende (Ti) plasmide van Agrobacterium en het wortel-tumorinducerende (Ri) plasmide van A. rhizogenes genen die kunnen worden overgedragen op plantencellen. Deze genen zetten plantencellen om in fabrieken die chemicaliën produceren die door de bacteriën worden gebruikt voor stikstof en energie. Geïnfecteerde cellen vormen respectievelijk kroonkurken of worteltumoren. De Ti- en Ri-plasmiden zijn dus endosymbionten van de bacterie, die op hun beurt endosymbionten (of parasieten) van de geïnfecteerde plant zijn.
Genetische manipulatie
Conjugatie is een handig middel om genetisch materiaal over te brengen naar verschillende doelen. In laboratoria zijn succesvolle overdrachten gerapporteerd van bacteriën naar gist, planten, zoogdiercellen en geïsoleerde zoogdiermitochondriën.
Conjugatie heeft voordelen ten opzichte van andere vormen van genetische overdracht. In de plantkunde is Agrobacterium-achtige conjugatie een aanvulling op andere standaardvormen zoals het tabaksmozaïekvirus (TMV). Hoewel TMV in staat is om veel plantenfamilies te besmetten, zijn dit voornamelijk kruidachtige dicots. Agrobacterium-achtige conjugatie wordt ook voornamelijk gebruikt voor dicots, maar monocot ontvangers zijn niet ongewoon.
Vragen en antwoorden
V: Wat is bacteriële conjugatie?
A: Bacteriële conjugatie is de overdracht van genetisch materiaal tussen bacteriële cellen door direct celcontact of door een brugachtige verbinding tussen twee cellen.
V: Wat zijn de andere mechanismen van horizontale genenoverdracht?
A: De andere mechanismen van horizontale genoverdracht zijn transformatie en transductie, hoewel bij deze twee andere mechanismen geen cel-tot-celcontact plaatsvindt.
V: Wie heeft bacteriële conjugatie ontdekt?
A: Bacteriële conjugatie werd ontdekt door Nobelprijswinnaars Joshua Lederberg en Edward Tatum.
V: Wat toonden Lederberg en Tatum aan over Escherichia coli tijdens conjugatie?
A: Lederberg en Tatum toonden aan dat de bacterie Escherichia coli een seksuele fase inging waarin zij genetische informatie kon delen.
V: Wat levert de donorcel tijdens de conjugatie?
A: Tijdens de conjugatie levert de donorcel een conjugatief of mobiliseerbaar genetisch element, meestal een plasmide of transposon.
V: Wat zijn de voordelen van de genetische informatie die tijdens de conjugatie wordt overgedragen?
A: De tijdens de conjugatie overgedragen genetische informatie is vaak gunstig voor de ontvanger. Voordelen kunnen zijn antibioticaresistentie, xenobioticatolerantie of het vermogen om nieuwe metabolieten te gebruiken.
V: Hoe kunnen sommige tijdens de conjugatie overgedragen elementen worden bekeken?
A: Andere elementen die tijdens conjugatie worden overgedragen, kunnen worden gezien als bacteriële parasieten en conjugatie als een door hen ontwikkeld mechanisme om hun verspreiding mogelijk te maken.
