Conjugatie (genetica) — horizontale genoverdracht bij bacteriën
Conjugatie is het directe overdrachtsmechanisme waarbij bacteriën genetisch materiaal uitwisselen via celcontact; belangrijk voor verspreiding van eigenschappen als antibioticaresistentie en adaptatie.
Conjugatie is een vorm van genetische overdracht waarbij genetisch materiaal rechtstreeks van de ene naar de andere bacteriële cel wordt overgebracht door cel‑op‑cel contact of via een tijdelijke brug. Het is een belangrijk mechanisme van horizontale genoverdracht en onderscheidt zich van transformatie en transductie, die geen direct fysiek contact tussen twee cellen vereisen. Bij conjugatie gaat het meestal om mobiele DNA‑elementen die nieuwe eigenschappen kunnen introduceren zonder voortplanting in de klassieke zin.
Afbeeldingengalerij
3 Afbeeldingen
Achtergrond en ontdekking
Het fenomeen werd in de jaren 1940 beschreven in baanbrekend werk van Joshua Lederberg en Edward Tatum. Zij toonden aan dat de bacterie Escherichia coli in staat is genetisch materiaal uit te wisselen via een gestructureerd proces. Hoewel deze uitwisseling soms informeel wordt aangeduid als "seksueel", is dat verwarring: conjugatie is geen seksuele voortplanting zoals bij meercellige organismen (vergelijking met seksuele voortplanting), maar een mechanisme voor het verplaatsen van losse genetische elementen.
Belangrijkste onderdelen en mechanismen
Conjugatieve overdracht berust meestal op plasmiden of andere mobiele elementen. Een donorcel bezit een conjugatief element, vaak een plasmide of soms een transposon, dat de informatie bevat voor aanleg van een contactstructuur (zoals een pilus) en voor de overdracht zelf. Na hechting vormt zich een mating pair; het overgedragen DNA wordt meestal gekopieerd terwijl het door de brug naar de ontvanger gaat. Soms kan een ontvanger na opname zelf ook donor worden, waardoor het element zich snel kan verspreiden binnen een populatie.
Gevolgen, toepassingen en voorbeelden
Het overgedragen materiaal geeft de ontvanger vaak directe adaptieve voordelen. Een bekend en medisch relevant voorbeeld is de verspreiding van antibioticaresistentie via conjugatieve plasmiden. Andere voordelen zijn tolerantie voor chemische stoffen, uitbreiding van metabolische capaciteiten en verbeterde overlevingskansen in nieuwe omgevingen. Sommige onderzoekers beschrijven stabiele, behulpzame plasmiden als soort bacteriële endosymbionten, terwijl andere elementen meer parasitair optreden en gezien kunnen worden als bacteriële parasieten die vooral hun eigen verspreiding bevorderen.
Kenmerken, verspreiding en onderscheid
- Conjugatie vereist doorgaans direct contact; dit kan via een sexpilus of een andere verbindingsstructuur gebeuren.
- Het mechanisme komt veel voor bij bacteriën en is ook aangetoond bij sommige archaea.
- Conjugatieve elementen variëren in grootte en samenstelling; sommige bevatten resistentiegenen, andere metabolische genen of regulerende sequenties.
- Op populatieniveau beïnvloedt conjugatie evolutionaire dynamiek: het versnelt verspreiding van voordelige eigenschappen, maar kan ook schadelijke elementen doen floreren.
Van praktisch belang zijn methoden om conjugatie te bestuderen in het laboratorium en om de verspreiding van schadelijke plasmiden tegen te gaan, bijvoorbeeld door surveillance en gerichte interventies. Voor verdere verdieping kunt u vakliteratuur en overzichtsartikelen raadplegen via relevante bronnen en databanken (algemene informatie over genetisch materiaal). Deze introductie biedt een samenhangend overzicht van wat conjugatie is, waarom het evolutionair en medisch relevant is, en welke factoren de uitkomst van deze vorm van horizontale genoverdracht bepalen.
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.
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.
Gerelateerde artikelen
Auteur
AlegsaOnline.com Conjugatie (genetica) — horizontale genoverdracht bij bacteriën Leandro Alegsa
URL: https://nl.alegsaonline.com/art/8142
Bronnen
- ncbi.nlm.nih.gov : Genetics: conjugation. in: Baron's Medical Microbiology (Baron S et al., eds)
- ncbi.nlm.nih.gov : An introduction to genetic analysis
- horizonpress.com : "Molecular machinery for DNA translocation in bacterial conjugation"
- doi.org : 10.1111/j.1365-2958.1995.mmi_17020259.x
- pubmed.ncbi.nlm.nih.gov : 7494475
- doi.org : 10.1038/340205a0
- pubmed.ncbi.nlm.nih.gov : 2666856
- pnas.org : "Genetic transformation of HeLa cells by Agrobacterium"
- doi.org : 10.1073/pnas.041327598
- ncbi.nlm.nih.gov : 29349
- pubmed.ncbi.nlm.nih.gov : 11172043
- doi.org : 10.1038/ng779
- pubmed.ncbi.nlm.nih.gov : 11726922
- nar.oxfordjournals.org : "Transformation of isolated mammalian mitochondria by bacterial conjugation"