Biến nạp

Biến nạp là quá trình chuyển DNA trực tiếp tách ra từ tế bào thể cho sang tế bào thể nhận. 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.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Biến nạp Biến nạp là quá trìnhchuyển DNA trực tiếp tách ra từ tếbào thể cho sang tế bào thể nhận.DNA này nằm tự do trong môitrường (dung dịch) do một vi khuẩn(thể cho) phóng ra. Tế bào thể chovà thể nhận có thể được bắt nguồntừ những sinh vật khác nhaunhư: thực vật, động vật và vi sinhvật. Trong khuôn khổ của mục nàychỉ xét hiện tượng biến nạp ở vikhuẩn. Khác với tiếp hợp và tảinạp, biến nạp không cần sự tiếp xúctrực tiếp giữa 2 tế bào cũng nhưkhông cần vật trung gian nhưcác phage.Các tế bào ở trạng thái có thể đượcbiến nạp được gọi là khả nạp(competent). Như vậy, qua biếnnạp, một nòi vi khuẩn bị biến đổivề mặt di truyền do tiếp thu acidnucleic của một nòi khác. Cơ chếbiến nạp chủ yếu bao gồm việc vikhuẩn thể nhận tiếp nhận DNA củathể cho (gọi là đoạn ngoại lai,exogenote) và sau đó DNA này cóthể trao đổi với đoạn DNA tươngđồng của thể nhận (gọi là đoạn nộitại, endogenote) bằng trao đổi chéo.Những tế bào có khả năng tiếpnhận DNA gọi là các tế bào khảbiến (competent). Tế bào vi khuẩnnhận đoạn ngoại lai lúc đó có bộgene ở trạng thái lưỡng bội mộtphần (merodiploid) hay hợp tử từngphần (merozygote). Quá trình traođổi thông tin di truyền bằng cáchchuyển chỉ một phần vật chất ditruyền như thế được gọi là sự giaonạp hay tiếp hợp từng phần(meromixis).Tương tự như trong tiếp hợp và tảinạp, để lập bản đồ di truyền bằngbiến nạp cần có các tế bào thể chovà thể nhận có các kiểu gene khácnhau. Về mặt thực nghiệm, DNAđược tách ra từ các tế bào thể cho,sau đó được đưa vào quần thể cácthể bào thể nhận. Các tế bào thểnhận sẽ tiếp nhận các đoạn DNAmột cách ngẫu nhiên. Không phảitất cả các loài vi khuẩn đều có khảnăng tiếp nhận DNA. Ngay cảnhững loài có khả năng này cũngchỉ có thể tiếp nhận được DNA ởnhững pha sinh trưởng nhất định vàtrong môi trường nuôi cấy cụ thể.Các loài Streptoccocus pneumoniae(tức Diplococcus) và Bacillussubtilis tương đối dễ dàng trở thànhkhả biến hơn, trong khi E. coli phảimất đi hai loại enzyme exonucleasevà phải được nuôi cấy trong môitrường có nồng độ cao của calciumchloride để làm cho màng tế bàocủa nó có thể thấm được DNA. Dovậy để lập bản đồ gene ở E. colingười ta ưa dùng tiếp hợp và tảinạp hơn. Tuy nhiên, trong côngnghệ DNA tái tổ hợp, biến nạp E.coli là một khâu rất quan trọng(chương 8).Để biến nạp có thể xảy ra với hiệuquả cao ở vi khuẩn, chẳng hạn B.subtilis, DNA biến nạp phải cómạch kép và phân tử lượng tươngđối cao (1.106 dalton). Khi DNAxuyên qua màng tế bào của vikhuẩn khả biến thì một trong cácsợi của DNA bị phân huỷ. Sau đósợi đơn DNA chuyển sang có thểtrao đổi với nhiễm sắc thể thể nhậnở vùng tương đồng; sự kiện này cóthể phát hiện được nhờ những khácbiệt di truyền thích hợp giữa các tếbào thể cho và thể nhận.Tóm lại, hiệu quả của biến nạp phụthuộc vào ba yếu tố:(i) Tính dung nạp hay khả biến củatế bào thể nhận;(ii) Kích thước của đoạn DNAđược biến nạp;(iii) Nồng độ của DNA.Cơ chế phân tử của biến nạp (trongthí nghiệm Griffith), về cơ bản, cóthể giải thích như sau:(i) DNA sợi kép tế bào vi khuẩncho S xâm nhập qua màng tế bào vikhuẩn nhận R, với một sợi đơn bịphân huỷ bởi nuclease;(ii) DNA thể nhận R biến tính ởvùng tương đồng để bắt cặp haytiếp hợp (synapsis) với đoạn DNAsợi đơn còn lại của thể cho S. Để cóthể tái tổ hợp bình thường ở vikhuẩn cần có protein được mã hoábởi gene recA+.(iii) Phân tử DNA với đoạn lai(heteroduplex) R-S tái bản tạo rahai DNA sợi kép con: một sợi képR-R và một sợi kép khác cómang đoạn DNA thể nhận S-S,tất cả có hai sợi đơn giống nhau(homoduplex).Từ thí nghiệm của Avery và cs, tathấy rằng: Mặc dù thành phần hoáhọc của vỏ vi khuẩn (capsule) đượcxác định bằng các gene, nhưng mốiquan hệ đó là gián tiếp. DNA đượcphiên mã thành RNA và RNA đượcdịch mã thành các protein. Kiểuhình của pneumococcus — thànhphần của vỏ polysaccharide —được xác định bằng các enzyme(proteins) cụ thể (dùng để tổng hợppolysaccharide). Xác định liên kết gene bằng biến nạpTrong quá trình tách chiết DNA đểtiến hành biến nạp, nhiếm sắc thểcủa vi khuẩn thường bị đứt ra thànhkhoảng 250 đoạn, tức các phân tửriêng biệt. Các gene nằm ở nhữngvị trí khác nhau trên nhiễm sắc thểvi khuẩn khi đó sẽ bị tách rời nhauvà được truyền đi trong quá trìnhbiến nạp một cách độc lập. Vì sốgene ở vi khuẩn rất lớn mà số đoạnDNA lại hạn chế nên không loại trừcác trường hợp hai gene khác nhaucùng nằm trên một đoạn DNA, vàvì vậy, cùng được chuyển đi. Trênthực tế những trường hợp như thếđã quan sát thấy ở hàng loạt vikhuẩn và gọi là biến nạp liên kết.Có thể phát hiện được biến nạp liênkết bằng cách xác định tần số biếnnạp kép (biến nạp đồng thời haigene, hay đồng biến nạp,cotransformed) và so sánh nó vớitrị số kỳ vọng khi hai gene đượctruyền đi một cách độc lập. Trongthí nghiệm người ta xác định sựliên kết gene bằng cách phát hiệnhiệu quả pha loãng DNA. Trongmột giới hạn nào đó của nồng độDNA thì tần số biến nạp tỉ lệ tuyếntí ...