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. 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.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Các quá trình biến nạp, tải nạp và tiếp hợp ở vi khuẩn 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 phânđôi vật chất di truyền của vi khuẩn mẹ sẽ được truyền cho các vi khuẩn con. Tuynhiên cũng có trường hợp vật chất di truyền của vi khuẩn này (vi khuẩn cho) chuyểnsang vi khuẩn nhận thuộc chủng khác, có ba cách chuyển thông tin di truyền từ tếbào 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 hưởngcủa 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 vàđược 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 Diplococcuspneumoniae 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. Tiêmvi khuẩn dạng R ( không có màng nhày) không gây độc đối với chuột. Nhưng khiông tiêm cho chuột một hỗn hợp các vi khuẩn dạng R ( không có màng nhày) với vikhuẩn 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. Điềuđó có nghĩa các vi khuẩn dạng S bị chết vì nhiệt đã truyền khả năng tạo vỏ nhày chocác tế bào dạng R làm cho nó trở thành tế bào dạng S và tính chất này được truyềncho 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 cơchất polyholosilic màng nhày, đến năm 1944 Avery và các cộng sự, đã chứng minhtác nhân của quá trình biến nạp chính là axit nucleic (ADN) của vi khuẩn dạng S bịxử lí bằng nhiệt đã truyền tính trạng hình thành màng nhày cho tế bào dạng R làmcho 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 trưởngcấp số, nó phụ thuộc vào tác nhân biến nạp, tác nhân này đã được chiết ra từDiplococcus pneumoniae, nó là một loại prôtêin bền nhiệt với khối lượng phân tửthấp (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 củatế bào cho có khối lượng phân tử khoảng 5x106 dalton chui qua. ADN biến nạp phảilà đoạn axit nucleic hai mạch. Sau khi qua màng tế bào nhận, ADN có một thời kì ẩn, tiếp đó là sự gắn ADNcủa tế bào cho vào hệ gen của tế bào nhận, rất có thể ADN biến nạp kết đôi vớiADN của tế bào nhận tại đoạn tương đồng, sau đó có sự rứt đứt và có sự trao đổi cácđoạn 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 bàonhận. Sau khi chui qua màng tế bào khả biến, ADN biến nạp chịu tác động của cácenzym giới hạn, biến đổi và sửa chữa. Nếu nó không nhanh chóng tìm thấy đượcđoạn 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 phảicó 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 ADNbiến nạp. Việc hình thành các tế bào khả biến phụ thuộc vào giống vi sinh vật, loạiADN biến nạp và thời kỳ sinh trưởng của tế bào nhận. Một trường hợp đặc biệt, khinhiễm tế bào vi khuẩn một loại axit nucleic lấy từ bacteriophage, làm cho tế bàonhận 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 cóý 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 chosang 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 vikhuẩn 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 đặcđiểm, 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 chủngE.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 khôngchứa bất cứ một trong năm nhân tố sinh trưởng cần thiết đã nêu trên, sau một thờigian 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 tốithiểu, thì xuất hiện một số ít khuẩn ...