Cơ chế phân tử của biến nạp ở Vi khuẩn

Cơ chế biến nạp chủ yếu bao gồm việc vi khuẩn thể nhận tiếp nhận DNA của thể cho (gọi làđoạn 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.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cơ chế phân tử của biến nạp ở Vi khuẩn Cơ chế phân tử của biến nạp ở Vi khuẩnCơ chế biến nạp chủ yếu bao gồm việc vikhuẩn thể nhận tiếp nhận DNA của thể cho(gọi làđoạn ngoại lai, exogenote) và sau đóDNA này có thể trao đổi với đoạn DNAtương đồng của thể nhận (gọi là đoạn nộitại, endogenote) bằng trao đổi chéo. Nhữngtế bào có khả năng tiếp nhận DNA gọi làcác tế bào khả biến (competent). Tế bào vikhuẩn nhận đoạn ngoại lai lúc đó có bộ geneở trạng thái lưỡng bội mộtphần (merodiploid) hay hợp tử từngphần (merozygote). Quá trình trao đổi thôngtin di truyền bằng cách chuyển chỉ một phầnvật chất di truyền như thế được gọi làsự giao nạp hay tiếp hợp từngphần (meromixis).Tương tự như trong tiếp hợp và tải nạp, đểlập bản đồ di truyền bằng biến nạp cần cócác tế bào thể cho và thể nhận có các kiểugene khác nhau. Về mặt thực nghiệm, DNAđược tách ra từ các tế bào thể cho, sau đóđược đưa vào quần thể các thể bào thể nhận.Các tế bào thể nhận sẽ tiếp nhận các đoạnDNA một cách ngẫu nhiên. Không phải tấtcả các loài vi khuẩn đều có khả năng tiếpnhận DNA. Ngay cả những loài có khả năngnày cũng chỉ có thể tiếp nhận được DNA ởnhững pha sinh trưởng nhất định và trongmôi trường nuôi cấy cụ thể. CácloàiStreptoccocuspneumoniae (tức Diplococcus) và Bacillussubtilis tương đối dễ dàng trở thành khả biếnhơn, trong khi E. coli phải mất đi hai loạienzyme exonuclease và phải được nuôi cấytrong môi trường có nồng độ cao củacalcium chloride để làm cho màng tế bàocủa nó có thể thấm được DNA. Do vậy đểlập bản đồ gene ở E. coli người ta ưa dùngtiếp hợp và tải nạp hơn. Tuy nhiên, trongcông 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 ởvi khuẩn, chẳng hạn B. subtilis, DNA biếnnạp phải có mạch kép và phân tử lượngtương đối cao (1.106 dalton). Khi DNAxuyên qua màng tế bào của vi khuẩn khảbiến thì một trong các sợi của DNA bị phânhuỷ. Sau đó sợi đơn DNA chuyển sang cóthể trao đổi với nhiễm sắc thể thể nhận ởvùng tương đồng; sự kiện này có thể pháthiện được nhờ những khác biệt di truyềnthích hợp giữa các tế bào thể cho và thểnhận.Tóm lại, hiệu quả của biến nạp phụ thuộcvào ba yếu tố:(i) Tính dung nạp hay khả biến của tế bàothể nhận;(ii) Kích thước của đoạn DNA được biếnnạp;(iii) Nồng độ của DNA.Cơ chế phân tử của biến nạp (trong thínghiệm Griffith), về cơ bản, có thể giải thíchnhư sau:(i) DNA sợi kép tế bào vi khuẩn cho S xâmnhập qua màng tế bào vi khuẩn nhận R, vớimột sợi đơn bị phân huỷ bởi nuclease;(ii) DNA thể nhận R biến tính ở vùng tươngđồng để bắt cặp hay tiếp hợp (synapsis) vớiđoạn DNA sợi đơn còn lại của thể cho S. Đểcó thể tái tổ hợp bình thường ở vi khuẩn cầncó protein được mã hoá bởi gene recA+.(iii) Phân tử DNA với đoạn lai(heteroduplex) R-S tái bản tạo ra haiDNA sợi kép con: một sợi kép R-R và mộtsợi kép khác có mang đoạn DNA thể nhậnS-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. DNAđược phiên mã thành RNA và RNA đượcdịch mã thành các protein. Kiểu hình củapneumococcus — thành phần của vỏpolysaccharide — được xác định bằng cácenzyme (proteins) cụ thể (dùng để tổng hợppolysaccharide).* Xác định liên kết gene bằng biến nạpTrong quá trình tách chiết DNA để tiến hànhbiến nạp, nhiếm sắc thể của vi khuẩn thườngbị đứt ra thành khoảng 250 đoạn, tức cácphân tử riêng biệt. Các gene nằm ở những vịtrí khác nhau trên nhiễm sắc thể vi khuẩnkhi đó sẽ bị tách rời nhau và được truyền đitrong quá trình biến nạp một cách độc lập.Vì số gene ở vi khuẩn rất lớn mà số đoạnDNA lại hạn chế nên không loại trừ cáctrường hợp hai gene khác nhau cùng nằmtrên một đoạn DNA, và vì vậy, cùng đượcchuyển đi. Trên thực tế những trường hợpnhư thế đã quan sát thấy ở hàng loạt vikhuẩn và gọi là biến nạp liên kết. Có thểphát hiện được biến nạp liên kết bằng cáchxác định tần số biến nạp kép (biến nạp đồngthời hai gene, hay đồng biến nạp,cotransformed) và so sánh nó với trị số kỳvọng khi hai gene được truyền đi một cáchđộc lập. Trong thí nghiệm người ta xác địnhsự liên kết gene bằng cách phát hiện hiệuquả pha loãng DNA. Trong một giới hạn nàođó của nồng độ DNA thì tần số biến nạp tỉ lệtuyến tính với nồng độ DNA. Nếu hai genenằm trên cùng một đoạn DNA thì sự biếnđổi tần số biến nạp kép (liên kết) sẽ giốngnhư biến nạp đơn. Còn nếu như biến nạp képlà do hai đoạn DNA khác nhau cùng chuivào tế bào (không liên kết) thì đường congbiến đổi của tần số biến nạp kép sẽ có độdốc rõ rệt hơn so với biến nạp đơn.Biến nạp chỉ được dùng để lập bản đồ genecho một số loài. DNA thể cho được tách ravà làm đứt gãy thành những đoạn nhỏ. Đốivới những tế bào khả biến, tần số biến nạpkhoảng 1/ 103tế bào. Nếu hai gene a và b xanhau trên nhiễm sắc thể thì nó thường nằm ở2 đoạn bị đứt ra khác nhau. Khi đó tần sốbi ...