کونژوگاسیون در مهندسی ژنتیک
m کانژوگاسیون
ù انتقال کروموزوم توسط پلاسمید از سلول دهنده (F+) به سلول گیرنده (F-) بوسیله پیلی های جنسی امکانپذیر است.
کانژوگاسیون
تخصصی ترین مکانیسم تبادل ژن در باکتریها است . در این فرآیند که نوعی جفت گیری یا تبادل شبه جنسی اطلاعات ژنتیکی است ، مستقیماً تمامی یا بخشی از اطلاعات ژنتیکی ( یک رشته DNA ) از طریق پل ارتباطی ( پیلی جنسی یا پیلی F ) از باکتری دهنده به گیرنده منتقل می شود .
در این روش DNA به طور مستقیم از راه پل ارتباطی ( پیلی جنسی ، پلاسمید F یا پروتئین TraD ) از باکتری دهنده یا نر (+F) به باکتری گیرنده یا ماده (-F) منتقل می شود . این فرآیند اغلب در بین باکتری های گرم روده ای رخ می دهد و در باکتری های گرم مثبت بدون دخالت پیلی جنسی و از طریق تولید فرمون ها که واسطه به کانژوگاسیون است اتفاق می افتد . در کانژوگاسیون یک رشته کامل DNA منتقل می شود .
سه نوع کانژوگاسیون :
£ کانژوگاسیونی که در آن ژن های پلاسمیدی منتقل می شود .
£ کانژوگاسیونی که طی آن ژن های کروموزومی منتقل می شود .
£ کانژوگاسیونی که طی آن ژن های پلاسمیدی و کروموزومی منتقل می شود .
lکونژوگاسیونی که طی آن ژن های پلاسمیدی منتقل می شوند :
ù پلاسمیدها بیشتر به وسیله کانژوگاسیون منتقل می شوند .
ù هنگامی که دو باکتری از دو جنس مختلف در کنار هم قرار می گیرند ، توسط پیلی جنسی به هم متصل می شوند . هر باکتری +F دارای 23 پیلی جنسی است که هر پیلی دارای یک حفره مرکزی می باشد . هم چنین دارای ژن هایی است که فاکتور باروری یا فاکتور F یا پلاسمید F نامیده می شوند . پلاسمید F یکی از چندین نوع پلاسمید کانژوگاسیون می باشد که هر یک دارای دسته ای از 25 ژن به نام tra (transfer ) و trb لازم برای عمل کانژوگاسیون هستند . ژن traA سنتز پیلی جنسی را کد می کند .
ù پلاسمید F دارای مبدا همانند سازی مخصوص به خود به نام OriV ( به ژن کد شونده پلاسمیدی repE نیازمند است) است و مشابه با کروموزوم همانند سازی می کند . هر باکتری تنها یک نسخه از پلاسمید F را حمل می کند .
ù پلاسمید F از این جهت به عنوان پلاسمید کونژوگاتیو شناخته می شود که تمام ژن های لازم برای انتقال خود از جمله توانایی ساخت پیلی جنسی و سنتز DNA در ناحیه انتقال (OriT که در جریان کونژوگاسیون فعال می شود ) پلاسمید را دارد.
ù پلاسمید F خود را منتقل کرده و سلول گیرنده را تبدیل به سلول نر (+F ) می کند . به این صورت که در ناحیه OriT یک شکستگی ایجاد می شود و یک تکه رشته DNA از ناحیه 5ً از طریق پیلی جنسی به سلول دیگر منتقل می شود، همزمان در سلول دهنده همانند سازی انجام شده و سلول به صورت +F باقی میماند . پس از انتقال به سلول گیرنده تک رشته DNA همانند سازی کرده و دوباره حلقوی می شود و به این ترتیب سلول گیرنده هم به +F تبدیل می شود.
l کانژوگاسیونی که منجر به انتقال ژن های کروموزومی می شوند :
برای انتقال ژن کروموزومی ، سلول گیرنده باید مستعد نوترکیبی باشد ، ورود فاکتور F به درون کروموزوم باکتری باعث تولید سلول های با تناوب نوترکیبی بالا یا(Hight freguency recombination) - Hfr می گردد .
% نکته:
از القای وقفه در جفت گیری (mating) بین Hfr و F- برای تهیه نقشه ژنتیکی DNA کروموزومی E.coli استفاده می شود.
ù در صورت جفت شدن یک باکتری Hfr با یک باکتری -F ، یک نسخه کروموزوم کامل در صورتی که جفت شدگی تا 100 دقیقه ادامه یابد به سلول گیرنده وارد می شود . این حالت نادر است زیرا پل اتصالی شکننده می باشد و به آسانی در اثر یک حرکت کوچک شکسته می شود . به طور معمول ، یک قطعه از کروموزوم به باکتری گیرنده وارد شده و گیرنده به صورت دیپلوئید جزئی (Partial deploid) یا مرودیپلوئید (Merodeploid ) در می آید. در صورت وجود همولوژی کافی بین DNA تازه وارد شده با ناحیه ای از کروموزوم میزبان نوترکیبی رخ می دهد و در صورت عدم انجام نوترکیبی ، DNA تازه وارد شده از بین خواهد رفت زیرا این DNA یک رپلیکون نمی باشد .
ù در صورت اتفاق افتادن نوترکیبی ، ژن های تازه به عنوان بخشی از ژنوم سلول گیرنده درآمده و تمام دودمان آن باکتری نیز حاوی آن قطعه DNA خواهد بود .
l کانژوگاسیونی که منجر به انتقال ژن های پلاسمیدی و کروموزومی می شود :
ù نوع سوم از سلول های جفت شده به نام سلول های F پرایم ( ) شناخته می شود . در طی فرآیند کانژوگاسیون F که گاهی -duction یا sex-duction نیز نامیده می شوند ، دهنده قادر به انتقال پلاسمید F و تعداد کمی از ژن های کروموزومی با فراوانی بالا (Hfr) است .
ù باکتری حاوی پلاسمیدی است که از کروموزوم Hfr جدا شده است . گاهی هنگامی که پلاسمید از کروموزوم جدا می شود ، قطعه ای از کروموزوم همراه با پلاسمید F مجاور آن جدا می گردد . وقتی این فاکتورهای به گیرنده وارد شوند، سلول گیرنده در آن واحد به صورت بارور و دیپلوئید برای برخی از ژن های کروموزومی در می آید.
کانژوگانسیون و مقاومت آنتی بیوتیکی
سه اهمیت کانژوگاسیون :
£ ابزاری جهت نقشه برداری کروموزوم باکتریایی است که در مهندسی ژنتیک کاربرد دارد .
£ برخی از فاکتورهای بیماری زائی مثل ژن های توکسین از طریق کانژوگاسیون و انتقال پلاسمیدها منتقل می شوند .
£ برخی از پلاسمیدها حامل ژن های مقاومت داروئی هستند و بسیاری از فاکتورهای R ( پلاسمید های مقاومت دارویی ) از طریق کانژوگاسیون منتقل می شوند .
% نکته:
کانژوگاسیون به طور خلاصه:
ù در اکثر موارد در یوباکتری ها رخ می دهد.
ù بسیاری از پلاسمیدهای کونژوگه، کولیسین ها و مقاومت آنتی بیوتیکی را رمزدهی می کنند.
ù DNA ای که از این طریق منتقل می شود، دو رشته ای نبوده بلکه یک مولکول یک رشته ای می باشد.
ù جابجایی( موبیلیزاسیون = توسط ژن mob، و این ژن هم توسط پلاسمید کد می شود.) DNA هنگامی رخ می دهد که پروتئین رمزدهی شده توسط پلاسمید متعاقب برش مکان خاصی در oriT بخش تک رشته ای را ایجاد می کند.
ù در اشرشیاکولی، باکتروئیدیس، انتروکک، استرپتوکک، استرپتومایسس و کلستریدیوم مشاهده می شود.
