Transzdukció (genetika) - Transduction (genetics)
A transzdukció az a folyamat, amelynek során idegen DNS -t vírus vagy vírusvektor juttat be a sejtbe . Példa erre a DNS vírusos átvitele egyik baktériumról a másikra, és ezért példa a vízszintes géntranszferre . A transzdukcióhoz nincs szükség fizikai kapcsolatra a DNS -t adományozó sejt és a DNS -t fogadó sejt között (ami konjugációban történik ), és DNázrezisztens (a transzformáció érzékeny a DNázra). A transzdukció egy gyakori eszköz, amelyet a molekuláris biológusok használnak egy idegen gén stabil bejuttatására a gazdasejt genomjába (mind a bakteriális, mind az emlőssejtekbe).
Felfedezés (bakteriális transzdukció)
Transduction fedezte fel Norton Zinder és Joshua Lederberg a University of Wisconsin-Madison 1952-ben a Salmonella.
A lizikus és lizogén ciklusokban
A transzdukció a lítikus vagy a lizogén cikluson keresztül történik . Amikor a bakteriofágok (vírusok, amelyek fertőzik a baktériumokat), amelyek lítikusak, megfertőzik a baktériumsejteket, kihasználják a gazda baktériumsejt replikációs , transzkripciós és transzlációs gépeit, hogy új vírusrészecskéket ( virionokat ) hozzanak létre . Az új fágrészecskéket ezután a gazdaszervezet lízise útján szabadítják fel. A lizogén ciklusban a fág kromoszóma prófágként integrálódik a bakteriális kromoszómába, ahol hosszú ideig szunnyadhat. Ha a prófágot indukálják (például UV -fénnyel), akkor a fággenom kivágódik a bakteriális kromoszómából, és elindítja a lítikus ciklust, amely a sejt lízisével és a fágrészecskék felszabadulásával zárul . Általános transzdukció (lásd alább) mindkét ciklusban előfordul a lízis szakaszában, míg a speciális transzdukció (lásd alább) akkor következik be, amikor a lizogén ciklusban kimetszik a profágot.
A genetikai anyag átvitelének módszereként
Transzdukció bakteriofágok által
A bakteriofág DNS fágkapszidokba történő csomagolása alacsony hűségű. A bakteriofág részecskékbe kis darab bakteriális DNS -t lehet csomagolni. Ez kétféle módon vezethet transzdukcióhoz.
Általános transzdukció
Általános transzdukció következik be, amikor a bakteriális DNS véletlenszerű darabjait fágba csomagolják. Ez akkor fordul elő, amikor egy fág a lízis szakaszában van, abban a pillanatban, amikor a vírus DNS fágfejekbe van csomagolva. Ha a vírus „fejes csomagolás” segítségével replikálódik, akkor megpróbálja feltölteni a fejet genetikai anyaggal. Ha a vírusgenom szabad kapacitást eredményez, a víruscsomagolási mechanizmusok bakteriális genetikai anyagot építhetnek be az új virionba. Alternatívaként általános transzdukció történhet rekombinációval . Az általános transzdukció ritka esemény, és 11 000 fág nagyságrendjében fordul elő.
Az új víruskapszula, amely részben bakteriális DNS -t tartalmaz, megfertőz egy másik baktériumsejtet. Amikor a vírusba csomagolt bakteriális DNS -t behelyezzük a fogadó sejtbe, három dolog történhet vele:
- A DNS -t újrahasznosítják alkatrészekhez.
- Ha a DNS eredetileg plazmid volt , akkor újra körkörös lesz az új sejtben, és újra plazmid lesz.
- Ha az új DNS egyezik a befogadó sejt kromoszómájának homológ régiójával, akkor a bakteriális rekombináció hatásaihoz hasonló DNS -anyagot cserél .
Speciális transzdukció
A speciális transzdukció az a folyamat, amelynek során a bakteriális gének korlátozott halmazát egy másik baktériumba viszik át. Az átvitt gének (donor gének) ott vannak, ahol a próféta található a kromoszómán. A speciális transzdukció akkor következik be, amikor egy próféta pontatlanul kiválik a kromoszómából, így a mellette fekvő baktériumgének szerepelnek a kivágott DNS -ben. A kivágott DNS -t ezután egy új vírusrészecskébe csomagolják, amely a DNS -t egy új baktériumhoz szállítja. Itt a donorgének a bakteriofág jellegétől függően behelyezhetők a recipiens kromoszómájába, vagy a citoplazmában maradhatnak.
Amikor a részben kapszulázott fáganyag megfertőz egy másik sejtet, és prófággá válik, a részben kódolt fág DNS -t "heterogenotnak" nevezik.
Egy példa a speciális transzdukció λ-fág az Escherichia coli .
Oldalsó transzdukció
Az oldalsó transzdukció az a folyamat, amelynek során a bakteriális DNS nagyon hosszú töredékei átkerülnek egy másik baktériumba. Ezt a transzdukciós formát eddig csak a Staphylococcus aureus -ban írták le , de több gént és nagyobb gyakorisággal képes átvinni, mint az általánosított és speciális transzdukció. Az oldalsó transzdukció során a próféta in situ megkezdi replikációját a kivágás előtt egy olyan folyamatban, amely a szomszédos bakteriális DNS replikációjához vezet. Ezt követően a replikált fág csomagolása a pac helyéről ( a fággenom közepén található) és a szomszédos baktériumgénekből in situ történik, a fág genom méretének 105% -áig. Az egymást követő csomagolás az eredeti pac helyről történő indítás után több kilobázisnyi bakteriális gént csomagol új vírusrészecskékbe, amelyek új baktériumtörzsekbe kerülnek át. Ha ezekben a transzdukáló részecskékben az átvitt genetikai anyag elegendő DNS -t biztosít a homológ rekombinációhoz, akkor a genetikai anyag bekerül a recipiens kromoszómába. Mivel az in situ replikáció során a fággenom többszörös másolata keletkezik, ezek közül a replikált profágok egy része normálisan kivágódik (ahelyett, hogy in situ lenne csomagolva), és normális fertőző fágokat termel.
Emlőssejtek transzdukciója vírusvektorokkal
A vírusvektorokkal történő transzdukció alkalmazható gének beillesztésére vagy módosítására emlőssejtekbe. Gyakran használják az alapkutatás eszközeként, és aktívan kutatják, mint a génterápia lehetséges eszközeit .
Folyamat
Ezekben az esetekben egy plazmidot állítanak elő, amelyben az átadandó géneket vírusszekvenciák szegélyezik, amelyeket a vírusfehérjék használnak a vírusgenom felismerésére és csomagolására a vírusrészecskékbe. Ezt a plazmidot (általában transzfekcióval ) a termelő sejtbe inszertálják más plazmidokkal (DNS -konstrukciókkal) együtt, amelyek hordozzák a fertőző virionok kialakulásához szükséges vírusgéneket . Ezekben a termelő sejtekben az ezekkel a csomagolási konstrukciókkal expresszált vírusfehérjék megkötik a DNS/RNS -en lévő szekvenciákat (a vírusvektor típusától függően), amelyeket át kell vinni, és be kell illeszteni a vírusrészecskékbe. A biztonság kedvéért egyik használt plazmid sem tartalmazza a vírusképzéshez szükséges összes szekvenciát, így több plazmid egyidejű transzfekciója szükséges a fertőző virionok megszerzéséhez. Ezenkívül csak az átadandó szekvenciákat hordozó plazmid tartalmaz olyan jeleket, amelyek lehetővé teszik a genetikai anyagok virionokba való csomagolását, így a vírusfehérjéket kódoló gének egyike sem csomagolódik. Az ezekből a sejtekből összegyűjtött vírusokat ezután a módosítandó sejtekre alkalmazzák. Ezeknek a fertőzéseknek a kezdeti szakaszai utánozzák a természetes vírusokkal való fertőzést, és az átvitt gének expressziójához, valamint (lentivírus/retrovirus vektorok esetében) a sejt genomjába transzferálandó DNS beillesztéséhez vezetnek. Mivel azonban az átvitt genetikai anyag egyik vírusgént sem kódolja, ezek a fertőzések nem hoznak létre új vírusokat (a vírusok "replikációs hiányosak").
Néhány fokozót használtak a transzdukciós hatékonyság javítására, mint például polibrén , protamin -szulfát , retronektin és DEAE -dextrán.
Orvosi alkalmazások
- Génterápia : A genetikai betegségek korrekciója a genetikai hiba közvetlen módosításával.
Lásd még
- Elektroporáció - elektromos mező használata a sejtmembrán permeabilitásának növelésére.
- Fágterápia - bakteriofágok terápiás alkalmazása.
- Jelátvitel
- Transzfekció - DNS bejuttatásának módja a sejtbe.
- Transzformáció (genetika) - DNS -bejuttatás a sejtbe.
- Vírusvektor - általánosan használt eszköz genetikai anyag sejtekbe juttatására.
Hivatkozások
Külső linkek
- Genetikai + Transduction az amerikai National Library of Medicine orvosi tárgyszórendszere (mm)
- Áttekintés az ncbi.nlm.nih.gov oldalon
- http://www.med.umich.edu/vcore/protocols/RetroviralCellScreenInfection13FEB2006.pdf (transzdukciós protokoll)
- Általános és speciális transzdukció az sdsu.edu webhelyen
A molekuláris biológiában és genetikában a transzformáció egy sejt genetikai változása, amely a környezetéből származó exogén genetikai anyag közvetlen felvételéből és beépüléséből adódik, a sejtmembránon keresztül.