Ključna razlika – generalizirana naspram specijalizirane transdukcije
Transdukcija je mehanizam koji bakteriofagom prenosi DNK s jedne bakterije na drugu bakteriju. Bakteriofag je virus koji inficira i razmnožava se unutar bakterije. Sposoban je pričvrstiti se za staničnu stijenku bakterije i ubrizgati svoju DNK u bakteriju. Unutar bakterije, virusna DNA se replicira i stvara potrebne komponente i enzime za stvaranje novih mnogih bakteriofaga. Tijekom ovog procesa, bakterijska DNA se razgrađuje u dijelove i integrira s virusnim genomom ili se virusna DNA izravno integrira s bakterijskom DNA. Novi bakteriofagi u sebi nose bakterijsku DNK. Kada ti bakteriofagi inficiraju drugu bakteriju, dolazi do miješanja bakterijske DNA. Transdukcija se može dogoditi litičkim ciklusom ili lizogenim ciklusom ovisno o vrsti bakteriofaga. Dakle, postoje dvije vrste transdukcije, naime generalizirana transdukcija i specijalizirana transdukcija. Ključna razlika između generalizirane i specijalizirane transdukcije je u tome što generaliziranu transdukciju vrše virulentni bakteriofagi u kojima se bakterijska stanica lizira kada se novi bakteriofagi oslobode, dok specijaliziranu transdukciju vrše umjereni bakteriofagi u kojima bakterijska stanica nije lizirana, a virusna DNA se integrira s bakterijskom DNK i preživljava u fazi profaga unutar bakterije nekoliko generacija.
Što je generalizirana transdukcija?
Postoje dvije vrste bakteriofaga: virulentni i umjereni. Virulentni bakteriofag je sposoban ubiti bakteriju domaćina. Oni uvijek prolaze kroz životni ciklus koji uzrokuje smrt bakterija domaćina. Infekcija bakterije virulentnim bakteriofagom i prijenos bakterijske DNA na drugu bakteriju tijekom druge infekcije poznata je kao generalizirana transdukcija. Stoga se generalizirana transdukcija može definirati kao prijenos bakterijske DNA s jedne bakterije na drugu bakteriju pomoću virulentnog bakteriofaga tijekom litičkog ciklusa bakteriofaga. Prijenos bakterijske DNA događa se zbog pogrešaka pakiranja genetskog materijala u nove fage. Pakiranje novoreplicirane virusne DNK u nove fage pokazuje nisku vjernost. Dakle, tijekom pakiranja genetskog materijala, mali komadići bakterijske DNA ili rekombinirane bakterijske DNA s virusnom DNA mogu biti pogrešno uključeni u fage. Ako je bakterijska DNK slučajno umetnuta unutar virusne kapside, druga infekcija unosi tu DNK u drugu bakteriju. Stoga se transdukcija između dviju bakterija uspješno dovršava.
Nakon infekcije, virulentni fagi sposobni su kontrolirati strojeve bakterijskih stanica kako bi replicirali vlastitu DNA. Virus također postaje sposoban razgraditi bakterijski kromosom na male komadiće i uzrokuje iznenadni poremećaj bakterijske stanične stijenke za oslobađanje skupljenih faga koji uzrokuju smrt stanice.
Generalizirani proces transdukcije
Generalizirana transdukcija je brz proces u kojem bakterije umiru unutar kratkog vremenskog razdoblja. Bakteriofag je sposoban razbiti bakterijsku DNA na dijelove, uništavajući bakterijsku stanicu. Koraci generalizirane transdukcije mogu se sažeti kako slijedi.
- Virulentni (litički) bakteriofag inficira bakteriju.
- Genom faga ulazi u bakterijsku stanicu.
- Virus upravlja bakterijskim metaboličkim mehanizmima za stvaranje vlastite DNK i drugih potrebnih komponenti i enzima.
- Bakterijska DNA hidrolizira se u male komadiće.
- Genetski materijal pakira se unutar novih faga. Povremeno se fragmenti bakterijske DNA pakiraju u nove kapside faga
- Bakterijska stanica lizira i otpušta nove fage.
- Kada transducirani fag inficira drugu bakteriju, prethodna bakterijska DNK ugrađuje se u novu.
Slika 01: Generalizirani proces transdukcije
Što je specijalizirana transdukcija?
Umjereni bakteriofagi pokazuju lizogene životne cikluse. Oni su uključeni u specijalizirani proces transdukcije u kojem se fragment bakterijske DNA prenosi s jedne bakterije na drugu bakteriju zbog pogreške. Stoga se specijalizirana transdukcija može definirati kao prijenos bakterijske DNA donora na drugu bakteriju pomoću umjerenih bakteriofaga. Kada umjereni fagi inficiraju bakterije, oni su sposobni integrirati virusnu DNA u bakterijski kromosom i ostati u fazi profaga nekoliko bakterijskih generacija bez otpuštanja iz bakterijskog genoma. Tijekom replikacije bakterijskog genoma, virusna DNA podliježe replikaciji te ulazi u nove bakterijske stanice i preživljava. Međutim, kada su profagi inducirani određenim čimbenicima, virusna DNA se odvaja od bakterijskog kromosoma. Ponekad se tijekom ovog odvajanja fragmenti bakterijskih kromosoma odvoje i ostanu vezani za DNK profaga. Zbog indukcije, fagi nakon toga prolaze kroz litički ciklus. Virusni genom replicira se s pričvršćenom bakterijskom DNK i pakira unutar novih kapsida i stvara nove fage. Novi fagi oslobađaju bakterijsku stanicu lizom. Kada novi fag inficira drugu bakteriju, bakterijska DNA prelazi na nju.
Specijalizirani proces transdukcije
Koraci specijalizirane transdukcije mogu se sažeti kako slijedi.
- Umjereni bakteriofag inficira bakteriju.
- Virusna DNA integrira se u bakterijski kromosom i postaje stadij profaga
- Virusna DNK ostaje unutar bakterija nekoliko generacija
- Nakon spontane indukcije, virusna DNA odvaja bakterijsku kromosomsku DNA.
- Fragmenti bakterijske DNA odvajaju se od bakterijskog kromosoma s virusnom DNA.
- Virusna DNK replicira se zajedno s bakterijskim genima i pakira unutar novih kapsida i stvara nove fage.
- Bakterijska stanica lizira i otpušta nove fage.
- Novi fagi inficiraju nove bakterije.
- Bakterijski DNK miješa se s novim bakterijama tijekom infekcije.
Slika 02: Specijalizirana transdukcija prikazana lambda fagom
Koja je razlika između generalizirane i specijalizirane transdukcije?
Generalizirana vs specijalizirana transdukcija |
|
| Generaliziranu transdukciju vrše virulentni ili litički bakteriofagi. | Specijaliziranu transdukciju obavljaju umjereni fagi. |
| Životni ciklus | |
| Generalizirana transdukcija prolazi kroz litički ciklus | Specijalizirana transdukcija prolazi kroz lizogeni ciklus. |
| Liza bakterija | |
| Bakterijska stanica brzo lizira. | Bakterijske stanice ne liziraju se brzo, već prežive nekoliko generacija. |
| Pakiranje genetskog materijala | |
| Dio bakterijske DNA donora zatvoren je unutar virusne kapside u generaliziranoj transdukciji | Mali dijelovi bakterijske DNA ostaju vezani za virusnu DNA tijekom odvajanja od bakterijskog kromosoma i upakirani su u nove kapside. |
| Integracija virusne DNA | |
| Virusna DNK nije integrirana u bakterijski kromosom. | Bakterijska i virusna DNK se integriraju. |
| Hidroliza bakterijske DNA | |
| Virus hidrolizira bakterijsku DNA na dijelove. | Bakterijska DNK nije hidrolizirana. |
| Proizvodnja profaga | |
| Nema formiranja profaga tijekom generalizirane transdukcije. | Profagi nastaju tijekom specijalizirane transdukcije. |
Sažetak – Generalizirana naspram specijalizirane transdukcije
Transdukcija je proces prijenosa bakterijske DNA s jedne bakterije na drugu putem virusa. To je prirodni proces koji se odvija kroz litičke ili lizogene cikluse. Virulentni fagi pokazuju generaliziranu transdukciju. Umjereni fagi pokazuju specijaliziranu transdukciju. Tijekom generalizirane transdukcije, virus uništava bakterijsku stanicu. U specijaliziranoj transdukciji, bakterijske stanice se ne uništavaju brzo osim ako ne postoji indukcija. Ovo je glavna razlika između generalizirane i specijalizirane transdukcije. Virusna DNA integrira se u bakterijski kromosom u specijaliziranoj transdukciji, a integracija se ne događa u generaliziranoj transdukciji.
