Ключевая разница - обобщенная и специализированная трансдукция
Трансдукция – это механизм, который переносит ДНК от одной бактерии к другой с помощью бактериофага. Бактериофаг - вирус, инфицирующий и размножающийся внутри бактерии. Он способен прикрепляться к стенке бактериальной клетки и вводить свою ДНК в бактерию. Внутри бактерии вирусная ДНК реплицируется и создает необходимые компоненты и ферменты для создания новых многих бактериофагов. Во время этого процесса бактериальная ДНК распадается на части и интегрируется с вирусным геномом или вирусная ДНК напрямую интегрируется с бактериальной ДНК. Новые бактериофаги несут внутри себя бактериальную ДНК. Когда эти бактериофаги заражают другие бактерии, происходит смешение бактериальной ДНК. Трансдукция может происходить либо по литическому циклу, либо по лизогенному циклу в зависимости от типа бактериофага. Следовательно, существует два типа трансдукции, а именно общая трансдукция и специализированная трансдукция. Ключевое различие между генерализованной и специализированной трансдукцией заключается в том, что генерализованная трансдукция осуществляется вирулентными бактериофагами, в которых бактериальная клетка лизируется при высвобождении новых бактериофагов, в то время как специализированная трансдукция осуществляется умеренными бактериофагами, в которых бактериальная клетка не лизируется, а вирусная ДНК интегрируется с бактериальной. ДНК и сохраняется на стадии профага в бактериях в течение нескольких поколений.
Что такое обобщенная трансдукция?
Бактериофаги бывают двух типов: вирулентные и умеренные. Вирулентный бактериофаг способен убивать бактерию-хозяина. Они всегда проходят литический жизненный цикл, который вызывает гибель бактерий-хозяев. Заражение бактерии вирулентным бактериофагом и перенос бактериальной ДНК в другую бактерию во время второй инфекции известно как генерализованная трансдукция. Следовательно, генерализованную трансдукцию можно определить как перенос бактериальной ДНК от одной бактерии к другой с помощью вирулентного бактериофага во время литического цикла бактериофага. Бактериальный перенос ДНК происходит из-за ошибок упаковки генетического материала в новых фагах. Упаковка недавно реплицированной вирусной ДНК в новые фаги показывает низкую точность. Следовательно, при упаковке генетического материала в состав фагов могут ошибочно включаться небольшие фрагменты бактериальной ДНК или рекомбинированная бактериальная ДНК с вирусной ДНК. Если бактериальная ДНК случайно вставлена внутрь вирусного капсида, вторая инфекция вводит эту ДНК в другую бактерию. Следовательно, трансдукция между двумя бактериями успешно завершается.
После заражения вирулентные фаги способны контролировать механизм бактериальной клетки для репликации собственной ДНК. Вирус также становится способным расщеплять бактериальную хромосому на мелкие кусочки и вызывает внезапное разрушение стенки бактериальной клетки для высвобождения собранных фагов, вызывающих гибель клетки.
Обобщенный процесс преобразования
Генеральная трансдукция – это быстрый процесс, при котором бактерии погибают в течение короткого периода времени. Бактериофаг способен разрывать бактериальную ДНК на части, уничтожая бактериальную клетку. Этапы обобщенной трансдукции можно резюмировать следующим образом.
- Вирулентный (литический) бактериофаг заражает бактерию.
- Геном фага входит в бактериальную клетку.
- Вирус управляет метаболическими механизмами бактерий, создавая собственную ДНК и другие необходимые компоненты и ферменты.
- ДНК бактерий гидролизуется на мелкие кусочки.
- Генетический материал упаковывается внутри новых фагов. Иногда фрагменты бактериальной ДНК упаковываются в новые фаговые капсиды
- Бактериальная клетка лизирует и высвобождает новые фаги.
- Когда трансдуцированный фаг заражает другую бактерию, предыдущая бактериальная ДНК встраивается в новую.
Рисунок 01: Обобщенный процесс преобразования
Что такое специализированная трансдукция?
Бактериофаги умеренного пояса демонстрируют лизогенные жизненные циклы. Они участвуют в специализированном процессе трансдукции, при котором фрагмент бактериальной ДНК передается от одной бактерии к другой из-за ошибки. Следовательно, специализированную трансдукцию можно определить как перенос донорской бактериальной ДНК другой бактерии умеренными бактериофагами. Когда умеренные фаги заражают бактерии, они способны интегрировать вирусную ДНК в бактериальную хромосому и оставаться на стадии профага в течение нескольких поколений бактерий, не высвобождая ее из бактериального генома. В ходе репликации бактериального генома вирусная ДНК подвергается репликации, проникает в новые бактериальные клетки и выживает. Однако, когда профаги индуцируются определенными факторами, вирусная ДНК отсоединяется от бактериальной хромосомы. Иногда во время этого отслоения фрагменты бактериальных хромосом отсоединяются и остаются прикрепленными к ДНК профага. Благодаря индукции фаги впоследствии проходят литический цикл. Вирусный геном реплицируется с прикрепленной бактериальной ДНК и упаковывается внутри новых капсидов и образует новые фаги. Новые фаги высвобождают бактериальную клетку путем лизиса. Когда новый фаг заражает другую бактерию, бактериальная ДНК переносится на нее.
Специализированный процесс трансдукции
Этапы специальной трансдукции можно резюмировать следующим образом.
- Умеренный бактериофаг заражает бактерию.
- Вирусная ДНК интегрируется в бактериальную хромосому и становится стадией профага
- Вирусная ДНК остается внутри бактерий в течение нескольких поколений
- При спонтанной индукции вирусная ДНК отсоединяется от бактериальной хромосомной ДНК.
- Фрагменты бактериальной ДНК отделяются от бактериальной хромосомы с вирусной ДНК.
- Вирусная ДНК реплицируется вместе с бактериальными генами и упаковывается в новые капсиды и образует новые фаги.
- Бактериальная клетка лизирует и высвобождает новые фаги.
- Новые фаги заражают новые бактерии.
- ДНК бактерий смешивается с новыми бактериями во время инфекции.
Рисунок 02: Специализированная трансдукция, показанная фагом лямбда
В чем разница между обобщенной и специализированной трансдукцией?
Обобщенная и специализированная трансдукция |
|
| Обобщенная трансдукция осуществляется вирулентными или литическими бактериофагами. | Специализированная трансдукция осуществляется умеренными фагами. |
| Жизненный цикл | |
| Обобщенная трансдукция проходит литический цикл | Специализированная трансдукция проходит лизогенный цикл. |
| Лизис бактерий | |
| Бактериальная клетка быстро лизируется. | Бактериальные клетки не лизируются быстро, а выживают в течение нескольких поколений. |
| Упаковка генетического материала | |
| Часть донорской бактериальной ДНК заключена в вирусный капсид при генерализованной трансдукции | Небольшие части бактериальной ДНК остаются прикрепленными к вирусной ДНК во время отделения от бактериальной хромосомы и упаковываются в новые капсиды. |
| Интеграция вирусной ДНК | |
| Вирусная ДНК не интегрирована в бактериальную хромосому. | Бактериальная и вирусная ДНК интегрируются. |
| Гидролиз бактериальной ДНК | |
| Вирус гидролизует бактериальную ДНК на части. | ДНК бактерий не гидролизуется. |
| Производство профага | |
| Во время генерализованной трансдукции профаги не образуются. | Профаги образуются в ходе специализированной трансдукции. |
Резюме – Обобщенная и специализированная трансдукция
Трансдукция – это процесс переноса бактериальной ДНК от одной бактерии к другой с помощью вируса. Это естественный процесс, протекающий через литические или лизогенные циклы. Вирулентные фаги демонстрируют генерализованную трансдукцию. Умеренные фаги демонстрируют специализированную трансдукцию. При генерализованной трансдукции вирус разрушает бактериальную клетку. При специализированной трансдукции бактериальные клетки не разрушаются быстро, если нет индукции. В этом основное различие между генерализованной и специализированной трансдукцией. Вирусная ДНК интегрируется в бактериальную хромосому при специализированной трансдукции, а при генерализованной трансдукции интеграция не происходит.
