Transformacja bakterii

Z BioInf

Transformacja bakterii

Transformacją nazywa się proces zmiany właściwości genetycznych bakterii poprzez wprowadzenie egzogennego DNA do komórki bakteryjnej. Wprowadzane DNA integruje z komórkowym, co pozwala na jego transkrypcję. Pierwszy raz zaobserwowana w 1928 roku przez Freda Griffitha na przykładzie Streptococcus pneumoniae.

Komórki bakteryjne naturalnie mogą wprowadzać takie DNA do wnętrza, jednak musi być ono odpowiednich rozmiarów, zbyt małe bądź zbyt duże cząsteczki obniżają efektywność aktywnej transformacji. Ponadto transformacja zależy również od stężenia cząsteczek DNA. Zwiększające się stężenie DNA powoduje wzrost stransformowanych komórek. Należy zaznaczyć, że komórki aby mogły wprowadzić obce DNA muszą być kompetentne. Kompetentność może występować naturalnie, bądź może być sztucznie indukowana, a sposób w jaki osiągają ten stan zależy od rodzaju bakterii. W warunkach naturalnych, kompetentność jest pewną fazą w cyklu rozwojowym bakterii co oznacza, że jest genetycznie warunkowana. Bakterie gram pozytywne regulują swoją kompetentność w sposób sekrecyjny poprzez uwalnianie do środowiska czynników kompetencyjnych lub feromonów bądź poprzez syntezę białek zewnętrznych jak i wewnętrznych. Natomiast u bakterii gram ujemnych występuje regulacja wewnętrzna, związana z cyklem komórkowym.

Po osiągnięciu kompetencji, cząsteczka DNA wiąże się z zewnętrznymi receptorami, jednak tylko jedna nić wchodzi do wnętrza komórki. Proces ten może być specyficzny jak w przypadku H. influenzae. Wchłonięta cząsteczka DNA następnie musi być zintegrowana z genomowym DNA. Jest to tym bardziej prawdopodobne im bardziej zbliżone taksonomicznie są obydwa rodzaje DNA.

W warunkach laboratoryjnych najczęściej transformowaną bakterią jest E. coli. Do tego celu głownie używa się plazmidów DNA (wektorów), ze względu na ich stabilność. Stan kompetencji komórkowej uzyskuje się za pomocą:

- zastosowania kationów wapnia z DMSO (Rys.1), które wpływają na integralności błony, tym samym zmieniając strukturę kanałów występujących w błonie, które mają naturalną zdolność do przenoszenia cząsteczek DNA. Dodatkowo stosuje się szok cieplny, który zwiększa pobór cząsteczek. W przypadku bakterii gram pozytywnych zadanie staje się trudniejsze ze względu na obecność dodatkowej ściany peptydoglikanowej. Aby przeprowadzić takie bakterie w stan kompetencji, należy w pierwszym kroku usunąć ścianę przy zastosowaniu glikolu polietylowego (PEG). Ponadto ułatwia on również pobranie DNA ze środowiska,

Rysunek 1. Proces transformacji bakterii przy użyciu kationów wapnia oraz szoku cieplnego.

- elektroporacji – jest to technika, która stosowana jest nie tylko w przypadku bakterii, zarówno gram pozytywnych jak i negatywnych, ale również do transformacji eukariotów. Zasada tej metody jest prosta. Polega na zastosowaniu wysokiego napięcia dostarczonego do zawiesiny komórkowej, które powoduje powstanie porów i tym samym zapewnia dyfuzję makromolekuł do wnętrza komórek.

Literatura

  1. Dale J.W., Park S.F. Molecular Genetics of Bacteria. Fourth Edition (2003), Wiley. ISBN 0-470 85085
  2. Streips U.N., Yasbin R.E. Modern Microbial Genetics, Second Edition (2002), Wiley. ISBN 0-471-38665-0
  3. Okafor N. Modern Industrial Microbiology and Biotechnology. (2007) Science Publischers. ISBN978-1-57808-434-0

Ilustracje

  1. http://mol-biol4masters.masters.grkraj.org/html/Genetic_Engineering4A-Transformation-Bacterial_Cells.htm
Osobiste