Трансдукция (генетика) - Transduction (genetics)

Трансдукция
Это иллюстрация разницы между генерализованной трансдукцией, которая представляет собой процесс передачи любого бактериального гена второй бактерии через бактериофаг, и специализированной трансдукцией, которая представляет собой процесс перемещения ограниченных бактериальных генов к бактерии-реципиенту. В то время как генерализованная трансдукция может происходить случайным образом и более легко, специализированная трансдукция зависит от местоположения генов на хромосоме и неправильного удаления профага.

Трансдукция это процесс, посредством которого иностранные ДНК вводится в клетку вирус или же вирусный вектор.[1] Примером может служить вирусный перенос ДНК от одного человека. бактерия к другому и, следовательно, пример горизонтальный перенос генов.[2] Трансдукция не требует физического контакта между клеткой, отдающей ДНК, и клеткой, получающей ДНК (что происходит в спряжение ), и это ДНКаза стойкий (трансформация чувствителен к ДНКазе). Трансдукция - это распространенный инструмент, используемый молекулярными биологами для стабильного введения чужеродного гена в клетки-хозяева. геном (как бактериальные клетки, так и клетки млекопитающих).

Открытие (бактериальная трансдукция)

Трансдукция была открыта Нортон Зиндер и Джошуа Ледерберг на Университет Висконсина-Мэдисона в 1952 г. в сальмонелле.[3][4]

В литическом и лизогенном циклах

Трансдукция происходит либо через литический цикл или лизогенный цикл.Когда бактериофаги (вирусы, заражающие бактерии), которые являются литическими, заражают бактериальные клетки, они используют репликационный, транскрипционный, и перевод механизм бактериальной клетки-хозяина для создания новых вирусных частиц (вирионы ). Затем новые фаговые частицы высвобождаются путем лизиса хозяина. В лизогенном цикле хромосома фага интегрируется как профаг в бактериальную хромосому, где он может оставаться в спящем состоянии в течение длительных периодов времени. Если профаг индуцируется (например, УФ-светом), геном фага вырезается из бактериальной хромосомы и инициирует литический цикл, который завершается лизис клетки и высвобождение фаговых частиц. Обобщенная трансдукция (см. Ниже) происходит в обоих циклах во время литической стадии, тогда как специализированная трансдукция (см. Ниже) происходит, когда профаг иссекается в лизогенном цикле.


Как метод передачи генетического материала

Трансдукция бактериофагами

Упаковка ДНК бактериофага в капсиды фага имеет низкую точность. Небольшие кусочки бактериальной ДНК могут быть упакованы в частицы бактериофага. Это может привести к трансдукции двумя способами.

Обобщенная трансдукция

Обобщенная трансдукция происходит, когда случайные фрагменты бактериальной ДНК упаковываются в фаг. Это происходит, когда фаг находится в литической стадии, в момент, когда вирусная ДНК упаковывается в фаговые головки. Если вирус реплицируется с использованием «упаковки с головкой», он пытается заполнить голову генетическим материалом. Если вирусный геном приводит к уменьшению емкости, механизмы упаковки вируса могут включать бактериальный генетический материал в новый вирион. Альтернативно, генерализованная трансдукция может происходить через рекомбинация. Генерализованная трансдукция - редкое событие и происходит примерно у 1 фага из 11000.[3]

Новая вирусная капсула, содержащая часть бактериальной ДНК, затем заражает другую бактериальную клетку. Когда бактериальная ДНК, упакованная в вирус, вставляется в реципиентную клетку, с ней могут произойти три вещи:

  1. ДНК перерабатывается на запчасти.
  2. Если ДНК изначально была плазмида, он повторно циркулирует внутри новой клетки и снова станет плазмидой.
  3. Если новая ДНК совпадает с гомологичной областью хромосомы клетки-реципиента, она будет обмениваться материалом ДНК, аналогичным действиям в бактериальная рекомбинация.

Специализированная трансдукция

Специализированная трансдукция это процесс, посредством которого ограниченный набор бактериальных генов передается другой бактерии. Переносимые гены (донорские гены) фланкируют там, где профаг находится на хромосоме. Специализированная трансдукция происходит, когда профаг неточно вырезан из хромосомы, так что бактериальные гены, расположенные рядом с ним, включаются в вырезанную ДНК. Затем вырезанная ДНК упаковывается в новую вирусную частицу, которая затем доставляет ДНК новой бактерии. Здесь гены-доноры могут быть вставлены в хромосому реципиента или оставаться в цитоплазме, в зависимости от природы бактериофага.

Когда частично инкапсулированный фаговый материал инфицирует другую клетку и становится профагом, частично закодированная ДНК профага называется «гетерогенотом».

Пример специализированной трансдукции: λ фаг в кишечная палочка.[5]

Боковая трансдукция

Боковая трансдукция это процесс, при котором очень длинные фрагменты бактериальной ДНК передаются другой бактерии. До сих пор эта форма трансдукции описывалась только в Золотистый стафилококк, но он может передавать больше генов и с большей частотой, чем генерализованная и специализированная трансдукция. При латеральной трансдукции профаг начинает свою репликацию до иссечения в процессе, который приводит к репликации соседней бактериальной ДНК. Когда реплицированная ДНК вырезается из хромосомы, бактериальные гены, расположенные на расстоянии до нескольких килобаз от фага, могут упаковываться в новые вирусные частицы, которые переносятся в новые бактериальные штаммы. Если переданный генетический материал обеспечивает достаточное количество ДНК для гомологичной рекомбинации, генетический материал будет вставлен в хромосому реципиента.

Трансдукция клеток млекопитающих вирусными векторами

Нервные клетки крысы экспрессируют красные и зеленые флуоресцентные белки после вирусной трансдукции двумя искусственными аденоассоциированные вирусы.

Трансдукция с вирусные векторы можно использовать для вставки или модификации генов в клетки млекопитающих. Он часто используется в качестве инструмента фундаментальных исследований и активно исследуется как потенциальное средство для генная терапия.

Процесс

В этих случаях конструируется плазмида, в которой гены для переноса фланкируются вирусными последовательностями, которые используются вирусными белками для распознавания и упаковки вирусного генома в вирусные частицы. Эта плазмида вставляется (обычно трансфекция ) в клетку-продуцент вместе с другими плазмиды (Конструкции ДНК), несущие вирусные гены, необходимые для образования инфекционных вирионы. В этих клетках-продуцентах вирусные белки, экспрессируемые этими упаковывающими конструкциями, связывают последовательности ДНК / РНК (в зависимости от типа вирусного вектора), которые необходимо перенести, и вставляют их в вирусные частицы. В целях безопасности ни одна из используемых плазмид не содержит всех последовательностей, необходимых для образования вируса, поэтому для получения инфекционных вирионов требуется одновременная трансфекция нескольких плазмид. Более того, только плазмида, несущая передаваемые последовательности, содержит сигналы, которые позволяют упаковывать генетические материалы в вирионы, так что ни один из генов, кодирующих вирусные белки, не упаковывается. Вирусы, собранные из этих клеток, затем применяются к изменяемым клеткам. Начальные стадии этих инфекций имитируют инфекцию естественными вирусами и приводят к экспрессии перенесенных генов и (в случае лентивирусных / ретровирусных векторов) встраиванию ДНК, которая должна быть перенесена в клеточный геном. Однако, поскольку переданный генетический материал не кодирует ни один из вирусных генов, эти инфекции не порождают новые вирусы (вирусы «с дефицитом репликации»).

Некоторые энхансеры использовались для повышения эффективности трансдукции, например: полибрен, сульфат протамина, ретронектин и DEAE-декстран.[6]

Медицинские приложения

  • Генная терапия: Исправление генетических заболеваний путем прямой модификации генетических ошибок.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Трансдукция, генетическая в Национальной медицинской библиотеке США Рубрики медицинской тематики (MeSH)
  2. ^ Джонс Э., Хартл Д.Л. (1998). Генетика: принципы и анализ. Бостон: Джонс и Бартлетт Издательство. ISBN  978-0-7637-0489-6.
  3. ^ а б Гриффитс AJ, Миллер JH, Suzuki DT, Lewontin RC, Gelbart WM (2000). «Трансдукция». Введение в генетический анализ (7-е изд.).
  4. ^ Зиндер Н.Д., Ледерберг Дж. (Ноябрь 1952 г.). «Генетический обмен у сальмонелл». Журнал бактериологии. 64 (5): 679–99. Дои:10.1128 / JB.64.5.679-699.1952. ЧВК  169409. PMID  12999698.
  5. ^ Снайдер Л., Петерс Дж. Э., Хенкин Т.М., Champness W (2013). «Лизогения: λ-парадигма и роль лизогенной конверсии в бактериальном патогенезе». Молекулярная генетика бактерий (4-е изд.). Вашингтон, округ Колумбия: ASM Press. С. 340–343. ISBN  9781555816278.
  6. ^ Деннинг В., Дас С., Го С., Сюй Дж., Каппес Дж. К., Хель З. (март 2013 г.). «Оптимизация трансдукционной эффективности лентивирусных векторов: влияние сывороток и поликатионов». Молекулярная биотехнология. 53 (3): 308–14. Дои:10.1007 / s12033-012-9528-5. ЧВК  3456965. PMID  22407723.

внешняя ссылка

В молекулярной биологии и генетике трансформация - это генетическое изменение клетки, возникающее в результате прямого поглощения и включения экзогенного генетического материала из окружающей среды через клеточную мембрану.