BAKTERIYEL GENETIK: ORGANIZASYON, MEKANIZMALAR, DÜZENLEME, TRANSFER - BIYOLOJI - 2025

Bakteri genetik bakteri hücreleri içinde genetik bilginin bazların çalışmadır. Bu, genetik bilginin organizasyonunu, nasıl düzenlendiğini, nasıl ifade edildiğini ve nasıl değiştiğini kapsar.

Bakteri genetiğiyle ilgili ilk deneyler, 19. yüzyılda, bakterilerin genetik bilgi alışverişi için mekanizmalara sahip olup olmadıklarının henüz bilinmediği, bir kromozoma sahip olup olmadıklarının bile bilinmediği tarihsel bir bağlamda gerçekleştirildi.

Bakteriyel DNA (Kaynak: Average_prokaryote_cell-_en.svg: Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHatsDifference_DNA_RNA-EN.svg: * Difference_DNA_RNA-DE.svg: Sponk (konuşma) çevirisi: Sponk (konuşma) türev çalışması: Wikimedia Commons aracılığıyla Radio89)

Tek gerçek kesinlik, bakterilerin, en azından farklı besin bileşiklerinin asimilasyonu için farklı fenotiplerle kararlı hatlar oluşturabileceği ve görünüşe göre genetik mutasyonlardan dolayı zaman zaman yeni formların ortaya çıktığı idi.

O zamanlar bakteriler hakkında var olan büyük belirsizlikle, özellikle bakterilerin kalıtımın temel ilkelerini karşılayıp karşılamadığını anlamak için, "bakteri genetiği" ile ilgili bazı soruları deneysel olarak yanıtlamak zorunluydu.

Son olarak, 1946'da Joshua Lederberg ve Edward Tatum, bu temel soruları, her biri farklı beslenme gereksinimlerine sahip iki Escherichia coli bakteri suşu, A suşu ve B suşu kullanarak çözdüler.

A ve B tipi hücreler, her ikisi de söz konusu besiyerinden besinleri asimile etmelerini engelleyen mutasyonlara sahip oldukları için minimal ortamda büyüyemediler.

Bununla birlikte, A ve B birkaç saat karıştırıldığında ve ardından minimal orta plakaya tohumlandığında, minimal orta plakalarda birkaç koloni görüldü, yani büyüdüler.

Bu koloniler, genetik materyali değiştiren ve değişimden sonra fenotipteki genetik bilgiyi ifade edebilen ve böylelikle minimum ortamdan besinleri asimile edebilen bireysel hücrelerden kaynaklandı.

Genetik bilginin organizasyonu

Bir bakterinin yaşamı için gerekli olan tüm genetik bilgi, tek bir çift iplikli deoksiribonükleik asit (DNA) molekülü olan "bakteri kromozomu" içerisinde bulunur.

Bu DNA molekülü dairesel bir yapıda düzenlenmiştir, kovalent bağlarla kapatılır ve bazı proteinlerle birlikte bakteri kromozomunu oluşturur.

Bakteriyel kromozomun yanı sıra bakteriler, daha küçük boyutta kromozom dışı DNA fragmanlarına sahip olabilir, ancak aynı zamanda kapalı dairesel bir şekilde yapılandırılmış olabilir. Bu DNA molekülleri topluca "plazmitler" veya "plazmit DNA" olarak adlandırılır.

Plazmid DNA molekülleri, bakteriler tarafından aralarında çok özel genetik bilgi alışverişi yapmak için kullanılır.

Genel olarak bakteri hücrelerinden biri bir antibiyotiğe karşı direnç geliştirdiğinde, bu direnci plazmidler aracılığıyla diğer bakteri hücrelerine iletebilir.

Bakterilerdeki plazmit DNA molekülünün boyutu 3 ila 10 kilo baz arasında değişebilir ve birçok bakteri türünde tek bir plazmit türünün yüzlerce kopyası bulunabilir.

Bakteri DNA'sının bileşimi ve yapısı, tüm canlılarda ve virüslerde bulunanla aynıdır. Yapısı bir şeker iskeleti, azotlu bazlar ve fosfat gruplarından oluşur.

Escherichia coli'nin bakteriyel kromozomunun tam haritası 1963'te elde edildi. Yaklaşık 100 genin tam konumunu ayrıntılı olarak açıkladı, ancak bugün E. coli kromozomunun 1000'den fazla gen içerdiği ve 4.2 büyüklüğünde olduğu bilinmektedir. milyon baz çifti.

Gen ekspresyon mekanizmaları

Bakterilerdeki gen ekspresyon mekanizması, bazı açılardan diğer canlılarda meydana gelen gen ekspresyonu sürecine benzer ve ayrıca transkripsiyon ve çeviri süreçlerine bağlıdır.

Genlerden gelen bilgiler bir RNA molekülüne ve ardından proteinleri oluşturan amino asit dizisine kopyalanır. Bu işlem, genotipte yer alan bilgilerin ve fenotipteki yapının ifadesini gerçekleştiren şeydir.

Transkripsiyon

Transkripsiyonda, RNA polimeraz enzimi şablon olarak kullandığı bir DNA segmentine tamamlayıcı bir ürün yaratır, ancak bu ürün ribonükleik asittir (RNA).

Bu molekül, DNA segmenti tarafından kodlanan proteinin sentezi için bilgi taşır, tek banttır ve haberci RNA olarak adlandırılır. Bakterinin RNA polimerazı, bakterilerde ve ökaryotik organizmalarda farklıdır.

RNA polimeraz, transkripsiyonu başlatmak için bağlandığı DNA (promotör) üzerinde belirli bir bölgeyi tanımlar. Tek bir haberci RNA molekülü, birden fazla gen için bilgi içerebilir.

Ökaryotik organizmalardan farklı olarak, bakterilerin genlerinin sekanslarında "intron" yoktur, çünkü bakterilerin kromozomu sitoplazmanın diğer elementlerinden ayıran bir çekirdeği yoktur.

Tercüme

Bakteriyel hücre sitoplazmasındaki tüm elementler "gevşek" olduğundan, yeni sentezlenen haberci RNA molekülleri ribozomlarla temasa geçebilir ve hemen protein sentezini başlatabilir.

Bu, bakterilerin çevredeki aşırı değişikliklere tepki verme ve uyum sağlama konusunda bir avantaja sahip olmasını sağlar.

Ribozomal RNA, transfer RNA ve çeşitli ribozomal proteinler çeviriye katılır. Prokaryotik hücrelerin ribozomları, ökaryotik hücrelerin ribozomlarına göre yapı ve bileşim bakımından farklılık gösterir.

Bu elemanlar, haberci RNA moleküllerinin genetik kodunda yer alan talimatları nükleotid üçlüleri (kodonlar) biçiminde "okur" ve aynı zamanda, polipeptidi oluşturmak için amino asitlerin her birini bir araya getirir.

Genetik kodun "evrenselliği", bilim adamlarının bakterilerin çevirisini, teknolojik çıkarlarla peptit ve protein sentezi için önemli bir araç olarak kullanmalarına izin verir.

Gen ifadesinin düzenlenmesi

Bakterilerde gen ifadesini kontrol eden mekanizma son derece doğrudur; gen ürünü sentezinin miktarını ve zamanlamasını tam olarak düzenlemelerine izin verir, böylece yalnızca gerektiğinde meydana gelirler.

Bakteriyel genomun birkaç geni bir arada gruplandıran bir bölgesi "operon" olarak adlandırılır. Bu bölge, bakterinin içinde bulunduğu koşullara bağlı olarak transkripsiyonunu etkinleştirir veya devre dışı bırakır.

Aynı operonun parçası olan tüm genler, birçok gen ("polisistronik" RNA olarak adlandırılır) içeren haberci RNA'ya koordineli olarak kopyalanır. Bu RNA'lar, ribozomlar üzerinde birbiri ardına çevrilir.

Operonlar olumlu veya olumsuz olarak düzenlenebilir. Genler, yalnızca baskılayıcılar adı verilen inhibe edici proteinler yapılarında belirli bir diziye bağlandığında kendilerini ifade etmeyi bırakırlar.

Gene ait spesifik sekans, "promoter" olarak adlandırılır, baskılayıcı protein promoter'a bağlandığında, RNA polimeraz, söz konusu genetik sekansın transkripsiyonunu başlatamaz.

Öte yandan, operonlar yukarı regüle edildiğinde, bu genetik bölgenin transkripsiyonu, spesifik DNA dizisine bağlanan bir aktivatör protein mevcut olana kadar başlamayacaktır.

Bilim adamları operonların bu "indüklenebilirliğini" bakterilere ilgi duyulan belirli bölgelerin gen ekspresyonunu artırmak veya azaltmak için kullanırlar. Bazı substratların katılmasıyla, metabolizma için gerekli olan enzimlerin ekspresyonu artırılabilir.

Gen transferi

Bakteriler, ökaryotik hücrelerin aksine genlerini eşeyli üreme yoluyla aktarmazlar; bunun yerine, bunu üç farklı işlemle yapabilirler: dönüştürme, transdüksiyon ve konjugasyon.

Bakterilerde yatay gen transferi (Kaynak: 2013MMG320B, Wikimedia Commons)

dönüşüm

Dönüşümde , popülasyondaki bazı bakteri hücreleri "yetkin" hale gelir. "Yetkili" olduklarında, hücre dışı ortamda bulunan diğer bakterilerden eksojen DNA alabilirler.

DNA hücrenin iç kısmına dahil edildikten sonra, bakteriler, kromozomlarında bulunan genleri, yeni dahil edilen yabancı DNA ile birleştirme işlemini gerçekleştirir. Bu süreç, genetik rekombinasyon olarak bilinir.

iletimi

Transdüksiyonda bakteriler, bakterileri enfekte eden virüsler (bakteriyofajlar) aracılığıyla diğer bakterilerden DNA'yı kendi DNA moleküllerine katarlar. Bu, özel veya genelleştirilmiş bir şekilde verilebilir.

Özel transdüksiyonda, daha önce başka bir bakteriyi enfekte eden bir faj, bulaşıcı döngü sırasında genlerini aldığında meydana gelir.

Daha sonra yeni bir bakteriyi enfekte ederek ve genlerini yeni enfekte olmuş bakterinin kromozomuna dahil ederek, daha önce enfekte ettiği bakterinin genlerini de dahil eder.

Genelleştirilmiş transdüksiyon sırasında, boş kapsidlerine sahip kusurlu faj partikülleri, viral replikasyon sırasında bakteriyel kromozomun bir kısmını birleştirir, daha sonra başka bir bakteriyi enfekte ettiklerinde, önceki bakteriden alınan genleri sokabilirler.

Birleşme

Konjugasyonda, bakteriler genetik materyali fiziksel temas yoluyla tek yönlü bir şekilde değiştirirler. Bakterilerden biri donör, diğeri alıcı görevi görür. Bu süreçte donör bakteri genellikle alıcı bakteriye bir plazmit DNA molekülü verir.

Bakterilerde konjugasyon tüm türler için tipik değildir; konjugasyon kapasitesi, bir plazmid DNA molekülü aracılığıyla iletilen genler aracılığıyla verilir.

Referanslar

1. Braun, W. (1953). Bakteriyel Genetik. Bakteriyel Genetik.
2. Brock, TD (1990). Bakteriyel genetiğin ortaya çıkışı (No.579: 575 BRO). Cold Spring Harbor, NY: Cold Spring Harbor Laboratuvar Basın.
3. Fry, JC ve Day, MJ (Eds.). (1990). Doğal ortamlarda bakteri genetiği (s. 55-80). Londra: Chapman ve Hall.
4. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT ve Miller, JH (2005). Genetik analize giriş. Macmillan.
5. Luria, SE (1947). Bakteriyel genetikte son gelişmeler. Bakteriyolojik incelemeler, 11 (1), 1.