Бактериальная генетика — это подраздел генетики , посвященный изучению бактериальных генов. Бактериальная генетика немного отличается от эукариотической генетики, однако бактерии по-прежнему служат хорошей моделью для генетических исследований животных . Одно из основных различий между бактериальной и эукариотической генетикой заключается в отсутствии у бактерий мембраносвязанных органелл (это справедливо для всех прокариот. Хотя фактом является то, что существуют прокариотические органеллы, они никогда не связаны липидной мембраной, а только оболочкой из белков), что требует синтеза белка в цитоплазме .
Как и другие организмы, бактерии также размножаются и сохраняют свои характеристики из поколения в поколение, но в то же время демонстрируют вариации в определенных свойствах у небольшой доли своего потомства. Хотя наследственность и вариации бактерий были замечены с первых дней бактериологии, тогда не было осознано, что бактерии также подчиняются законам генетики. Даже существование бактериального ядра было предметом споров. Различия в морфологии и других свойствах были приписаны Нагели в 1877 году бактериальному плеоморфизму, который постулировал существование одного, нескольких видов бактерий, которые обладали белковой способностью к вариации. С разработкой и применением точных методов чистой культуры стало очевидно, что различные типы бактерий сохраняли постоянную форму и функцию на протяжении последовательных поколений. Это привело к концепции мономорфизма.
Трансформация у бактерий была впервые обнаружена в 1928 году Фредериком Гриффитом , а позднее (в 1944 году) исследована на молекулярном уровне Освальдом Эвери и его коллегами, которые использовали этот процесс, чтобы продемонстрировать, что ДНК является генетическим материалом бактерий. [1] При трансформации клетка берет постороннюю ДНК, обнаруженную в окружающей среде, и включает ее в свой геном (генетический материал) посредством рекомбинации. [2] Не все бактерии компетентны для трансформации, и не вся внеклеточная ДНК компетентна для трансформации. Чтобы быть компетентной для трансформации, внеклеточная ДНК должна быть двухцепочечной и относительно большой. Чтобы быть компетентной для трансформации, клетка должна иметь поверхностный белок Competent Factor' , который связывается с внеклеточной ДНК в реакции, требующей энергии. Однако бактерии, которые не являются естественно компетентными, можно обработать таким образом, чтобы сделать их компетентными, обычно путем обработки хлоридом кальция, который делает их более проницаемыми. [3]
Бактериальная конъюгация — это перенос генетического материала (плазмиды) между бактериальными клетками посредством прямого контакта между клетками или посредством мостообразного соединения между двумя клетками. [1] Открытая в 1946 году Джошуа Ледербергом и Эдвардом Татумом, [2] конъюгация является механизмом горизонтального переноса генов , как и трансформация и трансдукция, хотя эти два других механизма не предполагают контакта между клетками. [3]
Бактериальная конъюгация часто рассматривается как бактериальный эквивалент полового размножения или спаривания, поскольку она включает обмен генетическим материалом. Во время конъюгации донорская клетка предоставляет конъюгативный или мобилизуемый генетический элемент, который чаще всего является плазмидой или транспозоном.[4][5] Большинство конъюгационных плазмид имеют системы, гарантирующие, что клетка-реципиент еще не содержит аналогичный элемент.
Передаваемая генетическая информация часто полезна для получателя. Преимущества могут включать устойчивость к антибиотикам, толерантность к ксенобиотикам или способность использовать новые метаболиты.[6] Такие полезные плазмиды можно считать бактериальными эндосимбионтами. Другие элементы, однако, можно рассматривать как бактериальных паразитов, а конъюгацию как механизм, выработанный ими для обеспечения их распространения.