Hauptunterschied – Generalisierte vs. spezialisierte Transduktion
Transduktion ist ein Mechanismus, der DNA von einem Bakterium auf ein anderes Bakterium durch einen Bakteriophagen überträgt. Bakteriophage ist ein Virus, das ein Bakterium infiziert und sich darin repliziert. Es ist in der Lage, sich an die bakterielle Zellwand anzuheften und seine DNA in das Bakterium zu injizieren. Innerhalb des Bakteriums repliziert sich die virale DNA und erzeugt die notwendigen Komponenten und Enzyme, um viele neue Bakteriophagen herzustellen. Während dieses Prozesses zerfällt bakterielle DNA in Stücke und integriert sich mit viralem Genom oder virale DNA integriert sich direkt mit bakterieller DNA. Neue Bakteriophagen tragen die bakterielle DNA in sich. Wenn diese Bakteriophagen andere Bakterien infizieren, kommt es zu einer Vermischung von bakterieller DNA. Die Transduktion kann basierend auf dem Typ des Bakteriophagen entweder durch einen lytischen Zyklus oder einen lysogenen Zyklus erfolgen. Daher gibt es zwei Arten der Transduktion, nämlich die generalisierte Transduktion und die spezialisierte Transduktion. Der Hauptunterschied zwischen generalisierter und spezialisierter Transduktion besteht darin, dass die generalisierte Transduktion von virulenten Bakteriophagen durchgeführt wird, in denen Bakterienzellen lysiert werden, wenn neue Bakteriophagen freigesetzt werden, während die spezialisierte Transduktion von gemäßigten Bakteriophagen durchgeführt wird, in denen Bakterienzellen nicht lysiert werden und virale DNA mit Bakterien integriert wird DNA und überlebt im Prophagenstadium innerhalb der Bakterien über mehrere Generationen.
Was ist generalisierte Transduktion?
Es gibt zwei Arten von Bakteriophagen: virulent und gemäßigt. Virulente Bakteriophagen sind in der Lage, das Wirtsbakterium abzutöten. Sie durchlaufen immer einen lytischen Lebenszyklus, der den Tod von Wirtsbakterien verursacht. Die Infektion eines Bakteriums durch einen virulenten Bakteriophagen und die Übertragung bakterieller DNA auf ein anderes Bakterium während der zweiten Infektion wird als generalisierte Transduktion bezeichnet. Daher kann eine verallgemeinerte Transduktion als die Übertragung bakterieller DNA von einem Bakterium zu einem anderen Bakterium durch einen virulenten Bakteriophagen während des lytischen Zyklus des Bakteriophagen definiert werden. Der bakterielle DNA-Transfer erfolgt aufgrund von Fehlern bei der Verpackung des genetischen Materials in den neuen Phagen. Die Verpackung von neu replizierter viraler DNA in neue Phagen zeigt eine geringe Genauigkeit. Daher können bei der Verpackung des genetischen Materials kleine Stücke bakterieller DNA oder rekombinierte bakterielle DNA mit viraler DNA fälschlicherweise in Phagen eingeschlossen werden. Wenn bakterielle DNA zufällig in das virale Kapsid eingefügt wird, führt die zweite Infektion diese DNA in ein anderes Bakterium ein. Daher wird die Transduktion zwischen zwei Bakterien erfolgreich abgeschlossen.
Nach der Infektion sind virulente Phagen in der Lage, die bakterielle Zellmaschinerie zu kontrollieren, um ihre eigene DNA zu replizieren. Das Virus ist auch in der Lage, bakterielle Chromosomen in kleine Stücke zu zerlegen und verursacht eine plötzliche Zerstörung der bakteriellen Zellwand zur Freisetzung zusammengesetzter Phagen, die den Zelltod verursachen.
Verallgemeinerter Transduktionsprozess
Die generalisierte Transduktion ist ein schneller Prozess, bei dem Bakterien innerhalb kurzer Zeit absterben. Bakteriophagen sind in der Lage, bakterielle DNA in Stücke zu brechen und die Bakterienzelle zu zerstören. Die Schritte der generalisierten Transduktion können wie folgt zusammengefasst werden.
- Ein virulenter (lytischer) Bakteriophage infiziert ein Bakterium.
- Das Phagengenom dringt in die Bakterienzelle ein.
- Virus steuert die bakteriellen Stoffwechselmechanismen, um seine eigene DNA und andere notwendige Komponenten und Enzyme herzustellen.
- Bakterielle DNA wird in kleine Stücke hydrolysiert.
- Erbmaterial wird in den neuen Phagen verpackt. Gelegentlich packen bakterielle DNA-Fragmente in neue Phagenkapside
- Bakterienzelle lysiert und setzt die neuen Phagen frei.
- Wenn ein transduzierter Phage ein anderes Bakterium infiziert, wird die vorherige bakterielle DNA in ein neues eingebaut.
Abbildung 01: Generalisierter Transduktionsprozess
Was ist spezialisierte Transduktion?
Temperate Bakteriophagen zeigen lysogene Lebenszyklen. Sie sind an einem spezialisierten Transduktionsprozess beteiligt, bei dem ein Fragment der bakteriellen DNA aufgrund eines Fehlers von einem Bakterium auf ein anderes Bakterium übertragen wird. Daher kann eine spezialisierte Transduktion als die Übertragung von bakterieller Donor-DNA auf ein anderes Bakterium durch gemäßigte Bakteriophagen definiert werden. Wenn gemäßigte Phagen Bakterien infizieren, können sie virale DNA in das Bakterienchromosom integrieren und über mehrere Bakteriengenerationen im Prophagenstadium verbleiben, ohne sie aus dem Bakteriengenom freizusetzen. Während der bakteriellen Genomreplikation unterliegt virale DNA der Replikation und tritt in neue Bakterienzellen ein und überlebt. Wenn die Prophagen jedoch durch bestimmte Faktoren induziert werden, löst sich virale DNA vom Bakterienchromosom. Manchmal lösen sich während dieser Ablösung Fragmente von Bakterienchromosomen und bleiben an der Prophagen-DNA hängen. Aufgrund der Induktion durchlaufen die Phagen danach einen lytischen Zyklus. Virales Genom repliziert sich mit angehängter bakterieller DNA und packt in neue Kapside und erzeugt neue Phagen. Neue Phagen setzen die Bakterienzelle durch Lyse frei. Wenn ein neuer Phage ein anderes Bakterium infiziert, wird bakterielle DNA darauf übertragen.
Spezialisierter Transduktionsprozess
Die Schritte der spezialisierten Transduktion lassen sich wie folgt zusammenfassen.
- Ein gemäßigter Bakteriophage infiziert ein Bakterium.
- Virale DNA integriert sich in Bakterienchromosom und wird zum Prophagenstadium
- Virale DNA verbleibt über mehrere Generationen in Bakterien
- Bei einer spontanen Induktion löst virale DNA die bakterielle chromosomale DNA ab.
- Bakterien-DNA-Fragmente lösen sich mit viraler DNA vom Bakterienchromosom ab.
- Virale DNA repliziert sich zusammen mit bakteriellen Genen und verpackt sie in neue Kapside und bildet neue Phagen.
- Bakterienzelle lysiert und setzt die neuen Phagen frei.
- Neue Phagen infizieren neue Bakterien.
- Bakterien-DNA vermischt sich während der Infektion mit neuen Bakterien.
Abbildung 02: Spezialisierte Transduktion am Lambda-Phagen
Was ist der Unterschied zwischen generalisierter und spezialisierter Transduktion?
Generalisierte vs. spezialisierte Transduktion |
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| Die generalisierte Transduktion erfolgt durch virulente oder lytische Bakteriophagen. | Die spezialisierte Transduktion erfolgt durch gemäßigte Phagen. |
| Lebenszyklus | |
| Die generalisierte Transduktion durchläuft einen lytischen Zyklus | Die spezialisierte Transduktion durchläuft einen lysogenen Zyklus. |
| Lyse von Bakterien | |
| Bakterienzelle lysiert schnell. | Bakterienzellen werden nicht schnell lysiert, sondern überleben mehrere Generationen. |
| Verpackung von genetischem Material | |
| Ein Teil der bakteriellen Spender-DNA wird bei der generalisierten Transduktion in das virale Kapsid eingeschlossen | Kleine Teile bakterieller DNA bleiben während der Ablösung vom Bakterienchromosom an viraler DNA hängen und werden in neue Kapside verpackt. |
| Integration viraler DNA | |
| Viren-DNA wird nicht in das bakterielle Chromosom eingebaut. | Bakterielle und virale DNA integriert. |
| Hydrolyse bakterieller DNA | |
| Bakterielle DNA wird durch das Virus in Stücke hydrolysiert. | Bakterien-DNA wird nicht hydrolysiert. |
| Produktion von Prophagen | |
| Während der generalisierten Transduktion findet keine Prophagenbildung statt. | Prophagen werden während der spezialisierten Transduktion gebildet. |
Zusammenfassung – Generalisierte vs. spezialisierte Transduktion
Transduktion ist der Prozess der Übertragung bakterieller DNA von einem Bakterium auf ein anderes durch ein Virus. Es ist ein natürlicher Prozess, der durch lytische oder lysogene Zyklen abläuft. Virulente Phagen zeigen eine generalisierte Transduktion. Temperierte Phagen zeigen eine spezialisierte Transduktion. Während der generalisierten Transduktion zerstört das Virus die Bakterienzelle. Bei der spezialisierten Transduktion werden Bakterienzellen nicht schnell zerstört, es sei denn, es gibt eine Induktion. Dies ist der Hauptunterschied zwischen generalisierter und spezialisierter Transduktion. Virale DNA integriert sich in das bakterielle Chromosom bei spezialisierter Transduktion und Integration tritt nicht bei generalisierter Transduktion auf.
