يحصل تبادل المادة الوراثية من خلال عملية الاقتران
يحصل تبادل المادة الوراثية من خلال عملية الاقتران
نعم، يحصل تبادل المادة الوراثية من خلال عملية الاقتران في البكتريا. حيث تعرف عملية الاقتران بأنها نقل المادة الوراثية من بكتريا لأخرى من خلال الاتصال بين الخلايا. اكتشف العلماء أن المادة الوراثيه مثل العامل – F أو “عامل الخصوبة” يمكن أن ينتقل بين خلايا الإشريكية القولونية.
هناك العديد من البلاسميدات المتقترنة التي تحملها أنواع بكترية مختلفة، ويتم تبادل المادة الوراثية من خلال عملية الاقتران عبر خطوات متعددة وهي:
- تشكيل زوج
- تخليق حمض نووي مقترن
- نقل الحمض النووي
- الإنضاج
في الاقتران، يتم نقل المادة الوراثية من خلية لأخرى. تقترب الخلية المعطية للمادة الوراثية من الخلية المستقبلة من خلال بنية تسمى أشعار بكترية. ويتم نقل الدنا بين الخلايا. في معظم الحالات في عملية الاقتران، يتم نقل الدنا على شكل بلاسميد.
تعمل الخلايا المانحة بهذه الطريقة لأنها تحوي على قطعة من الحمض النووي تدعى بعامل الخصوبة (أو ما يعرف بعامل F). هذه القطعة تقوم بترميز البروتينات التي تشكل الجنس. كما تحوي موقع خاص يبدأ فيه الحمض النووي اثناء عملية الاقتران.
بعد أن تتلقى الخلية المستقبلة عامل الخصوبة، تتحول بدورها إلى إيجابية عامل الخصوبة وتقوم بتصنيع الأشعار البكترية الخاصة بها من أجل نقل الحمض النووي والمادة الوراثية إلى خلايا أخرى.
ولكي تصبح الفكرة سهله وقريبة للغاية من الفهم، يمكن أن نقوم بتشبيه عملية تبادل المادة الوراثية من خلال عملية الاقتران بأفلام الفامبير، حيث يستطيع مصاص الدماء أن يحول الآخرين أيضًا لمصاصي دماء فقط من خلال عضهم. وهذه الفكرة فقط من أجل تبسيط فهم هذه المعلومة. [1] [2]
خطوات تبادل المادة الوراثية من خلال عملية الاقتران
من أجل أن يتم نقل بلاسميد الخصوبة أو العامل – F، يجب أن يحدث اتصال بين الخلية المانحة والخلية المستقبلة. وبلاسميد الخصوبة هو عبارة عن جزيء دنا مزدوج الشريطة على شكل بنية دائرية. ويتم تبادل المادة الوراثية من خلال الخطوات التالية:
- يقوم عامل الخصوبة F+ في الخلية المانحة بإنتاج الشعيرة البكتيرية، هذه الأشعار البكترية تنبثق من الخلية وتبدأ بالتواصل مع الخلية المستقبلة سلبية عامل الخصوبة F–
- تساعد الأشعار البكتيرية في تشكيل اتصال مباشر بين الخلايا المانحة التي تحوي عامل الخصوبة والخلايا المستقبلة سلبية عامل الخصوبة
- بما أن عامل الخصوبة يتألف من جزيء دنا مزدوج الشريطة على شكل بنية دائرية (أي أنه متصل من كلا الطرفين ومتصل ببعضه). تحتاج الخلية المستقبلة للحصول على المادة الوراثية إلى أنزيم (مثل أنزيم Relaxase أو انزيم الاسترخاء الذي يتواجد في بدائيات النواة والفيروسات ويشكل هذا الأنزيم معقدات مع البروتينات الأخرى) يقطع أحد خيوط الدنا للبلاسميد المزدوج ويتم نقل هذه السلسلة (تسمى بسلسلة T) إلى الخلية المستقبلة
- في الخطوة الأخيرة من خطوات الاقتران بين البكتريا، وبعد أن تعطي الخلية المانحة أحد خيوط الدنا المزدوج للخلية المستقبلة. يتبقى لدى كل منهما خيط وحيد من الدنا. لذلك تقوم كل من الخليتين بتكرار الحمض النووي وتشكيل بلازميد مزدوج الشريطة يطابق البلاسميد الأصلي. وبما أن البلاسميد F يحوي على تعليمات وراثية من أجل إنتاج الأشعار البكترية. فإن الخلية التي كانت مستقبلة فقط أصبحت الآن خلية مانحة قادرة على نقل المادة الوراثية إلى خلية بكترية أخرى من خلال عملية الاقتران وتكرار نفس العمليات السابقة التي حصلت فيها على بلاسميد الخصوبة. [3]
عملية الاقتران يمكن أن تقوم بتغيير مجموعة كاملة من البكتريا وتحويلها إلى خلايا مانحة. مع العلم أن بعض أنواع البلاسميدات تتطلب خصائص معينة من أجل أن تنتقل وبين نفس النوع فقط، أما البعض الآخر فيمكن أن ينتقل بين الأنواع المختلفة من البكتريا ويطلق عليها البلازميدات المختلطة.
نتائج تبادل المادة الوراثية من خلال عملية الاقتران
في البكتريا، تحدث عملية الاقتران بسرعة كبيرة، ويتم نقل المادة الوراثية بسرعة كبيرة بين الكائنات الحية. بعض عمليات الاقتران لا تستغرق أكثر من بضع دقائق لبعض الكائنات الحية.
هذا يعني أن البكتريا يمكن أن تتكاثر بوقت قصير للغاية ووقت قياسي، وهذا الأمر يمكن أن يرتبط مع الكثير من الطفرات العشوائية. والنتائج تتضمن:
- التطور السريع
- مقاومة الصادات الحيوية
- الاستفادة من الاقتران البكتري في الهندسة الحيوية
التطور السريع: التطور السريع للبكتريا يعني أن البكتريا يمكن أن تتكيف بسهولة بالغة مع التغيرات المناخية المختلفة، وهذا الأمر إيجابي لكن بالنسبة للبكتريا وليس بالنسبة لنا وخاصةً في حال كان هذا النوع من الأنواع الضارة والتي تسبب أخماج كثيرة للإنسان. [2]
مقاومة الصادات الحيوية: النتيجة الأكثر أهمية للإنسان في عملية تبادل المادة الوراثية من خلال عملية الاقتران هي مقاومة الصادات الحيوية. لأن الجين الذي يرتبط بمقاومة الصادات الحيوية مثل البنسلين والتتراسكلين يتواجد بشكل شائع على البلاسميدات التي يتم نقلها من الخلية الحاملة للخلية المستقبلة.
في الماضي، لم تكن البكتريا مقاومة للصادات الحيوية، لكن نتيجة لخطأ الإنسان، واستعمال الصادات الحيوية العشوائي، نتجت سلسلة من البلاسميدات مقاومة للصادات الحيوية. هذا أدى لنشر جينات مقاومة للصادات الحيوية. والأمر الأسوأ من ذلك هو نشوء سلاسل بكتيرية مقاومة لأغلب أنواع الصادات الحيوية.
مثال على ذلك نراه في بكتريا السل التي تقاوم الكثير من الصادات الحيوية وتشكل تهديد كبير للصحة في المناطق الحضرية. [4]
الاستفادة من الاقتران البكتري في الهندسة الحيوية: ليست جميع تأثيرات الاقتران البكتري سلبية، بل يمكن الاستفادة منها على نطاق واسع في مجال الهندسة الحيوية.
تتضمن الفوائد القدرة على نقل سلاسل طويلة من الدنا بدون أذية الجدار الخلوي، ومن هذا المنطلق تمكن العلماء من نقل الكثير من السلاسل الوراثية ليس فقط بين البكتريا وإنما تم نقلها بين الخلايا النباتية، والثدييات والفطور. [3]
آليات تبادل المادة الوراثية في البكتريا
الاقتران ليس الوسيلة الوحيدة لتبادل المادة الوراثية في البكتريا، بل هناك العديد من الطرق الأخرى مثل:
- التنبيغ
- الاقتران
التنبيغ: هو عملية نقل المادة الوراثية من بكتريا لأخرى من خلال فيروس أو ناقل فيروسي. وهذه العملية تعتبر من العمليات الفعالة لنقل المادة الوراثية لأن الدنا المحمول على الناقل الفيروسي يتم حمايته من التلف من البيئة أو الأنزيمات المختلفة.
الاقتران: عملية نقل الدنا من خلية لأخرى من خلال تواسط البلاسميدات. يتم ذلك من الخلية المانحة التي تحوي بلاسميد الخصوبة إلى الخلايا المعطية سلبية بلاسميد الخصوبة. تم اكتشاف هذه العملية للمرة الأولى على الجرثومة العقدية الرئوية من خلال العالم فريدريك غريفيث. [5] [1]
