Tài liệu Cơ chế phân tử của biến nạp ở Vi khuẩn docx

Cơ chế phân tử của biến nạp ở Vi khuẩn Cơ chế biến nạp chủ yếu bao gồm việc vi khuẩn thể nhận tiếp nhận DNA của thể cho gọi làđoạn ngoại lai, exogenote và sau đó DNA này có thể trao đổ

Cơ chế phân tử của biến nạp ở Vi khuẩn

Cơ chế biến nạp chủ yếu bao gồm việc vi khuẩn thể nhận tiếp nhận DNA của thể cho

(gọi làđoạn ngoại lai, exogenote) và sau đó

DNA này có thể trao đổi với đoạn DNA

tương đồng của thể nhận (gọi là đoạn nội

tại, endogenote) bằng trao đổi chéo Những

tế bào có khả năng tiếp nhận DNA gọi là

các tế bào khả biến (competent) Tế bào vi

khuẩn nhận đoạn ngoại lai lúc đó có bộ gene

ở trạng thái lưỡng bội một

phần (merodiploid) hay hợp tử từng

phần (merozygote) Quá trình trao đổi thông

tin di truyền bằng cách chuyển chỉ một phần vật chất di truyền như thế được gọi là

sự giao nạp hay tiếp hợp từng

phần (meromixis)

Tương tự như trong tiếp hợp và tải nạp, để lập bản đồ di truyền bằng biến nạp cần có các tế bào thể cho và thể nhận có các kiểu gene khác nhau Về mặt thực nghiệm, DNA được tách ra từ các tế bào thể cho, sau đó

được đưa vào quần thể các thể bào thể nhận Các tế bào thể nhận sẽ tiếp nhận các đoạn DNA một cách ngẫu nhiên Không phải tất

cả các loài vi khuẩn đều có khả năng tiếp

nhận DNA Ngay cả những loài có khả năng này cũng chỉ có thể tiếp nhận được DNA ở những pha sinh trưởng nhất định và trong môi trường nuôi cấy cụ thể Các

loàiStreptoccocus

pneumoniae (tức Diplococcus) và Bacillus subtilis tương đối dễ dàng trở thành khả biến

hơn, trong khi E coli phải mất đi hai loại

enzyme exonuclease và phải được nuôi cấy trong môi trường có nồng độ cao của

calcium chloride để làm cho màng tế bào

của nó có thể thấm được DNA Do vậy để

lập bản đồ gene ở E coli người ta ưa dùng

tiếp hợp và tải nạp hơn Tuy nhiên, trong

công nghệ DNA tái tổ hợp, biến nạp E

coli là một khâu rất quan trọng (chương 8)

Để biến nạp có thể xảy ra với hiệu quả cao ở

vi khuẩn, chẳng hạn B subtilis, DNA biến

nạp phải có mạch kép và phân tử lượng

tương đối cao (1.106 dalton) Khi DNA

xuyên qua màng tế bào của vi khuẩn khả

biến thì một trong các sợi của DNA bị phân huỷ Sau đó sợi đơn DNA chuyển sang có thể trao đổi với nhiễm sắc thể thể nhận ở

vùng tương đồng; sự kiện này có thể phát hiện được nhờ những khác biệt di truyền

thích hợp giữa các tế bào thể cho và thể

nhận

Tóm lại, hiệu quả của biến nạp phụ thuộc vào ba yếu tố:

(i) Tính dung nạp hay khả biến của tế bào thể nhận;

(ii) Kích thước của đoạn DNA được biến

nạp;

(iii) Nồng độ của DNA

Cơ chế phân tử của biến nạp (trong thí

nghiệm Griffith), về cơ bản, có thể giải thích như sau:

(i) DNA sợi kép tế bào vi khuẩn cho S xâm nhập qua màng tế bào vi khuẩn nhận R, với một sợi đơn bị phân huỷ bởi nuclease;

(ii) DNA thể nhận R biến tính ở vùng tương

đồng để bắt cặp hay tiếp hợp (synapsis) với

đoạn DNA sợi đơn còn lại của thể cho S Để

có thể tái tổ hợp bình thường ở vi khuẩn cần

có protein được mã hoá bởi gene recA+

(iii) Phân tử DNA với đoạn lai

(heteroduplex) "R-S" tái bản tạo ra hai

DNA sợi kép con: một sợi kép "R-R" và một sợi kép khác có mang đoạn DNA thể nhận

"S-S", tất cả có hai sợi đơn giống nhau

(homoduplex)

Từ thí nghiệm của Avery và cs, ta thấy rằng: Mặc dù thành phần hoá học của vỏ vi khuẩn (capsule) được xác định bằng các gene,

nhưng mối quan hệ đó là gián tiếp DNA

được phiên mã thành RNA và RNA được dịch mã thành các protein Kiểu hình của

pneumococcus — thành phần của vỏ

polysaccharide — được xác định bằng các

enzyme (proteins) cụ thể (dùng để tổng hợp polysaccharide)

* Xác định liên kết gene bằng biến nạp

Trong quá trình tách chiết DNA để tiến hành biến nạp, nhiếm sắc thể của vi khuẩn thường

bị đứt ra thành khoảng 250 đoạn, tức các

phân tử riêng biệt Các gene nằm ở những vị trí khác nhau trên nhiễm sắc thể vi khuẩn

khi đó sẽ bị tách rời nhau và được truyền đi trong quá trình biến nạp một cách độc lập

Vì số gene ở vi khuẩn rất lớn mà số đoạn

DNA lại hạn chế nên không loại trừ các

trường hợp hai gene khác nhau cùng nằm trên một đoạn DNA, và vì vậy, cùng được chuyển đi Trên thực tế những trường hợp như thế đã quan sát thấy ở hàng loạt vi

khuẩn và gọi là biến nạp liên kết Có thể

phát hiện được biến nạp liên kết bằng cách xác định tần số biến nạp kép (biến nạp đồng

thời hai gene, hay đồng biến nạp,

cotransformed) và so sánh nó với trị số kỳ vọng khi hai gene được truyền đi một cách độc lập Trong thí nghiệm người ta xác định

sự liên kết gene bằng cách phát hiện hiệu

quả pha loãng DNA Trong một giới hạn nào

đó của nồng độ DNA thì tần số biến nạp tỉ lệ tuyến tính với nồng độ DNA Nếu hai gene nằm trên cùng một đoạn DNA thì sự biến

đổi tần số biến nạp kép (liên kết) sẽ giống như biến nạp đơn Còn nếu như biến nạp kép

là do hai đoạn DNA khác nhau cùng chui

vào tế bào (không liên kết) thì đường cong biến đổi của tần số biến nạp kép sẽ có độ

dốc rõ rệt hơn so với biến nạp đơn

Biến nạp chỉ được dùng để lập bản đồ gene cho một số loài DNA thể cho được tách ra

và làm đứt gãy thành những đoạn nhỏ Đối với những tế bào khả biến, tần số biến nạp khoảng 1/ 103tế bào Nếu hai gene a và b xa nhau trên nhiễm sắc thể thì nó thường nằm ở

2 đoạn bị đứt ra khác nhau Khi đó tần số

biến nạp cả hai gene này vào thể cho sẽ

khoảng 1/103 x 1/103 = 1/106 Nếu hai gene này gần nhau thì tần số đồng biến nạp của chúng xấp xỉ bằng biến nạp đơn: 1/103

Nghiên cứu khả năng đi kèm nhau của các

gene biến nạp có thể xác định được trật tự của chúng