نحوه انتقال ژن بین باکتری‌‌ها : تکامل میکروبی با فاژ

انتقال ژن بین باکتری‌ها و تکامل میکروبی می‌تواند از راه‌های مختلفی اتفاق بیفتد.

باکتری‌های زیادی در سیاره زمین وجود دارند و با گذشت زمان و پیشرفت علم و تکنولوژی بر تعداد آن‌ها افزوده می‌شود. این میکروارگانیسم‌ها به سرعت تقسیم می‌شوند. اما انتقال ژن بین باکتری‌ها چگونه اتفاق می‌افتد و چگونه میکروب‌ها می‌توانند تکامل پیدا کنند. در این مطلب قصد داریم به بررسی این موضوع بپردازیم. پس در ادامه با ما همراه باشید.

نحوه انتقال ژن بین باکتری‌‌ها

همانطور که در بخش مقدمه گفته شد، باکتری‌ها در کره زمین به سرعت تقسیم می‎‌شوند و سلول‌های دختری یکسان تولید می‌کنند. بنابراین، اطلاعات ژنتیکی از مادر به فرزندان منتقل می‌شود. این نوع انتقال ژن بین باکتری‌ها به عنوان انتقال عمودی (vertical transmission) شناخته می‌شود.

اما جهش‌‎های ژنی بین باکتری‌‌ها معمولا از طریق انتقال افقی (horizontal transmission) از یک باکتری به باکتری دیگر منتقل می‌شود. سه نوع مختلف انتقال افقی برای انتقال اطلاعات ژنتیکی بین باکتری‌ها وجود دارد.

• دگرگونی (Transformation)
• الحاق (Conjugation)
• انتقال (Transduction)

از آنجایی که تکامل میکروبی اغلب از طریق جهش ژنی (یعنی انتقال افقی) رخ می‌دهد، در ادامه قصد داریم انواع انتقال ژن بین باکتری‌ها از این طریق را بررسی نماییم.

الحاق یا کنژوگاسیون باکتریایی

کونژوگاسیون روش انتقال ماده ژنتیکی از یک باکتری به باکتری دیگر است. اما در صورتی که باکتری‌ها باهم در تماس باشند. الحاق  بین باکتری‌ها طی چند مرحله انجام می‌شود:

• تشکیل جفت و جفت گیری
• سنتز DNA
• انتقال DNA
• بلوغ

الحاق معمولا از طریق پلاسمید صورت می‌گیرد. پلاسمید یک مولکول DNA خارج کروموزومی کوچک و درون سلولی است که از نظر فیزیکی از DNA کروموزومی جدا شده و می‌تواند به طور مستقل تکثیر شود.

مطالعات مربوط به پدیده الحاق با استفاده از باکتری اشرشیاکلی صورت می‌گیرد. در این نوع انتقال ژن بین باکتری‌ها، پلاسمیدی به نام F طی عمل الحاق از یاخته‌ای به یاخته دیگر انتقال می‌یابد. یاخته دهنده عامل F را یاخته F مثبت و یاخته گیرنده آن را یاخته F منفی می‌نامند.

برخی مواقع، حین فرایند الحاق، عامل F شکسته می‌شود. در نتیجهو نسخه جدیدی از این ماده یا بخشی از آن به یاخته گیرنده منتقل می‌شود. بدین ترتیب یاخته گیرنده F می‌تواند صاحب ژن‌های جدیدی شود.

انتقال ژن بین باکتری‌ها به روش ترانسداکشن

گاهی اوقات انتقال ژن بین باکتری‌ها از طریق موجوداتی به نام فاژ انجام می‌شود. فاژ یا باکتریوفاژ (Bacteriophages)  در واقع ویروسی است که باکتری‌ها را آلوده می‌کند. این میکروارگانیسم‌ها برای اولین بار در سال ۱۹۱۵ کشف شدند و نقش منحصر به فردی در زیست شناسی ویروسی ایفا کردند. اما آیا می‌دانستید فاژ می‌تواند روی تکامل میکروبی تاثیر بگذارد؟

طی ترانسداکشن یا انتقال، ممکن است ناگهان کروموزوم باکتری شکسته شود و بخشی از آن در داخل غلاف پروتئینی ویروس جای ‌گیرد. در این صورت فاژ حاوی بخشی از DNA باکتری است. هنگامی که این فاژها، باکتری‌های جدید را آلوده می‌کنند، بخشی از DNA باکتری قبلی را به باکتری‌های جدید منتقل می‌نمایند.

تا کنون محققین تنها دو نوع ترانسداکشن بین باکتری‌ها را کشف کرده‌‌اند:

• انتقال عمومی (Generalized Transduction)
• انتقال تخصصی (Specialized Transduction)

الف/ انتقال عمومی بین باکتری‌ها

در انتقال عمومی، باکتریوفاژ ابتدا سلول‌های باکتری را آلوده کرده و چرخه لیتیک را آغاز می‌کند. سپس ویروس اجزای خود را با استفاده از دستگاه سلول میزبان توسعه می‌دهد. طی این فرایند DNA سلول میزبان توسط آنزیم‌های ویروسی به قطعات کوچک هیدرولیز می‌شود.

به این ترتیب تکه‌های کوچک DNA باکتری در ژنوم ویروس ادغام می‌شود. هنگامی که ویروس باکتری دیگری را آلوده می‌کند، DNA به آن منتقل می‌شود.

ب/ انتقال تخصصی بین ژن‌های باکتری

انتقال تخصصی معمولاً محدود به ژن‌های مجاور محل پروفاژ است.  طی این فرایند، DNA میزبان بخشی از ژنوم فاژ شده و همانندسازی می‌شود. در واقع در انتقال تخصصی، تنها تعداد کمی از ژن‌ها از باکتری‌های دهنده به گیرنده منتقل می‌شوند و طی آن تنها ژن‌های خاصی منتقل می‌شوند.

انتقال تخصصی توسط باکتریوفاژهایی انجام می‌شود که چرخه لیزوژنیک را طی می‌کند

انتقال ژن بین باکتری‌ها از طریق دگرگونی

در طبیعت برخی از باکتری‌ها پس از مردن و متلاشی شدن، DNA  خود را در محیط آزاد می‌کنند. بخشهایی از این DNA می‌تواند بوسیله باکتری‌های دیگر جذب شود و باعث جهش ژنی در باکتری گردد. دگرگونی در طبیعت تنها در میان انواع محدودی از باکتری‌ها از جمله انواع باسیلوس، هموفیلوس ، نایسریا، ریزوبیوم و برخی از استرپتوکوک‌ها یا استافیلوکوک‌ها دیده می‌شود.

تکامل میکروبی با فاژ

امروزه مقاومت باکتری به آنتی بیوتیک یک مشکل بسیار اساسی در علوم پزشکی به شمار می‌رود. از طرفی فاژها توانایی از بین بردن باکتری‌ها را دارند. به همین دلیل محققین در حال بررسی این نوع ویروس‌ها به عنوان جایگزینی برای آنتی بیوتیک ها هستند.

اما با توجه به مطالب گفته شده، فاژها یکی از راه‌های انتقال ژن بین باکتری‌ها هستند و می‌توانند سبب تکامل میکروبی شوند. بنابریانحصول اطمینان از اینکه این باکتریوفاژهای درمانی به مشکل ساز نشوند، مهم است.

سوالات متداول درباره انتقال ژن بین باکتری‌ها