../images/Emo68.gif רבייה מינית בחיידקים ../images/Emo98.gif
הגדרת מושגים למאמר:
קוניוגציה - היקשרות זוויגית בין חיידקים, לצורך העניין, לשם העברת מידע גנטי (DNA), כלומר - סוג של רבייה מינית.
מוטנט - אורגניזם המגלה תכונה גנטית שונה מזן הבר הטבעי, אשר נוצרה בעקבות שינוי גנטי בגן/ים האחראיים לתכונה.
כרומוזום - המבנה בו אגור המידע הגנטי ב- DNA. בחיידקים קיים כרומוזום אחד הבנוי משני גדילי של DNA. אין גרעין.
פלסמיד - אלמנט חוץ כרומוזמלי בחיידקים. טבעת DNA קטנה המתפקדת עצמאית בחיידק ומסוגלת להכפיל את עצמה באופן עצמאי.
רקומביננט - לצורך העניין, חיידק שקיבל DNA מחיידק אחר ובעקבות קבלת המידע הגנטי החדש שינה את תכונותיו. רקע היסטורי: אדוארד טאטום (Edward Tatum) בודד מוטנטים כפולים של זן של חיידק ה- E.coli (המצוי במעיים של כולנו). מוטנטים אלו לא יכלו לייצר תרכובות אורגניות מסוימות הנחוצות לשם גדילתם, לפיכך הם יכלו לגדול רק על מצעי מזון שהכילו את התרכובות (מכונים אוקסוטרופים, בניגוד לאלו שמסוגלים לחיות על מצע עני ולייצר בעצמם את התרכובות ומוכנים פרוטוטרופים). יהושוע לדרברג (Joshua Lederberg) ערך ניסוי ב- 1945, בו הוא גילה למעשה את תופעת הקוניוגציה. בניסוי שערך הוא לקח שני זנים מוטנטים כפולים של E. Coli, שבודד טאטום: אחד לא יכל לייצר שתי תרכובות אורגניות (נסמנו ב- A) והשני לא יכל לייצר שלוש אחרות (נסמנו ב- B). הוא גידל אותן בשלוש מבחנות - מבחנה אחת של A בלבד, מבחנה שניה של B בלבד ומבחנה של תערובת שני הזנים. לאחר מכן זרע את החיידקים על מצעי גידול עניים. כצפוי, לא התפתחו שתי המבחנות הראשונות, כי לא היו להן תרכובות נחוצות (שהם לא יכלו לייצר לבדם), אך למרבה ההפתעה, ממבחנת התערובת התפתחו מושבות. כלומר, איכשהו, הצליחו החיידקים להעביר ביניהם את היכולת לייצר את החומרים. האפשרות שהייתה פה רוורסיה של המוטנט (כלומר, המוטציה הגנטית תוקנה באחד מתוך מליוני החיידקים, והוא הצליח להתפתח) נפסלה, שכן לא סביר שהייתה רוורסיה בכמה גנים בו זמנית באותו חיידק. זה פשוט לא סביר מבחינה הסתברותית. בנוסף, כדי להראות שמפגש בין החיידקים הכרחי לצורך הצלחת הניסוי, נערך ניסוי דומה בו הוחזקו שני זני החיידקים במבחנה בצורה האות U, כאשר ממברנה חצי חדירה מונעת את המפגש ביניהם, אך מאפשרת מעבר חומרים. בניסוי זה לא התקבלו מושבות, כלומר היעדר המפגש בין החיידקים מנע את יצירת החיידקים הפרוטוטרופים, שמוסגלים לגדול על מצע עני. גילוי הפוריות (Fertility) בחיידקים: עבודתו של ביל הייז (Bill Hayes) גילתה שכדי להבטיח רבייה מינית בין חיידקים צריך זן אחד של חיידקים להיות "פורה", כלומר בעל יכולת להעביר את המידע הגנטי הלאה. כמו כן התברר שהעברת המידע הגנטי היא חד כיוונית, מהפרט ה"פורה" לפרט ה"לא-פורה". עד מהרה התברר שקיים אלמנט חוץ כרומוזומלי בחיידקים, שסומן באות F, לציון הפוריות (Fertility). חיידקים שהכילו את האלמנט סומנו כ +F וחיידקים ללא האלמנט סומנו -F. לפיכך, רבייה מינית אפשרית בין +F ל -F ותוצאותיה שהפרט הלא-פורה הופך לפורה גם כן, ויכול כעת להעביר את האלמנט החוץ כרומוזומלי הלאה. האלמנט החוץ כרומוזומלי - פלסמיד F: גודלו של הפלסמיד כ- 100Kbp. בין מרכיבי הפלסמיד מוצאים אזור המכונה OriT. באזור זה מתחילה שבירת הפלסמיד והעברתו לחיידק המקבל. אזור אחר בפלסמיד הוא TraGenes. אזור זה מכיל גנים האחראים למנגנון העברה של המידע הגנטי, בין היתר גם לייצור השערות הממברנליות של החיידק שבאמצעותם נקשרים החיידקים אלו לאלו (מכונים Pili). כאמור, גדיל אחד של הפלסמיד נשבר ומתחיל לעבור לכיוון החיידק המקבל. תוך כדי המעבר מושלם הגדיל שנותר בפרט התורם וכן מוכפל הגדיל שעובר לחיידק המקבל, כך שבסופו של דבר מתקבלים שני פרטים עם פלסמיד דו-גדילי. עם זאת, על הפלסמיד הבודד אין שום גנים כרומוזומליים, כמו אלו שמאפשרים לחיידקים לגדול על מצע עני... כיצד אם כן ניתן לקשר בין הקוניוגציה לתוצאות הניסוי שתארנו?... זני Hfr: הייז (בשיתוף עם Cavalli-Sforza) מצא זנים של חיידק הE. coli שבה הרקומבינציה (שחלוף גנים) הייתה גבוהה יותר המשיעור הנורמלי (HIGH FREQUENCY of RECOMBINATION ולכן סימונם Hfr). הכלאתם של זנים אלו עם זני -F נתנה צאצאים שהם -F בלבד, כלומר התרחשה קוניוגציה, אבל הTraGenes לא עברו לחיידק המקבל. כיצד מתרחשת תופעה כזו? מסתבר שבחיידקי Hfr הפלסמיד מחובר לכרומוזום הראשי של החיידק, ומהווה חלק אינטגרלי ממנו. בתהליך הקוניוגציה מזן Hfr לזן -F מתחיל מעבר הDNA מאזור ה- OriT (כרגיל), אבל כעת החיידק התורם מעביר חלקים מה-DNA שלו עצמו, כי הקריאה הולכת בכיוון ההפוך. כלומר, בתהליך כזה כן עוברות תכונות כרומוזומליות של חיידק אחד לשני. למה אם כן לא עוברת גם תכונת הFertility (קרי ה- TraGenes)? מפני שכרומזום החיידק גדול מאוד בהשוואה לגודל הפלסמיד, ולכן ההסתברות שהקוניוגציה תארוך מספיק זמן להעברת כל הכרומוזום (ואחריו ה- TraGenes) קטנה. interrupted mating וזני 'F: על סמך העובדה שתוארה לעיל יכלו החוקרים כעת לבדוק מרחק בין גנים! הם נתנו לזני Hfr לעבור רבייה מינית עם זני -F, ועצרו את הקוניוגציה בזמנים קצובים לבחירתם ע"י שימוש במערבל מזון ביתי. ע"י בדיקת התכונות של החיידקים המתקבלים יכלו לקבוע איזה גן בא לפני או אחרי גן אחר, ומה המרחק ביניהם. החוקרים גם שמו לב שלפלסמיד יש אפשרות לצאת באופן עצמאי מהכרומוזום הראשי של החיידק. בד"כ הפלסמיד יוצא לבדו, אך לעיתים הוא לוקח איתו מקטע מהDNA של החיידק. במקרה כזה, לא רק שכל הפלסמיד יעבור, כולל ה-TraGenes (שיהפכו את המקבל ל +F), אלא גם תכונות כרומוזמליות. זנים כאלו מכונים F-Prime ומסומנים 'F. כאן הונחה התשתית לגנטיקה מולקולרית ולהבנה של ביוטכנולוגיה בהקשר של הנדסה גנטית.
בהמשך להודעה זו תמצאו המחשות ויזואליות, שיעזרו אולי להבין את ההסברים שתוארו לעיל. אתם יותר ממוזמנים לשאול שאלות.
המידע מעובד ותורגם מהאתר: http://www.mun.ca/biochem/courses/3107/Lectures/Topics/conjugation.html (באדיבות קורס "מעבדה בגנטיקה" של אונ' ת"א).
הגדרת מושגים למאמר:
