Recombinarea Genetică la Procariote

I. RECOMBINAREA GENETICĂ LA PROCARIOTE

Procariotele sunt organisme de tip acelular, caracterizate prin absenţa nucleului şi membranei, cu material genetic constituit într-un cromozom unic şi care nu prezintă fenomenele de diviziune meiotică şi mitotică, un nucleoid. Procariotele cuprind organisme acelulare ca virusurile, viroizii şi plasmidele şi organisme celulare ca eubacteriile, arhebacteriile şi cianobacteriile. Cu toate că au o organizare structurală şi funcţională mult mai simplă ca a eucariotelor, nu pot fi lipsite de o particularitate esenţială a lumii vii şi anume variabilitatea genetică, care le asigură adaptarea la condiţiile de mediu aflate în continuă schimbare. Această variabilitate este asigurată prin mutaţii şi prin recombinarea genetică, recombinare care se realizează însă pe alte căi decât la eucariote.

Celulele bacteriene au la exterior o membrană rigidă apoi o membrană citoplasmatică care delimitează o citoplasmă densă. La unele bacterii, de perete celular exterior se ataşează o capsulă alcătuită din polizaharide sau polipeptide.

Prin invaginarea membranei se formează o structură denumită mezozom, la care aderă cromozomul bacterian. Acest cromozom este circular, formează o singură grupă de înlănţuire şi este constituit dintr-o moleculă de ADN dublu catenar de cca 700-900 microni. Bacteriile pot conţine şi plasmide – structuri genetice care pot fi integrate în cromozomul bacterian sau libere în citoplasmă. În general bacteriile sunt haploide, dar în funcţie de replicarea ADN-ului pot fi surprinse şi în stare diploidă.

Recombinarea genetică la bacterii poate fi realizată prin: transformare genetică, conjugare, sexducţia şi transducţia.

Cercetările de genetică întreprinse la bacterii au avut o mare importanţă pentru studiul materialului genetic la nivel molecular şi au contribuit la apariţia geneticii bacteriene şi a geneticii moleculare.

Bacteriile după cum ştim nu au cromozomi în sensul clasic al noţiunii, ci ele posedă o singură formaţiune cromozomială circulară alcătuită din ADN dublu catenar, cu o lungime de 1000-1400μm care formează un singur grup de lincaj. În general bacteriile sunt complet haploide numai în anumite circumstanţe, de exemplu atunci când sunt sub formă de spori.În restul ciclului vital ele sunt parţial diploide datorită aplicaţiei ADN-ului care face ca unele gene să se găsească într-o singură doză, altele în două sau chiar în patru doze, aceasta deoarece, uneori înainte de terminarea primei runde de replicaţie a ADN, începe un al doilea sau chiar al treilea ciclu de replicaţie. Atunci când replicaţia ADN nu are loc, celulele bacteriene sunt haploide, parţial diploide sau diploide, în funcţie de momentul când sinteza ADN a fost blocată.

Plasmidele pe lângă materialul genetic reprezentat de cromozomul circular, la bacterii mai există şi episomi numiţi astăzi plasmide, care sunt reprezentaţi de mici particule de material genetic ADN ce se poate găsi în două stări:

1) în citoplasmă şi se replică independent de cromozomul bacterian, sau 2) integraţi în cromozomul circular bacterian şi se replică sicron cu el.

Plasmidele celulelor bacteriane sunt reprezentate prin:

1. Factorul de fertilitate F care determină deosebirile de sex dintre celulele bacteriene F+♂ şi F- ♀).

2) Factorul colicinogenetic (col), care răspunde de elaborarea unor substanţe numite colicine (nişte antibiotice ), ce pot omorî tulpinile care sunt capabile să elaboreze astfel de substanţei (col+ sau col- ).

3) Factorul transferului de rezistenţă (R T F), care conferă celulelor gazdă modificări în permeabilitatea membranei celulare şi formează împreună cu determinanţii de rezistenţă la antibiotice, complexe R.

4) Materialul genetic al bacteriofagilor temperaţi (de exemplu bacteriofagul λ), este considerat a fi un plasmid deoarece are posibilitatea să se replice autonom, să provoace liza bacteriei gazdă să se integreze cromozomului bacterian şi să se replice sicron cu aceasta (ciclu lizogenetic). În anumite condiţii naturale sau artificiale, materialul genetic integrat (profagul) poate fi eliberat şi reintrată în ciclul litic.

Plasmidele prezintă următoarele caracteristici:

1. Sunt structuri genetice formate din ADN, care se poate replica independent de cromozomul bacterian circular şi care au în anumite faze ale ciclului forme circulare.

2. Nu sunt structuri esenţiale pentru existenţa bacteriilor, deoarece există tulpini de bacterii care au plasmide şi altele care nu au plasmide.

3. Au capacitatea de a se integra în cromozomul bacterian circular, datorită omologiei unor segmente de ADN, caz în care se replică sicron cu cromozomul bacterian circular.

4. Au proprietatea de a induce conjugarea între tulpinile de sex opus + şi - .

Profagii incluşi în cromozomul bacterian nu au această capacitate; ei pot trece de la o celulă la alta numai prin dezinserţia lor din cromozomul bacterian şi liza celulei gazdă.

5. În timp ce profagii, după dezinserţie, prin inducţie determină sinteza de acizi nucleici şi proteine virale pentru reproducerea lor, plasmidele prezintă gene ce dirijează sinteza unor substanţe diferite.

Asfel factorul colicinogenic (col+) produce colicine, substanţe antibiotice în care predomină proteinele; factorii de trasfer ai rezistenţei (RTF) condiţioneză rezistenţa la antibiotice ca şi la diferite alte substanţe etc.

Se pare că la origine plasmidele au fost virusuri, care au dobândit un înalt grad de echilibru cu celula bacteriană, care nu-i mai poate provoca liza. De exemplu colicina, care este o proteină toxică, reprezintă probabil capsida unui virus, despărţită de materialul său genetic. Replicarea autonomă a plasmidelor pare să indice originea lor exogenă.

În ceea ce priveşte recombinarea genetică, este cunoscut faptul că la organismele eucariote ea are loc în procesul de formare al gameţilor, în meioză, prin disjuncţia independentă a perechilor de cromozomi care duce la recombinarea cromozomială : prin crossingover între cromozomii pereche, care duce la recombinarea genelor şi prin conversie, în cazul recombinării genetice nereciproce.

La bacterii, care sunt procariote, recombinarea genetică se realizează prin fenomene specifice : transformarea, conjugarea, transducţia şi sexducţia (F –ducţia).