Czynnik płodności (bakterie)
Czynnik płodności ( po raz pierwszy nazwany F przez jedną z jego odkrywców, Esther Lederberg ; zwany także czynnikiem płciowym u E. coli lub czynnikiem płciowym F ; zwany także plazmidem F ) umożliwia przenoszenie genów z jednej bakterii niosącej czynnik do innej bakterii brak czynnika przez koniugację . Czynnik F był pierwszym odkrytym plazmidem . W przeciwieństwie do innych plazmidów, czynnik F jest konstytutywny dla białek przenoszących z powodu mutacji w genie finO . Plazmid F należy do klasy plazmidów koniugacyjnych kontrolujących funkcje płciowe bakterii z systemem hamowania płodności (Fin).
Odkrycie
Esther M. Lederberg i Luigi L. Cavalli-Sforza odkryli „F”, a następnie opublikowali wspólnie z Joshuą Lederbergiem . Po ogłoszeniu jej wyników do badań dołączyły dwa inne laboratoria. „To nie było jednoczesne niezależne odkrycie F (nazywam je jako czynnik płodności, dopóki nie zostało to zrozumiane). Napisaliśmy do Hayesa, Jacoba i Wollmana, którzy następnie kontynuowali swoje badania”. Odkrycie „F” było czasami mylone z odkryciem „czynnika płci” przez Williama Hayesa , chociaż nigdy nie twierdził on, że ma pierwszeństwo. Rzeczywiście, „on [Hayes] myślał, że F to naprawdę lambda, a kiedy go przekonaliśmy [że tak nie jest], zaczął swoją pracę”.
Struktura
Najczęstszymi segmentami funkcjonalnymi składającymi się na współczynniki F są:
- OriT (Origin of Transfer): Sekwencja, która wyznacza punkt początkowy transferu koniugacyjnego.
- OriV (Origin of Vegetative Replication): Sekwencja rozpoczynająca się od której DNA plazmidu będzie replikowane w komórce biorcy.
- tra-region ( geny transferu ): Geny kodujące proces transferu F-Pilus i DNA.
- IS ( Insertion Elements ) złożone z jednej kopii IS2, dwóch kopii IS3 i jednej kopii IS1000: tak zwane „samolubne geny” (fragmenty sekwencji, które mogą zintegrować swoje kopie w różnych miejscach).
Niektóre geny plazmidu F i ich funkcja:
- traA: F-pilin, główna podjednostka pilusa F.
Związek z genomem
Episom zawierający czynnik F może istnieć jako niezależny plazmid lub integrować się z genomem komórki bakteryjnej . Istnieje kilka nazw możliwych stanów:
- Bakterie Hfr posiadają cały episom F zintegrowany z genomem bakteryjnym.
- Bakterie F + posiadają czynnik F jako plazmid niezależny od genomu bakteryjnego. Plazmid F zawiera tylko DNA czynnika F i nie zawiera DNA z genomu bakteryjnego.
- Bakterie F' (pierwotne F) powstają w wyniku nieprawidłowego wycięcia z chromosomu, w wyniku czego plazmid F zawiera sekwencje bakteryjne, które znajdują się obok miejsca, w którym wstawiono episom F.
- F − bakterie nie zawierają czynnika F i pełnią rolę biorców.
Funkcjonować
Kiedy komórka F + łączy się/łączy się z komórką F- , wynikiem są dwie komórki F + , obie zdolne do przenoszenia plazmidu do innych komórek F- przez koniugację. Pilus na komórce F + oddziałuje z komórką biorcy, umożliwiając utworzenie połączenia godowego, DNA jest nacinane na jednej nici, rozwijane i przenoszone do biorcy.
Plazmid F należy do klasy plazmidów koniugacyjnych, które kontrolują funkcje płciowe bakterii z systemem hamowania płodności (Fin). W tym systemie czynnik trans-działający FinO i antysensowne RNA FinP łączą się, aby stłumić ekspresję genu aktywatora TraJ . TraJ jest czynnikiem transkrypcyjnym , który reguluje w górę operon tra . Operon tra zawiera geny wymagane do koniugacji i transferu plazmidu. Oznacza to, że bakteria F + zawsze może działać jako komórka dawcy. Gen finO oryginalnego plazmidu F (w E. coli K12) jest przerywany przez insercję IS3, co skutkuje konstytutywną ekspresją tra operonu. Komórki F + mają również powierzchniowe białka wykluczające TraS i TraT na powierzchni bakterii. Białka te zapobiegają wtórnym kojarzeniom z udziałem plazmidów należących do tej samej grupy niezgodności (Inc). Zatem każda bakteria F + może być gospodarzem tylko jednego typu plazmidu z dowolnej danej grupy niezgodności.
W przypadku transferu Hfr, powstałe transkoniugaty rzadko są Hfr. Wynikiem koniugacji Hfr/F − jest szczep F − z nowym genotypem. Kiedy plazmidy F-prime są przenoszone do komórki bakteryjnej biorcy, zawierają fragmenty DNA dawcy, które mogą stać się ważne w rekombinacji . Bioinżynierowie stworzyli plazmidy F, które mogą zawierać wstawiony obcy DNA; nazywa się to sztucznym chromosomem bakteryjnym .
Pierwsza opisana helikaza DNA jest zakodowana na plazmidzie F i jest odpowiedzialna za zainicjowanie transferu plazmidu. Pierwotnie nosił nazwę E. coli DNA Helicase I , ale obecnie jest znany jako F-plazmid TraI . Oprócz tego, że jest helikazą, białko F-plazmid TraI złożone z 1756 aminokwasów (jeden z największych w E. coli ) jest również odpowiedzialne zarówno za specyficzne, jak i niespecyficzne wiązanie jednoniciowego DNA, jak również za katalizowanie nacinania jednoniciowego nici DNA w miejscu początku transferu.