Language
Country/Area
No result found
Đằng sau quá trình biến đổi: Làm thế nào để vi khuẩn hấp thụ DNA một cách khéo léo và cải thiện khả năng sống sót của chúng?
Trong nghiên cứu về vi sinh và sinh học tế bào, "khả năng" đề cập đến khả năng tế bào thay đổi bộ gen của chúng bằng cách hấp thụ DNA ngoại lai từ môi trường. Quá trình này được gọi là "biến đổi". Sự khác biệt giữa khả năng tự nhiên của vi khuẩn và khả năng nhân tạo là khả năng tự nhiên được tạo ra trong điều kiện di truyền tự nhiên trong môi trường tự nhiên và phòng thí nghiệm, trong khi khả năng nhân tạo đạt được thông qua quá trình xử lý trong phòng thí nghiệm cho phép tế bào thâm nhập DNA ngay lập tức. Khả năng này cho phép tế bào nhanh chóng thích ứng với những thay đổi của môi trường và sửa chữa DNA, nâng cao đáng kể khả năng sống sót của chúng.
Việc nghiên cứu về khả năng tự nhiên bắt đầu vào năm 1928, khi nhà khoa học Frederick Griffiths phát hiện ra rằng vi khuẩn gây bệnh chết có thể thay đổi kiểu gen của vi khuẩn vô hại.
Với phát hiện của Griffith vào năm 1928, Oswald Avery và những người khác đã xác nhận thêm vào năm 1944 rằng "yếu tố biến đổi" này là DNA thuần túy, từ đó tiết lộ rằng DNA là vật mang thông tin di truyền của tế bào.
Cơ chế hấp thu DNA
Trong phòng thí nghiệm, các nhà khoa học thường cung cấp DNA ngoại sinh, phần lớn là các đoạn hoặc plasmid được biến đổi gen. Tế bào sử dụng các cơ chế đặc biệt để vận chuyển DNA này vào bên trong tế bào. Sau khi DNA xâm nhập vào tế bào, nó có thể bị phân hủy thành các nucleotide và được sử dụng để sao chép DNA hoặc các chức năng trao đổi chất khác. Ngoài ra, nó có thể được tập hợp lại vào bộ gen của tế bào bằng các enzyme sửa chữa DNA và nếu sự tái tổ hợp làm thay đổi kiểu gen của tế bào thì tế bào đó được coi là đã biến đổi.
Ở nhiều vi khuẩn có khả năng tự nhiên, các cấu trúc dạng sợi bên ngoài cụ thể liên kết với DNA sợi đôi và vận chuyển nó thông qua các phức hợp protein đa thành phần.
Quy định về khả năng
Trong quá trình nuôi cấy trong phòng thí nghiệm, các khả năng tự nhiên thường bị quy định chặt chẽ và thường bị kích hoạt bởi sự thiếu hụt dinh dưỡng hoặc các điều kiện môi trường bất lợi. Tuy nhiên, các tín hiệu cảm ứng cụ thể và cơ chế điều chỉnh rất khác nhau ở các loài khác nhau. Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng một số yếu tố phiên mã điều chỉnh việc hình thành các khả năng, chẳng hạn như sxy (còn gọi là tfoX). Ở vi khuẩn có thể hình thành bào tử, các điều kiện hình thành bào tử thường trùng khớp với các điều kiện hình thành nên năng lực. Do đó, môi trường nuôi cấy chứa tế bào sinh bào tử thường cũng sẽ có tế bào khả biến.
Chức năng tiến hóa và hậu quả của khả năng
Các đề xuất chính ngày nay về chức năng tiến hóa của các khả năng tự nhiên thường rơi vào ba loại: lợi thế chọn lọc ảnh hưởng đến sự đa dạng di truyền; sự hấp thu DNA như một nguồn nucleotide; và lợi thế chọn lọc để sửa chữa DNA bị hư hỏng thông qua tái tổ hợp tương đồng.
Một số nghiên cứu cho rằng sự biến đổi của vi khuẩn có thể đóng một vai trò tương tự như hành vi tình dục của các sinh vật bậc cao trong việc tăng cường sự đa dạng di truyền, nhưng quan điểm này cũng có một số khó khăn về mặt lý thuyết.
Một giả thuyết khác cho rằng DNA đóng vai trò là nguồn thức ăn, bởi vì các tế bào ăn DNA sẽ nhận được các nucleotide tạo nên DNA này, những nucleotide này rất cần thiết cho quá trình tổng hợp DNA và RNA.
Giả thuyết sửa chữa tổn thương DNA
Ở vi khuẩn, các vấn đề về tổn thương DNA thể hiện rõ nhất trong thời kỳ căng thẳng, đặc biệt là stress oxy hóa trong điều kiện đông đúc hoặc đói khát. Do đó, một số vi khuẩn tạo ra năng lực dưới những áp lực này, ủng hộ giả thuyết rằng sự biến nạp hỗ trợ quá trình sửa chữa DNA. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng các tế bào đã trải qua quá trình xử lý tổn thương DNA và trải qua quá trình biến đổi có tỷ lệ sống sót cao hơn các tế bào bị tổn thương chưa được biến đổi.
Chuyển gen ngang
Mặc dù khả năng này có thể mang lại lợi ích lâu dài cho vi khuẩn, nhưng trong một số trường hợp, nó cũng có thể dẫn đến tình trạng kháng thuốc hoặc các lợi thế khác thông qua các tổ hợp gen khác nhau. Bản chất phức tạp của bộ gen làm nổi bật khả năng của vi khuẩn trong việc chuyển gen theo chiều ngang để giúp tăng tính đa dạng di truyền và từ đó hỗ trợ quá trình tiến hóa của chúng.
Đối mặt với môi trường thay đổi nhanh chóng, vi khuẩn làm thế nào để khéo léo sử dụng khả năng này để ổn định bản thân và thích nghi với thế giới bên ngoài?
