Upload
barthold-bleile
View
111
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
Gentransfer zwischen Bakterien in der Natur
• Was ist eigentlich Gentransfer zwischen Mikroorganismen?
1. Transduktion2. Konjugation 3. Transformation
1. Transduktion
• Die Transduktion beschreibt einen virusvermittelten Genaustausch zwischen Bakterien.
• Zur Infektion heftet sich ein Virus (Bakteriophage genannt) mit seinen krallenähnlichen Strukturen an eine Bakterienzelle und injiziert ihr seine DNA.
Elektronenmikroskopische Aufnahme
• Andocken des Bakteriophagen an das spezifische Bakterium.• Das übertragene Erbgut trägt die Anweisungen zum Bau neuer Phagen.• Neue Viruspartikel können DNA-Abschnitte des Bakterienchromosoms
tragen.• Austritt aus dem infizierten Bakterium und Befall weiterer Zellen.
Historisches Experiment von Hershey und Chase
(1952 in New York)
• Sie konnten mit Hilfe radioaktiv markierter Bakteriophagen zeigen, daß bei diesen Viren, die Bakterien infizieren, die DNA und nicht ein Protein das genetische Material ist.
• Die Proteinhülle blieb dabei außen zurück und schied damit als potentielles genetisches Material aus.
Nachweis:DNA ist das genetisches
Material
Purin oder Pyrimidin
Base
32Phosphat
Nachweis 32P-ATP
Guanin
Adenin
Thymin
Cytosin
(Purine) (Pyrimidine)
Nachweis 35S-Cystein
Beispiel: Rinderinsulin
Transduktion in der Natur
Zusammenfassung Transduktion
• Viren können gelegentlich irrtümlich Stücke der Bakterien (Wirts)-DNA und damit bakterielle Gene übertragen. Diese Gene können beim nächsten Infektionszyklus in eine andere Bakterienzelle übertragen, transduziert werden.
• Die so eingeschleppte DNA kann in das Bakterien-chromosom überwechseln.
• Viren können entweder plasmidische oder chromo-somale DNA auf Bakterien übertragen.
2. Konjugation
• Die Konjugation beschreibt einen paarungsähnlichen (quasi sexuellen) Vorgang zwischen Bakterien.
• Es handelt sich hierbei um einen gerichteten Transfer von genetischen Material zwischen verschiedenen Bakterienzellen (außerhalb des Labors).
Historisches Experiment von
J. Lederberg und E. Tatum(1948 in New York)
• Zwei Stämme des Darmbakteriums Escherichia coli vermischten bei gemeinsamer Kultur bestimmte ihrer Eigenschaften.
• Es handelte sich dabei um die Übertragung von kleinen ringförmigen, extrachromosomalen DNA-Stücken (sogenannte Plasmide).
Nobelpreis für Medizin 1958:
Joshua Lederberg & Edward Tatum
Erklärung: Was ist ein Plasmid?
• Plasmide sind ringförmige DNA-Moleküle oder auch Minichromosomen, die in der Bakterienzelle ein eigenständiges Dasein führen. Fast immer enthalten sie ein oder zwei Gene, die eine nützliche Eigenschaft der betreffenden Bakterienzelle verantwortlich sind.
• Beispiele sind Antibiotikaresistenzen.
Das Watson-Crick Modell der DNA-Struktur
Nobelpreis für Medizin 1962:
James Watson &Francis Crick
Das Plasmid: Ein ringförmiges DNA-Molekül
Gelelektrophorese
Einleitung der Konjugation
• Gramnegative Bakterien lassen sich nach Anfärbung mit Alkohohl wieder entfärben.
• Eine Spenderzelle bildet mindestens ein langes, dünnes Anhängsel aus; dieser Pilus verankert sich an einer Empfängerzelle, verkürzt sich und zieht die beiden Zellen aufeinander zu.
Elektronenmikroskopische Aufnahme
Konjugation - Mechanismus (I)
Konjugation - Mechanismus (II)
Einleitung der Konjugation bei grampositiven Bakterien
• Grampositive Bakterien nehmen Kontakt ohne Pili auf. Eine aufnahmebereite Zelle gibt Substanzen ab, die potentielle Spenderzellen anregen bestimmte Proteine zu erzeugen.
• Diese Moleküle (Duftstoffe) führen die Zellen zusammen. Es bilden sich die dann für den DNA-Transfer nötigen Verbindungsporen aus.
Der Unterschied zwischen Plasmid und Episom
Zusammenfassung Konjugation
• Bakterien können gegenseitig Plasmide aus-tauschen. Dies geschieht über einen paarungs-ähnlichen Vorgang.
• Grampositive und gramnegative Bakterien haben verschieden Strategien entwickelt.
• Beim Austausch wird zunächst eine Kopie der Plasmid-DNA angefertigt, die dann über Pili oder Verbindungsporen in die Empfängerzelle übertragen wird.
3. Transformation
• Eine Bakterienzelle wird umgewandelt oder transformiert.
• Sie nimmt dazu ein Gen als freie DNA aus der Umgebung auf und baut es entweder in das Plasmid oder in das Chromosom ein.
• Voraussetzung ist, daß potentielle Empfänger-zellen überhaupt aufnahmebereit oder auch kompetent sind.
Aufnahme eines Gens
Anwendung der Transformation im
Labor:
Die Klonierung
Anwendung der Transformation im
Labor:
Das Klonieren von DNA unter Verwendung der PCR- Methode und die Folge von Fehlern der Polymerase
Horizontaler Gentransfer