If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Dacă sunteţi în spatele unui filtru de web, vă rugăm să vă asiguraţi că domeniile *. kastatic.org şi *. kasandbox.org sunt deblocate.

Conţinutul principal

Biotehnologia şi reproducerea procariotelor

Cum se reproduc procariotele prin fisiune binară. Utilizarea de bacterii E. coli în biologia moleculară.

Puncte cheie:

  • Procariotele (bacterii și Archea) se reproduc asexual, prin fisiune binară. Majoritatea procariotelor se reproduc rapid.
  • Datorită creșterii lor rapide și geneticii simple, bacteriile E. coli sunt folosite la scară largă în biologia moleculară.
  • În laborator, o genă poate fi transferată în bacterii E.coli pe o mică, circulară moleculă de ADN numită plasmidă. Plasmida este preluată de bacterii într-un proces numit transformare.
    • Bacteriile E.coli transformate pot fi folosite pentru a face mai multe copii ale plasmidei. În unele cazuri, acestea vor manifesta gena plasmidei și vor produce proteine.

Introducere

Să presupunem că ai o bacterie. Cum poți obține mai multe bacterii identice? Cât de rapid le poți obține? Și, cel mai important, de ce ai dori o grămadă de bacterii identice?
Să trecem la ultima întrebare: unele bacterii, în special Escherichia coli(E.coli), sunt folosite la scară largă în laboarele de biologie moleculară. Acolo, ele au rolul de mici „fabrici” care produc multe copii ale moleculei de ADN dorite, sau mai multe molecule ale unei proteine de care este nevoie (cum ar fi insulina folosită de diabetici pentru a regla zahărul din sânge). Cu cât mai multe bacterii, cu atât mai mult ADN sau produs proteic care poate fi fabricat.
Două caracteristici care fac E.coli foarte folositoare în laborator sunt reproducerea rapidă și generarea clonelor, sau bacteriile identice genetic. Să aruncăm o privire la felul în care se reproduc E.coli și alte procariote. Apoi, vom examina aplicarea lor în biotehnologie.

Cum se reproduc procariotele?

Procariotele se reproduc printr-un proces de diviziune celulară numit fisiune binară. Ca mitoza la eucariote, acest proces implică copierea cromozomului și separarea unei celule în două.
Fisiunea binară este o formă de reproducere asexuată, adică nu include producere de ouă și spermă sau amestecarea materialului genetic de la doi indivizi. Exceptând cazul mutațiilor rare, sau schimbări în secvența ADN, fisiunea binară produce celule fiice care sunt identice genetic cu celula mamă.
Poți afla mai multe despre pașii fisiunii binare din fisiunea binară în secțiunea despre diviziunea celulară.

Procariotele se reproduc rapid!

Procariotele se reproduc în general mult mai rapid decât eucariotele multicelulare. Acest lucru se poate măsura prin timp de generare, sau durata de la nașterea unei generații până la apariția următoarei.
Pentru oameni, un timp tipic pentru generare poate fi în jurul vârstei de 20 de ani. Pentru o bacterie tipică, acest moment poate fi în jur de 20 de minute! De fapt, bacteriile E.coli care trăiesc în interiorul intestinului și care sunt folosite în toată lumea la cercetările de laborator, pot produce o nouă generație la fiecare 17 minute sau cam așa 1.
Nu toate bacteriile sunt atât de rapide, iar unele patogene, ca Mycobacterium tuberculosis, au un timp de generare de peste 12 ore 1. Totuși, procariotele în general se reproduc repede, ceea ce înseamnă că populațiile lor pot crește foarte rapid- într-un mediu natural, sau, în unele cazuri, într-un tub de teste din laborator.

Bacteriile în biologia moleculară

Bacteriile care se reproduc rapid și sunt ușor de crescut în laborator constituie modele de organisme bune pentru multe studii științifice. E.coli, spre exemplu, este unul dintre cele mai folosite organisme în cercetările biologice.
Deși probabil ai auzit de E.coli ca un contaminant alimentar, tulpini inofensive de E.coli sunt folosite în laboratoarele de biologie din toată lumea. De fapt, mai multe procese biologice de bază, ca mecanismul de replicare a ADN-ului, au fost descoperite la început în E.coli.

E.coli ca ADN și fabrici de proteine

Astăzi, E.coli sunt folosite uneori ca mici "fabrici" pentru a sintetiza ADN sau proteine. Cercetătorii pot insera o genă de interes intr-o celulă E.coli printr-un proces numit transformare (absorbții de ADN din mediul înconjurător), ceea ce este descris mai târziu în articolul variația genetică a procariotelor. În astfel de experimente, gena de interes este purtată de obicei pe o bucată circulară de ADN numită plasmidă, ce poate fi copiată de bacterie și transmisă urmașilor săi.
Plasmida pentru transformarea bacteriană. Este o moleculă circulară de ADN care conține o genă țintă (ca insulina, în cazul producerii insulinei recombinantă), un promotor folosit să conducă exprimarea genei și o genă rezistentă la antibiotic.
Odată ce conțin plasmida cu gena de interes, celulele E. coli o vor replica și o vor transmite de fiecare dată când se divid, formând mai multe copii ale plasmidei ADN. Dacă plasmida conține secvențele de control potrivite, E. coli pot fi de asemenea instruite să transcrie și să traducă o genă de interes, producând proteine. De exemplu, cea mai mare parte a insulinei folosită de diabetici este produsă în celulele E. coli folosind această strategie.

Etapele transformării

Într-un experiment tipic de transformare, gena țintă (ADN-ul albastru de mai sus) este inserată prima dată într-o plasmidă. În plus față de gena țintă, plasmida mai conține o genă ce aduce rezistență la un anumit antibiotic (ADN-ul roșu de mai sus). Dacă obiectivul este de a folosi bacteriile pentru a sintetiza proteine din genă, plasmida va conține și un promotor, sau secvență de control, care îi permite genei țintă să fie exprimată în bacterii (ADN-ul verde de mai sus).
Când copii ale plasmidei sunt amestecate cu celule E. coli și celulele sunt în șoc-termic ( expuse puțin la temperaturi ridicate), o mică parte din ele vor ocupa plasmida. Toate E. coli sunt împraștiate apoi pe o placă de nutrienți ce conține antibioticul. Rolul antibioticului este de a lăsa doar bacteriile cu plasmidă să supraviețuiască și să crească.
Etapele transformării bacteriene.
  1. Plasmida este adăugată la bacterii.
  2. Șocul termic determină bacteriile să preia plasmida. Majoritatea nu preiau plasmida, dar căteva o fac.
  3. Toate bacteriile sunt plasate pe o placă de antibiotic.
  4. Doar bacteriile cu plasmidă pot supraviețui. Fiecare se reproduce pentru a produce o colonie.
  5. O colonie este crescută pentru a face mai multe bacterii identice. Bacteriile sunt provocate să facă proteina țintă cum ar fi insulina.
E. coli cărora le lipsește plasmida vor fi omorâte de antibiotic. E. coli ce conțin plasmida, totuși, pot supraviețui și reproduce (mulțumită genei rezistente la antibiotic din plasmidă). Fiecare celulă rezistentă va forma o colonie de bacterii identice genetic, ce apar pe placa de agar ca un punct mic. O colonie rezistentă la antibiotic poate fi analizată (verificată prin alte metode pentru a confirma prezența plasmidei corecte), apoi crescută pentru a face o cultură largă de bacterii purtătoare de plasmide identice.
La ce folosește o cultură largă de bacterii purtătoare de plasmidă? Uneori, cercetătorii au nevoie de multe copii ale ADN-ului plasmidei pentru utilizarea lor în alt experiment si pot extrage acest ADN din cultură. Alternativ, dacă plasmida conține promotorul corect, bacteriile pot fi induse (instruite) să exprime gena și să sintetizeze proteine. Această tehnică este folosită pentru a produce proteine importante din punct de vedere medical, cum ar fi insulina și hormonul de creștere uman.