מקור: אלכסנדר ס. גולד1, טוניה מ. קולפיטס1
1 המחלקה למיקרוביולוגיה, בית הספר לרפואה של אוניברסיטת בוסטון, המעבדות הלאומיות למחלות זיהומים מתעוררות, בוסטון, תואר שני
טרנסדוקציה היא צורה של החלפה גנטית בין חיידקים המשתמשים בבקטריופאג'ים, או פאג'ים, סוג של וירוס שמדביק אורגניזמים פרוקריוטים בלבד. צורה זו של העברת דנ"א, מחיידק אחד למשנהו באמצעות פאג', התגלתה בשנת 1951 על ידי נורטון זינדר ויהושע לדארג, שכינו את התהליך "טרנסדוקציה" (1). בקטריופאג'ים התגלו לראשונה בשנת 1915 על ידי הבקטריולוג הבריטי פרדריק טוורט, ואז התגלו שוב באופן עצמאי בשנת 1917 על ידי המיקרוביולוג הצרפתי-קנדי פליקס ד'הרל (2). מאז, המבנה והתפקוד של פאג'ים אלה התאפיינו באופן נרחב (3), וחלוקת פאג'ים אלה לשתי כיתות. הראשון מבין שיעורים אלה הם פאג'ים ליטיים אשר עם זיהום להתרבות בתוך החיידק המארח, לשבש את חילוף החומרים החיידקי, lysing התא, ושחרור פאג צאצאים (4). כתוצאה מפעילות אנטי-בקטריאלית זו והשכיחות הגוברת של חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה, פאגים ליטיקיים אלה הוכיחו לאחרונה שימושי כטיפול חלופי לאנטיביוטיקה. השני של שיעורים אלה הם פאג'ים ליזוזניים שיכולים להתרבות בתוך הפונדקאי דרך מחזור הטיק או להיכנס למצב של קיפיון שבו הגנום שלהם משולב בזה של הפונדקאי (איור 1), תהליך המכונה ליסוגניה, עם היכולת לייצר פאג' להיות מושרה בעוד דורות רבים מאוחרים יותר (4).
איור 1: זיהום של תא מארח על ידי בקטריופאג'. ספיחה על ידי הפאג ' לקיר התא החיידקי באמצעות אינטראקציות בין סיבי הזנב לקולטן (סגול). ברגע על פני התא, הפאג' מחובר באופן בלתי הפיך לתא החיידקי באמצעות לוח הבסיס (שחור) המועבר לקיר התא על ידי נדן הציר (צהוב). גנום פאג' (אדום) נכנס לתא ומשתלב בגנום התא המארח.
בעוד טרנסדוקציה חיידקית היא תהליך טבעי, באמצעות טכנולוגיה מודרנית זה כבר מניפולציה להעברת גנים לחיידקים בסביבת המעבדה. על ידי החדרת גנים מעניינים לגנום של פאג' ליזוזני, כגון פאג ', ניתן להעביר גנים אלה לגנומים של חיידקים וכתוצאה מכך לבטא אותם בתוך תאים אלה. בעוד ששיטות אחרות להעברת גנים, כגון טרנספורמציה, משתמשות בפלסטיד להעברת גנים וביטוי, החדרת הגנום הפאג' לזה של חיידק הנמען לא רק שיש לה פוטנציאל להעניק תכונות חדשות לחיידק זה, אלא גם מאפשרת מוטציות טבעיות וגורמים אחרים של הסביבה התאית לשנות את תפקוד הגן המועבר.
בהשוואה לשיטות אחרות של העברת גנים אופקית, כגון הטיות, התמלה גמישה למדי בקריטריונים הנדרשים לתאי תורמים ונמענים. כל אלמנט גנטי שיכול להתאים בתוך הגנום של הפאג ' בשימוש יכול להיות מועבר מכל זן של חיידקים תורמים לכל זן של חיידקים נמענים כל עוד שניהם מתירניים הפאג ', הדורש ביטוי של קולטני פאג 'הדרושים על משטחי התא. ברגע שהגן הזה מועבר מהגנום התורם ונארז לתוך הפאג', ניתן להעביר אותו לנמען. לאחר התמסורת, יש צורך לבחור עבור חיידקים נמענים המכילים את הגן של עניין יש לבחור עבור. זה יכול להיעשות על ידי שימוש בסמן גנטי, כגון FLAG-tag או תג פוליהיסטידין, כדי לסמן את הגן של עניין, או את הפונקציה המהותית של הגן, במקרה של גנים המקודדים עמידות לאנטיביוטיקה. בנוסף, ניתן להשתמש ב- PCR כדי לאשר עוד יותר את התמרה מוצלחת. על ידי שימוש בפריימרים לאזור בתוך גן העניין והשוואת האות לשליטה חיובית, חיידקים בעלי גן עניין ושליטה שלילית, חיידקים עברו את אותם צעדים כמו תגובת התמרה ללא פאג '. בעוד טרנסדוקציה חיידקית היא כלי שימושי בביולוגיה מולקולרית, יש לה וממשיכה למלא תפקיד חשוב בהתפתחות החיידקים, במיוחד לגבי העלייה האחרונה של עמידות לאנטיביוטיקה.
בניסוי זה, טרנסדוקציה חיידקית שימשה להעברת קידוד הגן לעמידות באמפיצלין אנטיביוטי מזן W3110 של E.coli לזן J53 באמצעות בקטריופאג ' P1 (5). ניסוי זה כלל שני שלבים עיקריים. ראשית, הכנת P1 פאג ' המכיל את הגן עמידות אמפיצלין מן זן התורם. שנית, העברת הגן הזה לזן הנמען על ידי טרנסדוקציה עם P1 phage (איור 1). לאחר ביצועו, ההעברה המוצלחת של הגן עמידות אמפיצלין יכולה להיקבע על ידי qPCR (איור 2). אם התמרה הייתה מצליחה, זן J53 של E. coli יהיה עמיד בפני אמפיצ'ילין, והגן המעניק התנגדות זו ניתן לזיהוי על ידי qPCR. אם לא יצליח, לא יהיה זיהוי של הגן עמידות אמפצילין ואמפצילין עדיין יתפקד כאנטיביוטיקה יעילה נגד זן J53.
איור 2: אישור התמרה מוצלחת על ידי qPCR. על ידי השוואת ערכי Cq שזוהו עבור גן העניין מתגובת התמרה ותגובת השליטה השלילית, ונורמול ערכים אלה מול גן משק בית, ניתן היה לאשר כי טרנסדוקציה חיידקית הצליחה.
1. הגדרת
העברת הגנים לחיידקים וממנה על ידי בקטריופאג', בעוד תהליך טבעי, הוכיחה את עצמה כיעילה ביותר להמון מטרות מחקריות. בעוד ששיטות אחרות להעברת גנים כגון טרנספורמציה והטיה אפשריות, התמרה משתמשת באופן ייחודי בבקטריופאג'ים; לא רק המאפשר שילוב גנים בגנום המארח, אלא גם להעברת גנים לחיידקים מרובים שא?...
Skip to...
Videos from this collection:
Now Playing
Microbiology
27.9K Views
Microbiology
125.7K Views
Microbiology
308.3K Views
Microbiology
130.0K Views
Microbiology
163.5K Views
Microbiology
185.1K Views
Microbiology
284.6K Views
Microbiology
92.7K Views
Microbiology
360.2K Views
Microbiology
184.2K Views
Microbiology
85.3K Views
Microbiology
36.9K Views
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved