Бактериална репродукция и бинарен делене

Бактерии сте прокариотни организми че възпроизвеждат асексуално. Размножаването на бактериите най-често се осъществява чрез вид клетъчно деление, наречено бинарно делене. Бинарното делене включва разделянето на една клетка, което води до образуването на две клетки, които са генетично идентични. За да разберете процеса на бинарно делене, е полезно да разберете структурата на бактериалните клетки.

Ключови заведения

Бактерии имат различни форми на клетките. Повечето общи бактериални форми на клетките са сферични, пръчковидни и спираловидни. Бактериалните клетки обикновено съдържат следните структури: клетъчна стена, клетъчната мембрана, цитоплазма, рибозоми, плазмиди, камшичетаи нуклеоидна област.

• Клетъчна стена: Външно покритие на клетката, което защитава бактериалната клетка и й придава форма.
• Цитоплазмата: Гелоподобно вещество, съставено главно от вода, което също съдържа ензими, соли, клетъчни компоненти и различни органични молекули.
• Клетъчна мембрана или плазмена мембрана: Обгражда цитоплазмата на клетката и регулира притока на вещества в и извън клетката.
• камшичета: Дълго изпъкналост, подобно на камшик, което подпомага клетъчната локомоция.
• Рибозомите: Клетъчните структури, отговорни за протеин производство.
• плазмиди: Носенето на ген, кръгло ДНК структури, които не участват в репродукцията.
• Нуклеоиден регион: Област на цитоплазмата, която съдържа отделната бактериална ДНК молекула.

Повечето бактерии, включително салмонела и E.coli, възпроизвеждат чрез бинарно делене. По време на този тип асексуално възпроизвеждане, сингълът ДНК молекулата се репликира и двете копия се прикрепят в различни точки към клетъчната мембрана. Тъй като клетката започва да расте и се удължава, разстоянието между двете молекули на ДНК се увеличава. След като бактерията почти удвои първоначалния си размер, клетъчната мембрана започва да се прищипва навътре в центъра. И накрая, a клетъчна стена образува, което разделя двете молекули на ДНК и разделя оригиналната клетка на две еднакви дъщерни клетки.

Има редица ползи, свързани с възпроизвеждането чрез бинарно делене. Една-единствена бактерия е в състояние да се размножава в голям брой с бързи темпове. При оптимални условия някои бактерии могат да удвоят броя на популацията си за няколко минути или часове. Друго предимство е, че не се губи време за търсене на половинка, тъй като репродукцията е асексуална. В допълнение, дъщерните клетки в резултат на бинарно делене са идентични с оригиналната клетка. Това означава, че те са добре пригодени за живот в средата си.

Бинарното делене е ефективен начин за размножаване на бактериите, но не е без проблеми. Тъй като клетките, произведени чрез този тип възпроизвеждане, са идентични, всички те са податливи на едни и същи видове заплахи, като промени в околната среда и антибиотици. Тези опасности биха могли да унищожат цяла колония. За да се избегнат подобни опасности, бактериите могат да станат повече генетично разнообразен чрез рекомбинация. Рекомбинацията включва прехвърляне на гени между клетките. Бактериалната рекомбинация се осъществява чрез конюгиране, трансформация или трансдукция.

Някои бактерии са способни да прехвърлят парчета от тях гени с други бактерии, с които контактуват. По време на конюгацията една бактерия се свързва с друга чрез протеинова тръбна структура, наречена a пилус. Гените се прехвърлят от една бактерия в друга чрез тази тръба.

Някои бактерии са способни да поемат ДНК от околната си среда. Тези остатъци от ДНК най-често идват от мъртви бактериални клетки. По време на трансформацията бактерията свързва ДНК и го транспортира през бактериалната клетъчна мембрана. След това новата ДНК се включва в ДНК на бактериалната клетка.

Трандукцията е вид рекомбинация което включва обмяна на бактериална ДНК чрез бактериофаги. Бактериофагите са вируси които заразяват бактериите. Има два вида трансдукция: генерализирана и специализирана трансдукция.

След като бактериофагът се прикрепи към бактерия, той вкарва своя геном в бактерията. След това вирусният геном, ензими и вирусни компоненти се реплицират и сглобяват в бактерията гостоприемник. След като се образуват, новите бактериофаги лизират или разделят отварят бактерията, освобождавайки репликираните вируси. По време на процеса на сглобяване обаче, част от бактериалната ДНК на гостоприемника може да се затвори във вирусния капсид вместо във вирусния геном. Когато този бактериофаг зарази друга бактерия, той инжектира фрагмента на ДНК от заразената по-рано бактерия. След това този фрагмент на ДНК се вкарва в ДНК на новата бактерия. Този тип трансдукция се нарича генерализирана трансдукция.

При специализирана трансдукция фрагменти от ДНК на приемната бактерия се включват във вирусните геноми на новата бактериофаги. ДНК фрагментите след това могат да бъдат прехвърлени към всякакви нови бактерии, които тези бактериофаги заразяват.

• Рийз, Джейн Б. и Нийл А. Кембъл. Кембъл Биология. Бенджамин Къмингс, 2011г.