Prokaryoten zoals bacteriën hebben niet echt een seksleven. De meeste prokaryotische soorten nemen niet deel aan seksuele voortplanting en hebben slechts één kopie van elk gen op hun afzonderlijke eenzame chromosoom. Seksueel reproducerende organismen hebben twee sets chromosomen, één set van elke ouder, en hebben daarom twee versies van elk gen. Deze regeling verhoogt de genetische diversiteit. Echter, bacteriën hebben manieren gevonden om hun genetische diversiteit te vergroten door middel van drie recombinatietechnieken: transductie, transformatie en conjugatie.

Wat is genetische recombinatie?

Organismen evolueren vanwege veranderingen in hun genomen, het DNA sequenties die coderen voor eiwitten en RNA's. Mutaties in DNA kunnen op elk moment optreden en kunnen de structuur van de geproduceerde eiwitten veranderen. Prokaryoten hebben extra manieren om hun genomen te evolueren naast te vertrouwen op relatief weinig voorkomende mutaties. Door genetische recombinatie kunnen individuele prokaryote cellen DNA delen met andere individuele cellen, niet noodzakelijkerwijs behorend tot dezelfde soort. Dit kan helpen om een ​​heilzaam gen te verspreiden dat hartiger organismen produceert. Het verschijnen van een gen dat resistentie tegen antibiotica verleent, kan bijvoorbeeld een virulente bacteriestam veroorzaken. De cellen kunnen het heilzame gen verspreiden via genetische recombinatie, waardoor het voortbestaan ​​van de soort wordt bevorderd.

Transductie

Transductie is de overdracht van DNA van de ene bacterie naar de andere door de werking van virussen. Wanneer een virus een bacterie infecteert, injecteert het zijn genetisch materiaal in zijn slachtoffer en highjacks de machines van de bacterie voor het synthetiseren van DNA, RNA en eiwitten. Soms komt het virale genetische materiaal samen met het DNA van de gastheer. Later snijdt het virale DNA zichzelf uit van het chromosoom van de bacterie, maar het proces is onnauwkeurig en bacteriële genen kunnen worden opgenomen in het nieuw vrijgemaakte virale DNA. Het virus zorgt ervoor dat de gastheer vele kopieën van het virusgenoom repliceert, samen met eventuele gastgenen voor de rit. Het virus zorgt er vervolgens voor dat de cel scheurt, waardoor nieuwe virusdeeltjes vrijkomen die de cyclus herhalen. Op deze manier combineren genen van één gastheer met die van een andere gastheer, misschien van een andere soort.

Transformatie

Bepaalde soorten bacteriën kunnen DNA-segmenten opnemen, bekend als plasmiden, uit hun omgeving en neem de plasmiden op in hun eigen chromosomen. De bacterie moet eerst een speciale toestand ingaan, competentie genaamd, die transformatie mogelijk maakt. Om competentie te bereiken, moet de bacterie een aantal genen activeren die de vereiste eiwitten tot expressie brengen. Bacteriën transformeren meestal DNA van dezelfde soort. Wetenschappers gebruiken transformatie om vreemd DNA in prokaryote cellen te introduceren door het DNA in het groeimedium op te nemen. Op deze manier kunnen onderzoekers de effecten van verschillende DNA-segmenten meten en zelfs designer-micro-organismen maken met de gewenste eigenschappen.

Conjugatie

Conjugatie is het bacteriële equivalent van seks. Het betreft fysiek contact tussen twee cellen, mogelijk via een overbruggende structuur, een pilus genaamd. Donorcellen moeten een klein DNA-segment bevatten dat het F-plasmide wordt genoemd en dat de ontvanger moet missen. De donorcel verschaft een enkele DNA-streng van het F-plasmide en draagt ​​deze over aan de ontvanger. Het enzym DNA-polymerase synthetiseert vervolgens een complementaire streng om de normaal twee-strengs DNA-structuur te produceren. In sommige gevallen draagt ​​de donor ook chromosomaal DNA bij dat verder gaat dan dat van het F-plasmide. De ontvanger combineert het donor-DNA met zijn eigen genoom.