Prokaryotes zijn een van de twee soorten cellen op aarde. De andere is eukaryoten. Prokaryoten zijn de kleinere van de twee, zonder membraangebonden organellen en een gedefinieerde kern. Prokaryoten, bacteriën en archaea, zijn meestal eencellige organismen.

Eukaryoten reproduceren zich seksueel. In tegenstelling tot eukaryoten, prokaryoten reproduceren ze aseksueel en kopiëren ze zichzelf in een proces dat binaire splijting wordt genoemd. Een nadeel van aseksuele reproductie is het gebrek aan genetische variantie van generatie op generatie.

Seksuele reproductie verhoogt de genetische variantie, die de soort bescherming biedt tegen omgevingsveranderingen zoals schommelingen in hulpbronnen of roofdierpopulaties, evenals als andere factoren zoals een willekeurige mutatie die het grootste deel van een populatie teniet kan doen. Als er diversiteit in de genenpool is, is de soort steviger en bestand tegen vele onvoorziene ontberingen.

Prokaryoten hebben niet het voordeel van seksuele reproductie, maar ze hebben nog steeds het vermogen om genetische diversiteit te vergroten door verschillende soorten genoverdracht. Een van de belangrijkste manieren waarop prokaryoten (vooral bacteriën) zich bezighouden met genoverdracht, wordt transductie genoemd en is afhankelijk van de hulp van virussen.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Prokaryoten zijn meestal eencellige organismen. Ze reproduceren aseksueel via een proces dat binaire splijting wordt genoemd. Er zijn drie soorten genoverdracht in prokaryoten die hun genetische diversiteit vergroten. Het zijn transformatie, vervoeging en transductie.

Transductie is belangrijk vanwege de implicaties voor wetenschappelijk onderzoek en bacteriële antibioticaresistentie. Transductie vindt plaats wanneer een virus een bacteriecel gebruikt om zichzelf te repliceren door het te kapen.

Soms verpakt het virus per ongeluk een deel van het DNA van de bacterie in een faag (virale celcomponent) in plaats van zijn eigen DNA. Als dat gebeurt, gaat de faag naar een andere bacterie om hem te infecteren, maar de faag injecteert alleen het DNA van de eerste bacterie in de ontvangende bacterie, waar het DNA wordt opgenomen.
Wat is transductie in Prokaryotes?

Genoverdracht onder archaea en in het bijzonder bacteriën wordt soms aangeduid als "horizontale" of "laterale" genoverdracht. Dit komt omdat genetisch materiaal niet wordt doorgegeven van ouderlijke bacteriecellen naar nakomelingencellen, maar tussen bacteriecellen van dezelfde generatie. De genetische informatie beweegt horizontaal op de stamboom, in plaats van verticaal.

Transductie werd in de jaren 1950 ontdekt door microbiologen Norman Zinder en Joshua Lederberg terwijl ze salmonella bestudeerden. Het is een van de belangrijkste soorten genoverdracht, waardoor bacterieel DNA tussen cellen kan bewegen.

Virussen die bacteriën infecteren, bacteriofagen genoemd, maken transductie mogelijk. Omdat ze als infectieuze agentia van de ene bacteriecel naar de andere gaan, pakken ze soms onbedoeld stukjes bacterieel DNA van de ene gastheercel en deponeren het in de volgende cel waaraan ze binden.
••• Sciencing ••• Sciencing The Process van bacteriële transductie

Virussen kunnen zich niet zelfstandig voortplanten. In plaats daarvan moeten ze de meer geavanceerde reproductieve celbiologie van de bacteriën gebruiken om kopieën van zichzelf te maken. Om dat te doen, kapen bacteriofagen gastheercellen.

Wanneer een bacteriofaag een bacteriecel tegenkomt, bindt deze zich aan de cel en injecteert faag-DNA door het plasmamembraan in de cel. Daar neemt het de leiding over het reproductieve gedrag van de cel. In plaats van zijn eigen genetisch materiaal te repliceren, begint de bacterie nieuwe faagdeeltjes
componenten van viruscellen te repliceren.

De bacteriële genen worden tijdens dit proces door de fagen afgebroken. Wat overblijft van de bacterie is een replicatiemachine voor het virus.

Het virus gebruikt de bacteriecel om de eiwitsteiger voor zijn componenten te synthetiseren. Soms verpakt het per ongeluk verdwaald bacterieel DNA in enkele fagen samen met het gerepliceerde virale DNA.

Zodra alles klaar is, lyseert het virus de bacteriële cel. De bacteriecel barst open en laat de fagen vrij om zich aan andere bacteriecellen te binden en te infecteren. Eenmaal gebonden, zullen sommige fagen het bacteriële genetische materiaal dat ze bij zich hebben in plaats van viraal DNA in de nieuwe bacterie injecteren.

Omdat sommige van de fagen alleen stukjes bacterieel DNA dragen, kunnen ze niet infecteren of lyseren de nieuwe ontvangercel. Als het donorbacterieel DNA in het nieuwe bacteriële chromosoom past, zal de cel de genen tot expressie brengen alsof ze er altijd al waren geweest.
Waarom is transductie belangrijk?

transductie kan de genetische samenstelling van bacteriepopulaties snel veranderen ook al reproduceren ze aseksueel. Dit type gentransfer kan ernstige effecten hebben op bacteriën en de habitats die ze aantasten.

Van veel bacteriestammen is bijvoorbeeld bekend dat ze infecteren en ziekten veroorzaken bij mensen en andere organismen. Antibiotica zijn een behandeling die meestal effectief is om potentieel gevaarlijke of zelfs dodelijke bacteriële infecties tegen te gaan. Sommige bacteriestammen zijn bijzonder moeilijk uit te roeien en vereisen zeer specifieke antibiotica.

Het is daarom van groot belang wanneer bacteriën resistentie tegen antibiotica ontwikkelen - zonder het gebruik van antibiotica kan dit culmineren in infecties die zich in het lichaam verspreiden niet aangevinkt.

Transductie speelt een rol bij antibioticaresistentie. Sommige bacteriecellen hebben een natuurlijke weerstand tegen antibiotica op hun celmembranen, waardoor het antibioticum zich moeilijk kan binden. Dit kan te wijten zijn aan een willekeurige mutatie en heeft geen invloed op de algehele effectiviteit van het antibioticum.

Als een bacteriofaag echter een antibioticaresistente bacteriecel infecteert en dat gemuteerde gen vervolgens via transductie overbrengt naar andere bacteriecellen, meer cellen zullen antibioticaresistent zijn en aangezien ze zich voortplanten door binaire splijting, zou het aantal antibioticaresistente bacteriecellen exponentieel kunnen toenemen.
Transductie gebruiken in de geneeskunde

Transductie heeft echter positieve implicaties voor de mens en andere hogere levensvormen. Wetenschappelijk onderzoek is gericht op technieken en resultaten van gecontroleerde transductie met veel mogelijke toepassingen.

Sommige wetenschappers zijn geïnteresseerd in het maken van nieuwe medicijnen of een betere medicijnafgifte. Anderen zijn geïnteresseerd in het creëren van genetisch gemodificeerde cellen voor verder wetenschappelijk begrip van genetica, of voor nieuwe medische behandelingsvelden. Ze voeren zelfs experimenten uit om transductie in niet-bacteriële cellen te observeren.
Andere vormen van DNA-overdracht

Transductie is niet het enige type genoverdracht in prokaryoten. Er zijn nog twee andere prominente soorten: