Sinhyu/iStock/GettyImages

In tegenstelling tot seksueel voortplantende organismen die twee sets chromosomen bezitten, dragen de meeste prokaryoten, zoals bacteriën, slechts één chromosoom. Deze beperkte genetische architectuur stelt hen nog steeds in staat snel te diversifiëren via drie geavanceerde strategieën voor het delen van DNA:transductie, transformatie en conjugatie.

Wat is genetische recombinatie?

Genetische recombinatie is het proces waarbij DNA-segmenten tussen cellen bewegen, waardoor nieuwe genetische combinaties ontstaan die de overleving kunnen verbeteren. Bij bacteriën vormt dit mechanisme een aanvulling op willekeurige mutaties door de snelle verspreiding van gunstige eigenschappen, zoals antibioticaresistentie, over populaties heen mogelijk te maken, zelfs tussen soorten.

Transductie

Tijdens de transductie fungeren bacteriofagen (virussen die bacteriën infecteren) als onbewuste koeriersdiensten. Wanneer een faag een gastheercel infecteert, injecteert hij zijn eigen genoom en kaapt hij de bacteriële machinerie om zich te vermenigvuldigen. Af en toe worden fragmenten van het DNA van de gastheer per ongeluk verpakt in nieuwe virusdeeltjes. Wanneer deze fagen vervolgens een andere bacterie infecteren, leveren ze het gastheer-DNA af, dat kan integreren in het genoom van de ontvanger en nuttige genen kan voortplanten.

Transformatie

Transformatie is afhankelijk van bacteriële competentie – een tijdelijke fysiologische toestand die cellen in staat stelt vrij DNA uit hun omgeving op te nemen. Competente bacteriën kunnen plasmiden of chromosomale fragmenten overspoelen, deze in hun chromosomen incorporeren en nieuwe eigenschappen tot uitdrukking brengen. Wetenschappers benutten dit natuurlijke proces om technisch DNA te introduceren, waardoor op maat gemaakte microbiële stammen kunnen worden gecreëerd voor onderzoek en industriële toepassingen.

Vervoeging

Conjugatie wordt vaak omschreven als bacteriële ‘paring’. Het vereist direct cel-tot-cel contact, meestal via een pilus. Donorcellen die een F-plasmide (vruchtbaarheidsplasmide) herbergen, brengen een enkele DNA-streng via de pilus over naar een ontvanger die het plasmide mist. DNA-polymerase synthetiseert vervolgens de complementaire streng en vormt een dubbelstrengs plasmide in de ontvanger. In sommige gevallen draagt de donor ook delen van zijn chromosomaal DNA over, waardoor de genetische diversiteit verder wordt uitgebreid.