Zadanie 14.2. (0–1)
Treść
Plazmidy bakteryjne zazwyczaj nie zawierają genów metabolizmu podstawowego, ale mogą np. zapewniać oporność na antybiotyki. Plazmidy lub ich fragmenty mogą być przekazywane między komórkami bakteryjnymi w czasie podziału komórki lub w procesach horyzontalnego transferu genów: koniugacji, transdukcji i transformacji. Plazmidy mogą dawać bakteriom przewagę selekcyjną. Znalazły one także zastosowanie w biotechnologii. Bakterie mają wiele mechanizmów zapobiegających utracie plazmidów przez dzielące się komórki, np. system ccd plazmidu F bakterii Escherichia coli. Ten system tworzą dwa geny: gen ccdA kodujący antidotum oraz gen ccdB kodujący truciznę. Obydwa geny podlegają transkrypcji ze wspólnego promotora. Podczas normalnego funkcjonowania komórki bakteryjnej trucizna pozostaje związana przez antidotum i nie wywiera toksycznego wpływu na gyrazę – enzym usuwający napięcia w nici DNA powstające podczas replikacji materiału genetycznego. Jeśli komórka utraci po podziale plazmid z genami systemu ccd, obecne w jej cytoplazmie nietrwałe antidotum zostaje zdegradowane, a stosunkowo trwała toksyna wiąże się z gyrazą, co prowadzi do śmierci komórki w wyniku uszkodzenia DNA. Aktywność promotora genów ccdA i ccdB jest hamowana przez produkty tych genów. Na poniższych schematach przedstawiono funkcjonowanie systemu ccd:
• schemat A – ekspresja genów ccdA oraz ccdB
• schemat B – trucizna unieszkodliwiana przez antidotum
• schemat C – degradacja antidotum i wiązanie trucizny z gyrazą. A promotor ccdA ccdB antidotum trucizna C B trucizna związana z gyrazą gyraza Na podstawie: U. Zieleniewicz, P. Cegłowski, Mechanizmy stabilnego dziedziczenia plazmidów, „Kosmos” 51(3), 2002.
Wykaż, że horyzontalny transfer genów zwiększa tempo ewolucji adaptacyjnej bakterii.
Pokaż odpowiedź
Zasady oceniania
1 pkt – za poprawną odpowiedź, odnoszącą się do nabywania nowych cech już ukształtowanych przed dobór naturalny lub do zwiększania zmienności genetycznej będącej podstawą działania doboru naturalnego.
0 pkt – za odpowiedź niespełniającą wymagań za 1 pkt albo za brak odpowiedzi.
Przykładowe rozwiązanie
• Dzięki horyzontalnemu transferowi genów bakterie nabywają nowych cech takich jak oporność na antybiotyki, które powstały już wcześniej na drodze doboru naturalnego u innych gatunków.
• Dzięki horyzontalnemu transferowi genów staje się możliwe natychmiastowe wykorzystanie gotowych rozwiązań. Przekazany plazmid może kodować np. enzym rozkładający substrat pokarmowy, a powstanie takiego enzymu na drodze doboru naturalnego wymaga dużo czasu.
• Powstanie nowych cech dzięki selekcji naturalnej wymaga dużo czasu oraz dużej zmienności genetycznej. Dużo szybszym sposobem nabycia adaptacji jest przejęcie rozwiązania, które powstało u innego szczepu lub gatunku.
• Przepływ genów między bakteriami zwiększa ich różnorodność genetyczną, a im ona jest większa, tym silniejszy staje się efekt działania doboru naturalnego.