박테리아 유전자는 세균의 세포 내에서 유전자 정보의 염기의 연구이다. 여기에는 유전 정보의 구성, 조절 방법, 표현 방법 및 변화 방법이 포함됩니다.
박테리아 유전학에 대한 첫 번째 실험은 19 세기에 박테리아가 유전 정보를 교환하는 메커니즘이 있는지 여부는 아직 알려지지 않았고, 염색체를 가지고 있는지조차 알려지지 않은 역사적 맥락에서 수행되었습니다.
박테리아 DNA (출처 : Average_prokaryote_cell-_en.svg : Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHatsDifference_DNA_RNA-EN.svg : * Difference_DNA_RNA-DE.svg : Sponk (대화) 번역 : Sponk (대화) 파생 작업 : Wikimedia Commons를 통한 Radio89)
유일한 확실한 사실은 박테리아가 적어도 다른 영양 화합물의 동화를 위해 다른 표현형을 가진 안정된 계통을 만들 수 있다는 것이며, 유전 적 돌연변이로 인해 때때로 새로운 형태가 출현했다는 것입니다.
당시 박테리아에 대해 존재했던 큰 불확실성으로 인해 "박테리아 유전학"에 대한 특정 질문에 실험적으로 대답하는 것이 필수적이었습니다. 특히 박테리아가 유전의 기본 원리를 충족하는지 이해하는 것이 중요했습니다.
마지막으로, 1946 년에 Joshua Lederberg와 Edward Tatum은 각각 다른 영양 요구 사항을 가진 대장균 균주 A와 B 균주를 사용하여 이러한 기본적인 문제를 해결했습니다.
A 형과 B 형 세포는 최소한의 배지에서 성장할 수 없었습니다. 둘 다 상기 배지에서 영양분을 흡수하지 못하게하는 돌연변이가 있었기 때문입니다.
그러나 A와 B를 몇 시간 동안 혼합 한 후 최소 배지 플레이트에 시드하면 최소 배지 플레이트에 몇 개의 콜로니가 나타났습니다.
이 콜로니는 유전 물질을 교환 한 개별 세포에서 유래했으며 교환 후 유전 정보를 표현형으로 표현할 수있어 최소 배지에서 영양분을 흡수 할 수있었습니다.
유전 정보의 구성
박테리아의 생명에 필요한 모든 유전 정보는 이중 가닥 데 옥시 리보 핵산 (DNA)의 단일 분자 인 "박테리아 염색체"에서 발견됩니다.
이 DNA 분자는 공유 결합에 의해 닫힌 원형 구조로 배열되어 있으며 일부 단백질과 함께 박테리아 염색체를 형성합니다.
박테리아는 박테리아 염색체 외에도 더 작은 크기의 염색체 외 DNA 단편을 가질 수 있지만 닫힌 원형 방식으로 구조화됩니다. 이러한 DNA 분자를 총칭하여 "플라스미드"또는 "플라스미드 DNA"라고합니다.
플라스미드 DNA 분자는 박테리아가 그들 사이에서 매우 특정한 유전 정보를 교환하는 데 사용됩니다.
일반적으로 박테리아 세포 중 하나가 항생제에 대한 내성을 보이면 플라스미드를 통해 다른 박테리아 세포에 내성을 전달할 수 있습니다.
박테리아에서 플라스미드 DNA 분자의 크기는 3 ~ 10 킬로 염기로 다양 할 수 있으며 많은 종류의 박테리아에서 단일 유형의 플라스미드에 대한 수백 개의 사본이 발견 될 수 있습니다.
박테리아 DNA의 구성과 구조는 모든 생물과 바이러스에서 발견되는 것과 동일합니다. 그 구조는 당 골격, 질소 염기 및 인산염 그룹으로 구성됩니다.
대장균의 세균 염색체에 대한 완전한지도는 1963 년에 얻었습니다. 약 100 개의 유전자의 정확한 위치를 자세히 설명했지만 오늘날 대장균 염색체는 1000 개 이상의 유전자를 포함하고 크기가 4.2 인 것으로 알려져 있습니다. 백만 염기쌍.
유전자 발현 메커니즘
박테리아의 유전자 발현 메커니즘은 다른 생명체에서 발생하는 유전자 발현 과정과 일부 측면에서 유사하며 전사 및 번역 과정에도 의존합니다.
유전자의 정보는 RNA 분자로 전사되고이어서 단백질을 구성하는 아미노산 서열로 전사됩니다. 이 과정은 유전자형에 포함 된 정보와 표현형의 구조를 표현하는 것입니다.
전사
전사에서 RNA 중합 효소는 주형으로 사용하는 DNA 세그먼트에 대한 보완적인 산물을 생성하지만이 산물은 리보 핵산 (RNA)입니다.
이 분자는 DNA 세그먼트에 의해 암호화 된 단백질의 합성을위한 정보를 전달하며 단일 밴드이며 메신저 RNA라고합니다. 박테리아의 RNA 중합 효소는 박테리아와 진핵 생물에서 다릅니다.
RNA 중합 효소는 전사를 시작하기 위해 결합하는 DNA (프로모터)의 특정 부위를 식별합니다. 단일 메신저 RNA 분자는 하나 이상의 유전자에 대한 정보를 포함 할 수 있습니다.
진핵 생물과는 달리, 박테리아의 유전자는 그 서열에 "인트론"이 없습니다. 박테리아는 세포질의 다른 요소와 염색체를 분리하는 핵을 가지고 있지 않기 때문입니다.
번역
모든 요소가 박테리아 세포 세포질에서 "느슨해지기"때문에 새로 합성 된 메신저 RNA 분자는 리보솜과 접촉하여 즉시 단백질 합성을 시작할 수 있습니다.
이것은 박테리아가 환경의 극심한 변화에 반응하고 적응하는 데 이점을 가질 수 있도록합니다.
Ribosomal RNA, transfer RNA 및 다양한 ribosomal 단백질이 번역에 참여합니다. 원핵 세포의 리보솜은 진핵 세포의 리보솜에 비해 구조와 구성이 다양합니다.
이러한 요소는 메신저 RNA 분자의 유전 코드에 구현 된 지침을 뉴클레오티드 삼중 체 (코돈) 형태로 "읽고"동시에 각 아미노산을 조립하여 폴리펩티드를 형성합니다.
유전 코드의 "보편성"은 과학자들이 기술적 인 관심을 가진 펩타이드와 단백질의 합성을위한 중요한 도구로 박테리아의 번역을 사용할 수 있도록합니다.
유전자 발현 조절
박테리아에서 유전자 발현을 제어하는 메커니즘은 매우 정확합니다. 이를 통해 유전자 산물 합성의 양과시기를 정확하게 조절하여 필요할 때만 발생하도록합니다.
여러 유전자를 그룹화하는 박테리아 게놈 영역을 "오페론"이라고합니다. 이 영역은 박테리아가있는 상태에 따라 전사를 활성화하거나 비활성화합니다.
동일한 오페론의 일부인 모든 유전자는 많은 유전자를 포함하는 메신저 RNA ( "폴리 시스 트론"RNA라고 함)로 공동으로 전사됩니다. 이 RNA는 리보솜에서 순차적으로 번역됩니다.
오페론은 긍정적으로 또는 부정적으로 규제 될 수 있습니다. 유전자는 억제 자라고하는 억제 단백질이 구조의 특정 서열에 결합 할 때만 자신의 발현을 멈 춥니 다.
유전자의 특정 서열은 "프로모터"라고 불리며, 억제 단백질이 프로모터에 결합되면 RNA 중합 효소는 문제가되는 유전자 서열의 전사를 시작할 수 없습니다.
반면에, 오페론이 상향 조절되면 특정 DNA 서열에 결합하는 활성화 제 단백질이 존재할 때까지 해당 유전자 영역의 전사가 시작되지 않습니다.
과학자들은이 오페론의 "유도 성"을 사용하여 박테리아에서 특정 관심 영역의 유전자 발현을 증가 또는 감소시킵니다. 일부 기질을 도입함으로써 대사에 필요한 효소의 발현을 증가시킬 수 있습니다.
유전자 전달
박테리아는 진핵 세포와 달리 유성 생식을 통해 유전자를 전달하지 않습니다. 대신 변형, 형질 도입 및 접합이라는 세 가지 다른 과정을 통해이를 수행 할 수 있습니다.
박테리아의 수평 유전자 전달 (출처 : Wikimedia Commons를 통한 2013MMG320B)
변환
변환에서 , 인구의 일부 박테리아 세포는 "능력"이된다. 일단 "유능한"상태가되면 세포 외 환경에서 발견되는 다른 박테리아로부터 외인성 DNA를받을 수 있습니다.
DNA가 세포 내부로 통합되면 박테리아는 염색체에 포함 된 유전자와 방금 통합 된 외래 DNA를 결합하는 과정을 수행합니다. 이 과정을 유전자 재조합이라고합니다.
변환
형질 도입에서 박테리아는 박테리아를 감염시키는 바이러스 (박테리오파지)를 통해 다른 박테리아의 DNA를 DNA 분자에 통합합니다. 이것은 전문화되거나 일반화 된 방법으로 주어질 수 있습니다.
특수 형질 도입에서는 이전에 다른 박테리아에 감염된 파지가 감염주기 동안 유전자를 획득 할 때 발생합니다.
나중에 새로운 박테리아를 감염시키고 그 유전자를 새로 감염된 박테리아의 염색체에 통합함으로써 이전에 감염된 박테리아의 유전자도 통합합니다.
일반화 된 형질 도입 과정에서 캡시드가 비어있는 결함있는 파지 입자는 바이러스 복제 과정에서 박테리아 염색체의 일부를 통합 한 다음 다른 박테리아를 감염 시키면 이전 박테리아에서 가져온 유전자를 도입 할 수 있습니다.
동사 변화
접합에서 박테리아는 물리적 접촉을 통해 단방향 방식으로 유전 물질을 교환합니다. 박테리아 중 하나는 기증자 역할을하고 다른 하나는 수혜자 역할을합니다. 이 과정에서 공여자 박테리아는 일반적으로 수혜자 박테리아에게 플라스미드 DNA 분자를 제공합니다.
박테리아의 접합은 모든 종에 전형적인 것은 아닙니다. 접합 능력은 플라스미드 DNA 분자를 통해 전달되는 유전자를 통해 부여됩니다.
참고 문헌
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