Genetica bacteriană este o știință cuprinzătoare al cărei subiect este ereditatea și variabilitatea bacteriilor, care sunt responsabile atât pentru asemănările, cât și pentru diferențele dintre celulele parentale și celulele fiice.

Ereditate reprezintă transmiterea proprietăților bacteriilor în generație și se datorează împărțirii exacte a genomului bacterian în cele două celule fiice, pe de altă parte variabilitatea este schimbarea proprietăților bacteriilor datorită schimbului de material genetic sau mutației.

Ereditate

Moștenirea în bacterii se datorează împărțirii precise a purtătorilor de informații genetice, grație acestui proces, după împărțirea celulei bacteriene, cele două celule fiice primesc copii identice ale informațiilor genetice ale celulei mame. În acest fel, o celulă bacteriană poate produce o populație mare de celule identice. În anumite cazuri, o modificare genetică spontană a uneia dintre celule duce la apariția unei subclone cu caracteristici diferite de părintele original (tip sălbatic). Acest proces se numește moștenire verticală. Dacă schimbarea este în detrimentul creșterii celulare, subclona va fi rapid depășită de numărul populațiilor sănătoase de tip sălbatic, dar în prezența unei schimbări benefice, subclona poate depăși populația de tip sălbatic.

Variabilitatea la bacterii

Variabilitate este o modificare a proprietăților bacteriilor datorită schimbului de material genetic sau mutației. Mecanismele prin care se realizează variabilitatea sunt transformarea, transducția și mutația.

Schimbul de gene între bacterii

noul triplet
Transformarea bacteriană este un proces de transfer orizontal de gene prin care unele bacterii preiau material genetic străin (ADN „gol”) din mediu. Procesul a fost raportat pentru prima dată în Streptococcus pneumoniae al lui Griffith în 1928, unul dintre evenimentele visate ale geneticii bacteriene.

Procesul de transfer genetic prin transformare nu necesită o celulă donatoare vie, ci doar prezența ADN-ului persistent în mediu. O condiție necesară pentru ca bacteriile să fie supuse transformării este capacitatea lor de a accepta material genetic gratuit, extracelular. Astfel de bacterii sunt numite celule competente. Factorii care reglementează competența naturală variază între diferite genuri. Odată ce factorul de transformare (ADN) intră în citoplasmă, acesta poate fi descompus prin nucleaze dacă este diferit de ADN-ul bacterian. Dacă materialul genetic exogen este similar ADN-ului bacterian, acesta poate fi integrat în cromozom. Uneori, materialul genetic exogen poate coexista ca plasmidă cu ADN cromozomial.

Bacteriofagii au capacitatea de a transfera gene de la o celulă bacteriană la alta, proces cunoscut sub numele de transducție. Există două tipuri de transfer de gene mediat - transducția generalizată și transducția specializată.

În procesul de ambalare a ADN-ului din bacteriofag, acesta împachetează fragmente aleatorii ale cromozomului bacterian. Astfel, lizatul conține două tipuri de particule, care diferă doar prin tipul de ADN pe care îl conțin. Majoritatea particulelor conțin ADN viral, atunci când își injectează ADN-ul, ciclul litic se va repeta și vor fi produse noi particule de bacteriofagi. O mică parte din particule, probabil până la 1%, conține fragmente ale cromozomului bacterian la locul ADN al bacteriofagului. Când una dintre aceste particule își injectează ADN-ul în celulă, celula nu este ucisă. ADN-ul nou introdus conține doar gene bacteriene și este liber să se recombine cu cromozomul. Unii bacteriofagi transductori pot introduce 100-200 kilobaze de ADN. Deoarece fragmentele bacteriene care sunt ambalate sunt în esență aleatorii, aproape orice genă bacteriană de pe cromozomul bacterian poate fi transdusă. Plasmidele întregi pot fi transduse de bacteriofagi. Unele plasmide au dezvoltat semnale pentru a permite ambalarea eficientă de către particulele de fagi și transferul ulterior prin transducție.

  • Variabilitatea mutațională

Variabilitatea mutațională este un tip de variabilitate genotipică rezultată din mutații. Mutațiile sunt modificări structurale în secvența nucleotidică a ADN-ului care nu rezultă din introducerea de material genetic străin. Următoarele tipuri de mutații genetice sunt observate în genetică bacteriană:

  • Mutații punctiforme - reprezintă înlocuirea unei perechi de baze din molecula ADN cu alta.
  • Deleții de nucleotide - mutațiile din acest grup includ toate cazurile de îndepărtare a uneia sau mai multor nucleotide din secvența de nucleotide.
  • Inserții de nucleotide - acestea sunt modificări cauzate de inserarea uneia sau mai multor nucleotide într-o secvență.

Consecințele substituției bazei în molecula ADN sunt:

  • Mutație silențioasă - noul triplet de baze codifică același aminoacid;
  • Nicio modificare a fenotipului - noul triplet codifică un nou aminoacid, dar într-un loc inactiv în moleculă;
  • Schimbarea fenotipului - noul triplet codifică un nou aminoacid situat într-un sit activ;
  • Mutație fără sens - se codifică un triplet fără sens.