13.13: Bacterial Transformation
13.13: Bakteriyel Transformasyon (Dönüşüm)
In 1928, bacteriologist Frederick Griffith worked on a vaccine for pneumonia, which is caused by Streptococcus pneumoniae bacteria. Griffith studied two pneumonia strains in mice: one pathogenic and one non-pathogenic. Only the pathogenic strain killed host mice.
Griffith made an unexpected discovery when he killed the pathogenic strain and mixed its remains with the live, non-pathogenic strain. Not only did the mixture kill host mice, but it also contained living pathogenic bacteria that produced pathogenic offspring. Griffith concluded that the non-pathogenic strain received something from the dead pathogenic strain that transformed it into the pathogenic strain; he called this the transforming principle.
At the time of Griffith’s studies, there was heated debate surrounding the identity of the genetic material. Much early evidence implicated proteins as the hereditary molecules. Griffith’s experiments on bacterial transformation provided some of the earliest data demonstrating that DNA is the genetic material.
Bacteria incorporate external DNA through transformation. Transformation occurs naturally but is also induced in laboratories—often to clone DNA. To clone a specific gene, scientists can insert the gene into a plasmid, a circular DNA molecule that can independently replicate. The plasmid often contains an antibiotic resistance gene. Bacteria take up the plasmid through transformation. Scientists then expose the bacteria to antibiotics. Surviving bacterial colonies should contain the plasmid because the plasmid contains an antibiotic resistance gene. DNA analysis can confirm the gene’s presence in the plasmid. Bacterial colonies with the desired gene propagate and can be used to make more plasmids or proteins.
Why would bacteria take in foreign DNA? Unlike sexually reproducing organisms, bacteria essentially clone themselves. This reproductive method, called binary fission, offers few opportunities for genetic variation. Although mutations introduce some diversity, many mutations are harmful. Sharing genes through transformation, as well as conjugation and transduction, allows prokaryotes to evolve.
1928 yılında, bakteriyolog Frederick Griffith Streptococcus pneumoniae bakterilerin neden olduğu pnömoni için bir aşı üzerinde çalıştı. Griffith farelerde iki pnömoni suşları okudu: bir patojenik ve bir non-patojenik. Sadece patojenik tür ev sahibi fareleri öldürdü.
Griffith, patojenik türü öldürüp kalıntılarını canlı, patojenik olmayan suşuyla karıştırdığında beklenmedik bir keşifte bulundu. Karışım sadece ev sahibi fareleri öldürmekle kalmadı, aynı zamanda patojenik yavrular üreten yaşayan patojenik bakterileri de içeriyordu. Griffith, patojenik olmayan suş, ölü patojenik suştan onu patojenik türe dönüştüren bir şey aldığı sonucuna vardı; buna dönüşüm prensibi adını verdi.
Griffith'in çalışmaları sırasında, genetik materyalin kimliği yle ilgili hararetli tartışmalar vardı. Çok erken kanıtlar kalıtsal moleküller olarak proteinleri ima etti. Griffith'in bakteri dönüşümü üzerine yaptığı deneyler DNA'nın genetik madde olduğunu gösteren ilk verilerden bazılarını sağladı.
Bakteriler dönüşüm yoluyla dış DNA'yı birleştirirler. Dönüşüm doğal olarak gerçekleşir ama aynı zamanda laboratuvarlarda indüklenen-genellikle DNA klonlamak için. Belirli bir geni klonlamak için, bilim adamları geni bir plazmide, bağımsız olarak çoğalabilen dairesel bir DNA molekülüne sokabilirler. Plazmid genellikle bir antibiyotik direnç geni içerir. Bakteriler plazmidi dönüşüm yoluyla alırlar. Bilim adamları daha sonra antibiyotiklere bakteri maruz. Plazmid bir antibiyotik direnç geni içerdiğinden hayatta kalan bakteri kolonileri plazmid içermelidir. DNA analizi genin plazmiddeki varlığını doğrulayabilir. İstenilen gen ile bakteri kolonileri yayılır ve daha fazla plazmid veya protein yapmak için kullanılabilir.
Bakteriler neden yabancı DNA alsın ki? Cinsel olarak çoğalan organizmaların aksine, bakteriler aslında kendilerini klonlarlar. İkili fizyon adı verilen bu üreme yöntemi, genetik varyasyon için birkaç fırsat sunar. Mutasyonlar bazı çeşitlilikler getirse de, birçok mutasyon zararlıdır. Dönüşüm yoluyla genlerin paylaşılması, konjugasyon ve transdüksiyon, prokaryotlar gelişmeye olanak sağlar.