Reproducerea bacteriană și fisiunea binară

Bacteriile sunt organisme procariote care se reproduc asexual. Reproducerea bacteriană apare cel mai frecvent printr-un fel de diviziune celulară numită fisiune binară. Fisiunea binară implică divizarea unei singure celule, ceea ce duce la formarea a două celule care sunt identice genetic. Pentru a înțelege procesul fisiunii binare, este util să înțelegem structura celulelor bacteriene.

Cheie de luat cu cheie

• Fisiunea binară este procesul prin care o singură celulă se împarte pentru a forma două celule care sunt identice genetic una cu cealaltă.
• Există trei forme comune de celule bacteriene: în formă de tijă, sferice și spirală.
• Componentele celulare bacteriene comune includ: un perete celular, o membrană celulară, citoplasma, flagelul, o regiune nucleoidă, plasmide precum și ribozomi.
• Fisiunea binară ca mijloc de reproducere are o serie de beneficii, principalul dintre ele este capacitatea de a se reproduce în număr mare într-un ritm foarte rapid.
• Întrucât fisiunea binară produce celule identice, bacteriile pot deveni mai variate genetic prin recombinare, ceea ce implică transferul genelor între celule.

Structura celulelor bacteriene

Bacteriile au diferite forme de celule. Cele mai frecvente forme de celule ale bacteriilor sunt sferice, în formă de tijă și în spirală. Celulele bacteriene conțin, de obicei, următoarele structuri: un perete celular, membrană celulară, citoplasmă, ribozomi, plasmide, flageli și o regiune nucleoidă.

• Perete celular: O acoperire exterioară a celulei care protejează celula bacteriană și îi conferă formă.
• citoplasma: O substanță asemănătoare unui gel compusă în principal din apă care conține, de asemenea, enzime, săruri, componente celulare și diverse molecule organice.
• Membrana celulară sau membrana plasmatică: Înconjoară citoplasma celulei și reglează fluxul de substanțe din și din celulă.
• flageli: O proeminență lungă, asemănătoare cu biciul, care ajută la locomoția celulară.
• ribozomii: Structuri celulare responsabile de producerea de proteine.
• Plasmidele: Structuri circulare de ADN purtătoare de gene care nu sunt implicate în reproducere.
• Regiunea nucleoidă: Zona citoplasmei care conține molecula ADN unică bacteriană.

Fisiune binară

Aceasta este o micrografie electronică cu transmisie colorată (TEM) a unei bacterii E. coli în fazele incipiente ale fisiunii binare. Credit: CNRI / Getty Images

Majoritatea bacteriilor, inclusiv Salmonella și E coli, se reproduc prin fisiune binară. În timpul acestui tip de reproducere asexuală, molecula ADN unică se reproduce și ambele copii se atașează, în diferite puncte, la membrana celulară. Pe măsură ce celula începe să crească și să se alungească, distanța dintre cele două molecule de ADN crește. Odată ce bacteriile își dublează dimensiunea inițială, membrana celulară începe să se prindă spre interior în centru. În cele din urmă, se formează un perete celular care separă cele două molecule de ADN și împarte celula originală în două celule fiice identice.

Această imagine arată bacteriile care cresc exponențial într-un vas Petri. O singură colonie poate avea trilioane de bacterii. Wladimir Bulgar / Știința Bibliotecă Foto / Getty Images

Există o serie de beneficii asociate reproducerii prin fisiune binară. O singură bacterie este capabilă să se reproducă în număr mare în ritm rapid. În condiții optime, unele bacterii își pot dubla numărul populației în câteva minute sau ore. Un alt beneficiu este că nu se pierde timpul căutând un partener, deoarece reproducerea este asexuală. În plus, celulele fiice rezultate în urma fisiunii binare sunt identice cu celula inițială. Aceasta înseamnă că sunt potrivite pentru viața în mediul lor.

Recombinarea bacteriană

Fisiunea binară este o modalitate eficientă de reproducere a bacteriilor, însă nu este lipsită de probleme. Deoarece celulele produse prin acest tip de reproducere sunt identice, toate sunt susceptibile la aceleași tipuri de amenințări, cum ar fi schimbările de mediu și antibiotice. Aceste pericole ar putea distruge o întreagă colonie. Pentru a evita astfel de pericole, bacteriile pot deveni mai variate genetic prin recombinare. Recombinarea presupune transferul genelor între celule. Recombinarea bacteriană se realizează prin conjugare, transformare sau transducție.

Conjugare

Unele bacterii sunt capabile să transfere bucăți din genele lor către alte bacterii pe care le contactează. În timpul conjugării, o bacterie se conectează la alta printr-o structură de tub proteic numită a pilului. Genele sunt transferate de la o bacterie la cealaltă prin acest tub.

Transformare

Unele bacterii sunt capabile să preia ADN-ul din mediul lor. Aceste resturi de ADN provin cel mai frecvent din celulele bacteriene moarte. În timpul transformării, bacteria leagă ADN-ul și îl transportă pe membrana celulară bacteriană. Noul ADN este apoi încorporat în ADN-ul celulelor bacteriene.

Transducerea

Transductia este un tip de recombinare care presupune schimbul de ADN bacterian prin bacteriofage. Bacteriofagii sunt virusuri care infectează bacteriile. Există două tipuri de transducție: transducție generalizată și specializată.

Odată ce un bacteriofag se atașează de o bacterie, acesta își introduce genomul în bacterie. Genomul viral, enzimele și componentele virale sunt apoi replicate și asamblate în cadrul bacteriei gazdă. Odată format, noul bacteriofag lize sau divizat deschide bacteria, eliberând virusurile replicate. În timpul procesului de asamblare, totuși, o parte din ADN-ul bacterian al gazdei poate deveni încorporat în capsidă virală în locul genomului viral. Când acest bacteriofag infectează o altă bacterie, injectează fragmentul de ADN din bacteria infectată anterior. Acest fragment de ADN devine apoi introdus în ADN-ul noii bacterii. Acest tip de transducție se numește transducție generalizată.

În transducția specializată, fragmente din ADN-ul bacteriilor gazdă sunt încorporate în genomii virali ai bacteriofagilor noi. Fragmentele de ADN pot fi apoi transferate la orice bacterii noi pe care le infectează aceste bacteriofage.

surse

• Reece, Jane B. și Neil A. Campbell. Campbell Biology. Benjamin Cummings, 2011.