Podział komórki eukariotycznejeukarionteukariotycznej to etap kariokinezy, w którym zachodzi podział jądra komórkowego, oraz cytiokinezy, czyli podziału cytozolu i organelli komórkowych. W zależności od przebiegu podział jądra komórkowego może być procesem mitozy lub mejozy.

ProkariontyprokariontProkarionty nie mają jądra, dlatego podział ich komórek przebiega inaczej. U bakterii zamiast jądra komórkowego występuje genoforgenoforgenofor (tzw. chromosom bakteryjny) w postaci koliście zamkniętego DNA (o długości do 9500 par zasad), połączony z bakteryjną błoną komórkową. Przestrzeń cytoplazmy, w której znajduje się genofor, to nukleoid. U prokariontów występują również pozachromosomowe cząsteczki DNA nazywane plazmidami. Zawierają one informację genetyczną inną niż tę, którą niesie genofor (np. o oporności na niektóre antybiotyki).

Przed podziałem komórki dochodzi do replikacji genoforu. W miejscu ori następuje rozplecenie podwójnej nici i powstanie tzw. oczka replikacyjnego rozszerzającego się w dwóch kierunkach. Materiał genetyczny zostaje podwojony i rozsuwa się ku biegunom nowo powstających komórek. Niektóre bakterie (Gram‑dodatnie) tworzą między nowymi komórkami ścianę komórkową, inne (Gram‑ujemne) rozdzielają komórki przewężeniem, które zaciska się jak przewiązywany sznurkiem balon. Podziały komórkowe prowadzą do szybkiego namnażania się bakterii – dzięki nim tworzą one kolonie. Nowo powstałe komórki pod względem genetycznym są identyczne, dlatego cała kolonia ma ten sam genom (nie licząc potencjalnych drobnych mutacji). Nie jest to dla bakterii korzystne.

U rozmnażających się bezpłciowo bakterii możliwe są jednak zmiany w materiale genetycznym. Wymiana materiału genetycznego zachodzi w procesach płciowych, które nie zwiększają liczby komórek potomnych, ale przyczyniają się do zmienności genetycznej bakterii. Są one mechanizmami horyzontalnego transferu genówhoryzontalny transfer genówhoryzontalnego transferu genów. Wyróżnia się trzy rodzaje procesów płciowych bakterii.

Koniugacja

Koniugacja

Polega na wymianie plazmidów między dwiema bakteriami oznaczanymi jako F+ i F-. Dawca plazmidu (donor, F+) ma na swojej powierzchni pile koniugacyjne – włosowate wypustki na powierzchni ściany komórkowej – za pomocą których łączy się z drugą komórką (akceptorem, F-). Po ich połączeniu powstaje cytoplazmatyczny mostek, którym z komórki dawcy przekazywany jest biorcy zreplikowany plazmid. Dzięki temu następuje zmodyfikowanie informacji genetycznej obecnej w komórce biorcy. Plazmidy mogą zawierać dane o oporności na antybiotyki – tym samym taką informację będzie zawierała cała kolonia bakterii, której początek może dać jedna komórka powstała po koniugacji. Wzrost lekooporności komórek bakteryjnych stanowi poważny problem. Więcej na ten temat w e‑materiale: Lekooporność i jej przyczynyD13zgCl4ELekooporność i jej przyczyny.

R12VfvRh3RDrG

Ilustracja przedstawia schemat procesu koniugacji. Komórka dawcy zawiera luźno zawieszone w jej wnętrzu DNA chromosomalne oraz kulisty plazmid. W jej strukturze możemy również wyróżnić pilę koniugacyjną, czyli pustą w środku strukturę przypominającą kształtem słomkę. Komórka biorcy posiada w sobie wyłącznie chromosomalne DNA. Następnie dochodzi do replikacji plazmidu w komórce dawcy. Przy pomocy pili koniugacyjnej zreplikowana informacja genetyczna przekazywana jest do komórki biorcy. Po zakończeniu procesu bakterie rozłączają się. Komórka dawcy posiada te same struktury co przed rozpoczęciem procesu koniugacji, natomiast komórka biorcy posiada dodatkową informację genetyczną w postaci plazmidu przekazana mu przez komórkę dawcy.

Transformacja

Transformacja

Polega na pobieraniu obcego DNA ze środowiska, w którym występują bakterie. Zjawisko to po raz pierwszy zaobserwował angielski mikrobiolog Frederick Griffith. W 1928 r. przeprowadził doświadczenie, w którym wykazał, że niezjadliwe (czyli niewywołujące choroby) szczepy dwoinki zapalenia płuc (Streptococcus pneumoniae) nabywają zjadliwości w kontakcie z martwymi komórkami bakterii szczepów chorobotwórczych.

RqCvvYMaF2McI

Grafika przedstawia uproszczony schemat eksperymentu Griffitha. Na pierwszym obrazku znajduje się mysz, której wszczepiono szczep R (niezjadliwy). Mysz przeżyła. Myszy na drugim obrazku wszczepiono szczep S (zjadliwy) w efekcie czego umarła. Trzeciej na trzecim obrazku zaaplikowano zabity ciepłem szczep S. Mysz przeżyła. Natomiast myszy na trzecim obrazku wszczepiono mieszankę szczepu R wraz z zabitym ciepłem szczepem S, w wyniku czego zmarła.

Grafika przedstawia uproszczony schemat eksperymentu Griffitha. Na pierwszym obrazku znajduje się mysz, której wszczepiono szczep R (niezjadliwy). Mysz przeżyła. Myszy na drugim obrazku wszczepiono szczep S (zjadliwy) w efekcie czego umarła. Trzeciej na trzecim obrazku zaaplikowano zabity ciepłem szczep S. Mysz przeżyła. Natomiast myszy na trzecim obrazku wszczepiono mieszankę szczepu R wraz z zabitym ciepłem szczepem S, w wyniku czego zmarła.

Transdukcja

Transdukcja

Polega na przenoszeniu informacji genetycznej do komórki bakteryjnej przez wirusy – bakteriofagi łagodne. Ta forma wirusów może połączyć swój genom z genomem gospodarza. Bakteriofag zakaża komórkę bakteryjną, a materiał genetyczny wirusa i chromosom bakteryjny łączą się. Następuje produkcja elementów budujących wiriony – białek i DNA – i składanie ich w cząsteczki. Podczas składnia do kapsydu oprócz materiału genetycznego wirusa mogą trafić fragmenty DNA bakteryjnego. Wirusy zawierające bakteryjny materiał genetyczny opuszczają komórkę. Łącząc się z innymi bakteriami, mogą je infekować, wprowadzając do wnętrza fragmenty DNA poprzednio infekowanej komórki bakteryjnej.

R17YHn6DDxH4u

Grafika przedstawia schemat transdukcji na przykładce cyklu litycznego bakteriofaga. Bakteriofag zakaża komórkę. Kwasy nukleinowe, zarówno bakteryjne, jak i bakteriofagowe, zostają pocięte na mniejsze części pod wpływem enzymów wirusowych. Kompletne wiriony opuszczają komórkę bakteryjną; niektóre kapsydy mogą zawierać fragmenty bakteryjnego DNA. Bakteriofag zakaża kolejną komórkę bakteryjną. DNA z komórki bakterii (dawcy) zostało wstrzyknięte do komórki bakterii (biorcy). Przeniesione do nowej komórki geny bakteryjne mogą włączyć się do DNA i wraz z nim ulegać replikacji.

Grafika przedstawia schemat transdukcji na przykładce cyklu litycznego bakteriofaga. Bakteriofag zakaża komórkę. Kwasy nukleinowe, zarówno bakteryjne, jak i bakteriofagowe, zostają pocięte na mniejsze części pod wpływem enzymów wirusowych. Kompletne wiriony opuszczają komórkę bakteryjną; niektóre kapsydy mogą zawierać fragmenty bakteryjnego DNA. Bakteriofag zakaża kolejną komórkę bakteryjną. DNA z komórki bakterii (dawcy) zostało wstrzyknięte do komórki bakterii (biorcy). Przeniesione do nowej komórki geny bakteryjne mogą włączyć się do DNA i wraz z nim ulegać replikacji.

Procesy płciowe dają zmienność genetyczną, co pozwala bakteriom nabywać nowe cechy. Ich ujawnienie się w kolejnych pokoleniach umożliwia im przystosowanie się do zmieniających się warunków środowiska (np. enzymatyczny rozkład antybiotyku pojawiającego się w otoczeniu bakterii). Przystosowanie do nowych parametrów otoczenia zwiększa średnią przeżywalność organizmów bakteryjnych, a co za tym idzie, przetrwanie gatunku.

Zmienność genomu bakteryjnego umożliwiają także transpozonytranspozonytranspozony. Nazywa się je „skaczącymi genami”. Są to małe fragmenty DNA, które przemieszczają się po genomie komórki. Proces przemieszczania się transpozonów to transpozycja, która zmienia kolejność nukleotydów DNA, powodując niekiedy mutacje. Mogą one mieć zarówno pozytywny lub neutralny, jak i negatywny wpływ na funkcjonowanie komórki.

Słowniczek