बैक्टीरियल आनुवंशिकी: संगठन, तंत्र, विनियमन, स्थानांतरण - जीवविज्ञान - 2025

बैक्टीरियल आनुवंशिकी बैक्टीरिया की कोशिकाओं के भीतर आनुवांशिक जानकारी के ठिकानों का अध्ययन है। यह आनुवंशिक जानकारी के संगठन को शामिल करता है, यह कैसे विनियमित किया जाता है, इसे कैसे व्यक्त किया जाता है, और यह कैसे बदलता है।

जीवाणु आनुवंशिकी पर पहला प्रयोग 19 वीं शताब्दी में एक ऐतिहासिक संदर्भ में किया गया था, जिसमें यह अभी तक ज्ञात नहीं था कि जीवाणुओं में आनुवंशिक जानकारी का आदान-प्रदान करने के लिए तंत्र था या नहीं, यह भी ज्ञात नहीं था कि क्या उनके पास गुणसूत्र हैं।

बैक्टीरियल डीएनए (स्रोत: एवरेज_प्रोकेरियोट_सेल- _en.svg: मारियाना रुइज़ विल्लारियल, लेडीफहाट्सडिफायरिंग_DNA_RNA-EN.svg: * अंतर_DNA_RNA-DE.svg: स्पोंक (टॉक) अनुवाद: स्पोंक (वार्ता) व्युत्पन्न कार्य: रेडियो 989

एकमात्र सच्ची निश्चितता यह थी कि बैक्टीरिया अलग-अलग फेनोटाइप के साथ स्थिर लाइनें स्थापित कर सकते थे, कम से कम विभिन्न पोषण यौगिकों के आत्मसात के लिए, और यह कि कभी-कभी नए रूप सामने आए, जाहिरा तौर पर आनुवंशिक परिवर्तन के कारण।

उस समय बैक्टीरिया के बारे में मौजूद बड़ी अनिश्चितता के साथ, "जीवाणु आनुवांशिकी" के बारे में कुछ प्रश्नों का उत्तर प्रायोगिक रूप से देना अनिवार्य था, विशेष रूप से यह समझने के लिए कि क्या बैक्टीरिया आनुवंशिकता के मूल सिद्धांतों से मिले थे।

आखिरकार, 1946 में, यहोशू लेडरबर्ग और एडवर्ड टैटम ने एशेरिचिया कोलाई बैक्टीरिया के दो उपभेदों का उपयोग करके इन बुनियादी सवालों को हल किया, तनाव ए और तनाव बी, प्रत्येक में विभिन्न पोषण संबंधी आवश्यकताओं के साथ।

टाइप ए और बी कोशिकाएं एक न्यूनतम माध्यम में बढ़ने में असमर्थ थीं, क्योंकि दोनों में उत्परिवर्तन था जो उन्हें उक्त माध्यम से पोषक तत्वों को आत्मसात करने से रोकता था।

हालांकि, जब ए और बी को कुछ घंटों के लिए मिलाया गया था और बाद में न्यूनतम मध्यम प्लेट पर बोया गया, तो कुछ कॉलोनियां न्यूनतम मध्यम प्लेटों पर दिखाई दीं, यानी वे बढ़ गईं।

ये कालोनियां उन व्यक्तिगत कोशिकाओं से उत्पन्न हुईं, जिन्होंने आनुवंशिक सामग्री का आदान-प्रदान किया था और, विनिमय के बाद, फेनोटाइप में आनुवंशिक जानकारी को व्यक्त करने में सक्षम थे और इस प्रकार पोषक तत्वों को न्यूनतम माध्यम से आत्मसात कर लेते थे।

आनुवांशिक जानकारी का संगठन

एक जीवाणु के जीवन के लिए आवश्यक सभी आनुवंशिक जानकारी "जीवाणु गुणसूत्र" के भीतर पाई जाती है, एक एकल डबल-स्ट्रैंडेड डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड (डीएनए) अणु।

यह डीएनए अणु एक गोलाकार संरचना में व्यवस्थित होता है, जो सहसंयोजक बंधों द्वारा बंद होता है, और कुछ प्रोटीन, जीवाणु गुणसूत्र के साथ मिलकर बनता है।

बैक्टीरिया, बैक्टीरिया के गुणसूत्र के अलावा, छोटे आकार के एक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए टुकड़े हो सकते हैं, लेकिन यह भी एक बंद परिपत्र तरीके से संरचित होता है। इन डीएनए अणुओं को सामूहिक रूप से "प्लास्मिड" या "प्लास्मिड डीएनए" कहा जाता है।

प्लास्मिड डीएनए अणुओं का उपयोग बैक्टीरिया द्वारा उनके बीच बहुत विशेष आनुवंशिक जानकारी का आदान-प्रदान करने के लिए किया जाता है।

आम तौर पर, जब बैक्टीरिया कोशिकाओं में से एक एंटीबायोटिक के खिलाफ प्रतिरोध विकसित करता है, तो यह प्लास्मिड के माध्यम से उस प्रतिरोध को अन्य बैक्टीरिया कोशिकाओं तक पहुंचा सकता है।

बैक्टीरिया में प्लास्मिड डीएनए अणु का आकार 3 से 10 किलो के आधार से भिन्न हो सकता है और बैक्टीरिया की कई प्रजातियों में एक ही प्रकार के प्लास्मिड की सैकड़ों प्रतियां मिल सकती हैं।

बैक्टीरिया के डीएनए की संरचना और संरचना वही है जो सभी जीवित चीजों और वायरस में पाया जाता है। इसकी संरचना में एक चीनी कंकाल, नाइट्रोजनस आधार और फॉस्फेट समूह हैं।

Escherichia कोलाई बैक्टीरियल क्रोमोसोम का पूरा नक्शा 1963 में प्राप्त किया गया था। इसने लगभग 100 जीनों की सटीक स्थिति को विस्तृत किया, लेकिन आज ई। कोली क्रोमोसोम को 1000 से अधिक जीनों के रूप में जाना जाता है और इसका आकार 4.2 है। मिलियन बेस पेयर।

जीन अभिव्यक्ति के तंत्र

जीवाणुओं में जीन अभिव्यक्ति का तंत्र जीन अभिव्यक्ति की प्रक्रिया के कुछ मामलों में समान है जो अन्य जीवित प्राणियों में होता है और प्रतिलेखन और अनुवाद की प्रक्रियाओं पर भी निर्भर करता है।

जीन की जानकारी एक आरएनए अणु और बाद में प्रोटीन बनाने वाले एमिनो एसिड के अनुक्रम में स्थानांतरित होती है। यह प्रक्रिया जीनोटाइप और फेनोटाइप में संरचना में निहित जानकारी की अभिव्यक्ति को बाहर ले जाती है।

प्रतिलिपि

प्रतिलेखन में, आरएनए पोलीमरेज़ एंजाइम एक डीएनए खंड के लिए एक पूरक उत्पाद बनाता है जिसका उपयोग वह टेम्पलेट के रूप में करता है, लेकिन यह उत्पाद राइबोन्यूक्लिक एसिड (आरएनए) है।

यह अणु डीएनए खंड द्वारा एन्कोड किए गए प्रोटीन के संश्लेषण के लिए जानकारी को वहन करता है, यह एक एकल बैंड है और इसे मैसेंजर आरएनए कहा जाता है। जीवाणुओं के आरएनए पोलीमरेज़ बैक्टीरिया और यूकेरियोटिक जीवों में अलग है।

आरएनए पोलीमरेज़ डीएनए (प्रमोटर) पर एक विशिष्ट साइट की पहचान करता है जहां यह प्रतिलेखन शुरू करने के लिए बाध्य करता है। एक एकल आरएनए अणु में एक से अधिक जीन के लिए जानकारी हो सकती है।

यूकेरियोटिक जीवों के विपरीत, बैक्टीरिया के जीन में उनके अनुक्रम में "इंट्रॉन" नहीं होते हैं, क्योंकि बैक्टीरिया में एक नाभिक नहीं होता है जो क्रोमोसोम को साइटोप्लाज्म के अन्य तत्वों से अलग करता है।

अनुवाद

जैसा कि सभी तत्व बैक्टीरिया कोशिका साइटोप्लाज्म में "ढीले" होते हैं, नव संश्लेषित संदेशवाहक आरएनए अणु राइबोसोम के संपर्क में आ सकते हैं और तुरंत प्रोटीन संश्लेषण शुरू कर सकते हैं।

यह बैक्टीरिया को पर्यावरण में चरम परिवर्तनों का जवाब देने और अनुकूल बनाने में एक फायदा है।

राइबोसोमल आरएनए, स्थानांतरण आरएनए, और विभिन्न राइबोसोमल प्रोटीन अनुवाद में भाग लेते हैं। प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं के राइबोसोम यूकेरियोटिक कोशिकाओं के राइबोसोम के सापेक्ष संरचना और संरचना में भिन्न होते हैं।

ये तत्व न्यूक्लियोटाइड ट्रिपलेट्स (कोडन) के रूप में "रीडिंग" कर रहे हैं, जो निर्देश मैसेंजर आरएनए अणुओं के आनुवंशिक कोड में सन्निहित हैं और साथ ही, वे पॉलीपेप्टाइड बनाने के लिए प्रत्येक एमिनो एसिड को इकट्ठा कर रहे हैं।

आनुवंशिक कोड की "सार्वभौमिकता" वैज्ञानिकों को तकनीकी हितों के साथ पेप्टाइड्स और प्रोटीन के संश्लेषण के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण के रूप में बैक्टीरिया के अनुवाद का उपयोग करने की अनुमति देती है।

जीन अभिव्यक्ति का विनियमन

बैक्टीरिया में जीन अभिव्यक्ति को नियंत्रित करने वाला तंत्र बेहद सटीक है; यह उन्हें जीन उत्पाद संश्लेषण की मात्रा और समय को ठीक से विनियमित करने की अनुमति देता है, ताकि वे केवल आवश्यक होने पर ही हो।

जीवाणु जीनोम का एक क्षेत्र जो कई जीनों को एक साथ समूहित करता है, उसे "ओपेरॉन" कहा जाता है। यह क्षेत्र उस स्थिति के आधार पर अपने प्रतिलेखन को सक्रिय या निष्क्रिय कर देता है जिसमें जीवाणु होता है।

सभी जीन जो एक ही ऑपेरॉन का हिस्सा होते हैं, को समन्वित रूप से एक संदेशवाहक आरएनए में परिवर्तित किया जाता है जिसमें कई जीन होते हैं (जिन्हें "पॉलीसिस्ट्रोनिक" आरएनए कहा जाता है)। ये आरएनए एक के बाद एक, क्रमिक रूप से राइबोसोम पर अनुवादित होते हैं।

ऑपरेशन्स को सकारात्मक या नकारात्मक रूप से विनियमित किया जा सकता है। जीन केवल खुद को व्यक्त करना बंद कर देते हैं जब निरोधात्मक प्रोटीन कहा जाता है कि रिप्रेसर्स उनकी संरचना में एक विशिष्ट अनुक्रम से जुड़ते हैं।

जीन के विशिष्ट अनुक्रम को "प्रमोटर" कहा जाता है, जब दमनकारी प्रोटीन प्रमोटर के लिए बाध्य होता है, तो आरएनए पोलीमरेज़ प्रश्न में आनुवंशिक अनुक्रम के प्रतिलेखन को शुरू नहीं कर सकता है।

दूसरी ओर, जब ऑपेरॉन को विनियमित किया जाता है, तो उस आनुवांशिक क्षेत्र का प्रतिलेखन तब तक शुरू नहीं होगा जब तक कि एक उत्प्रेरक प्रोटीन मौजूद नहीं होता है जो विशिष्ट डीएनए अनुक्रम से जुड़ता है।

बैक्टीरिया में रुचि के कुछ क्षेत्रों की जीन अभिव्यक्ति को बढ़ाने या कम करने के लिए वैज्ञानिक ऑपरेशंस के इस "inducibility" का उपयोग करते हैं। कुछ सब्सट्रेट को पेश करके, चयापचय के लिए आवश्यक एंजाइमों की अभिव्यक्ति को बढ़ाया जा सकता है।

जीन स्थानांतरण

यूकेरियोटिक कोशिकाओं के विपरीत बैक्टीरिया, यौन प्रजनन के माध्यम से अपने जीन को स्थानांतरित नहीं करते हैं, इसके बजाय, वे तीन अलग-अलग प्रक्रियाओं से ऐसा कर सकते हैं: परिवर्तन, पारगमन और संयुग्मन।

बैक्टीरिया में क्षैतिज जीन स्थानांतरण (स्रोत: विकिमीडिया कॉमन्स के माध्यम से 2013MMG320B)

परिवर्तन

परिवर्तन में , जनसंख्या में कुछ बैक्टीरियल कोशिकाओं "सक्षम" हो जाते हैं। एक बार "सक्षम" वे बाह्य वातावरण में पाए जाने वाले अन्य जीवाणुओं से बहिर्जात डीएनए प्राप्त करने में सक्षम हैं।

एक बार जब डीएनए को सेल इंटीरियर में शामिल कर लिया जाता है, तो बैक्टीरिया अपने गुणसूत्र में निहित जीन के संयोजन की एक प्रक्रिया को विदेशी डीएनए के साथ जोड़ते हैं जो कि इसके भीतर ही समाहित हो गई है। इस प्रक्रिया को आनुवंशिक पुनर्संयोजन के रूप में जाना जाता है।

पारगमन

पारगमन में, बैक्टीरिया अन्य बैक्टीरिया से डीएनए को अपने डीएनए अणु में वायरस के माध्यम से शामिल करते हैं जो बैक्टीरिया (बैक्टीरियोफेज) को संक्रमित करते हैं। यह एक विशेष या सामान्यीकृत तरीके से दिया जा सकता है।

विशेष पारगमन में, यह तब होता है जब पहले चरण में संक्रमित एक अन्य जीवाणु संक्रामक चक्र के दौरान अपने जीन को प्राप्त करता है।

बाद में, एक नए जीवाणु को संक्रमित करके और उसके जीन को नए संक्रमित जीवाणु के गुणसूत्र में शामिल करके, यह पहले से संक्रमित जीवाणु से जीन को भी सम्मिलित करता है।

सामान्यीकृत पारगमन के दौरान, दोषपूर्ण फेज कण, जिनके खाली कैप्सिड वायरल प्रतिकृति के दौरान बैक्टीरियल गुणसूत्र के भाग को शामिल करते हैं, फिर, एक बार जब वे दूसरे जीवाणु को संक्रमित करते हैं, तो वे पिछले जीवाणु से लिए गए जीन का परिचय दे सकते हैं।

विकार

संयुग्मन में, जीवाणु शारीरिक संपर्क के माध्यम से, एक यूनिडायरेक्शनल तरीके से आनुवंशिक सामग्री का आदान-प्रदान करते हैं। बैक्टीरिया में से एक दाता के रूप में और दूसरा प्राप्तकर्ता के रूप में कार्य करता है। इस प्रक्रिया में, दाता बैक्टीरिया आमतौर पर प्राप्तकर्ता बैक्टीरिया को एक प्लास्मिड डीएनए अणु देता है।

बैक्टीरिया में संयुग्मन सभी प्रजातियों के लिए विशिष्ट नहीं है, संयुग्मन क्षमता जीन के माध्यम से दी जाती है जो एक प्लास्मिड डीएनए अणु के माध्यम से प्रेषित होती है।

संदर्भ

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