변환(유전자)

Transduction (genetics)
변환
이것은 세균 유전자를 박테리오파지를 통해 제2의 세균으로 옮기는 과정인 일반화 전달과 제한적인 세균 유전자를 이식받는 박테리아로 이동하는 과정인 특수 전달의 차이를 보여준다.일반화된 변환은 무작위로 그리고 더 쉽게 일어날 수 있지만, 특수화된 변환은 염색체 상의 유전자의 위치와 잘못된 프로파지의 제거에 따라 달라집니다.

변환은 외래 DNA가 바이러스나 바이러스 [1]벡터에 의해 세포에 도입되는 과정이다.한 박테리아에서 다른 박테리아로 DNA의 바이러스 전달을 예로 들 수 있으며, 따라서 수평 유전자 [2]전달의 한 예이다.형질전환은 DNA를 기증하는 세포와 DNA를 받는 세포 사이의 물리적 접촉을 필요로 하지 않으며, DNase에 내성을 가진다(형질전환은 DNase에 민감하다).전달은 분자생물학자들이 숙주세포의 게놈(세균과 포유류 세포 모두)에 외래 유전자를 안정적으로 도입하기 위해 사용하는 일반적인 도구이다.

검출(세균 변환)

1952년 살모넬라 [3][4]위스콘신 매디슨 대학의 노턴 진더와 조슈아 레더버그에 의해 형질전환이 발견되었다.

용혈 및 용혈 사이클에서

변환은 용해 사이클 또는 용원 사이클을 통해 발생합니다.용혈성 세균인 박테리오파지(세균을 감염시키는 바이러스)가 세균세포를 감염시킬 때 숙주 세균세포의 복제, 전사, 번역기구를 활용해 새로운 바이러스 입자(바이온)를 만든다.그런 다음 새로운 파지 입자는 숙주의 용해에 의해 방출된다.용원성 사이클에서 파지 염색체는 세균 염색체에 프로파지로 통합되어 장기간에 걸쳐 휴면 상태에 있을 수 있다.(예를 들어 자외선에 의해) 프로파지가 유도되면, 파지 게놈은 세균 염색체로부터 절제되어 용해 사이클을 개시하고, 이는 세포의 용해와 파지 입자의 방출로 절정에 이른다.범용 변환(아래 참조)은 용해 단계에서 두 사이클 모두에서 발생하는 반면, 특수 변환(아래 참조)은 용원 사이클에서 프로파지가 제거될 때 발생합니다.


유전물질의 이행방법으로서

박테리오파지에 의한 변환

파지캡시드에 박테리오파지 DNA를 포장하는 것은 충실도가 낮다.박테리아 DNA의 작은 조각이 박테리오파지 입자로 포장될 수 있다.이것이 전달로 이어질 수 있는 두 가지 방법이 있습니다.

일반화 변환

일반화된 전달은 박테리아 DNA의 무작위 조각이 파지로 포장될 때 발생합니다.파지가 용해 단계에 있을 때 바이러스 DNA가 파지 헤드로 포장되는 순간 발생합니다.만약 바이러스가 '머리 가득 포장'을 사용하여 복제된다면, 그것은 머리를 유전 물질로 채우려고 시도한다.바이러스 게놈에 여분의 용량이 생긴다면, 바이러스 포장 메커니즘은 박테리아 유전 물질을 새로운 비리온에 포함시킬 수 있다.또는 재조합을 통해 일반화된 변환이 발생할 수 있다.일반화 변환은 드문 현상이며 11,[3]000분의 1 파지로 발생합니다.

박테리아 DNA가 일부 포함된 새로운 바이러스 캡슐은 다른 박테리아 세포를 감염시킨다.바이러스에 포장된 박테리아 DNA가 수용체 세포에 삽입되면 다음과 같은 세 가지 일이 발생할 수 있습니다.

  1. DNA는 예비 부품으로 재활용됩니다.
  2. 만약 DNA가 원래 플라스미드였다면, 그것은 새로운 세포 안에서 다시 순환하여 플라스미드가 될 것이다.
  3. 만약 새로운 DNA가 수용체 세포 염색체의 상동 영역과 일치한다면, 그것은 박테리아 재조합의 작용과 유사한 DNA 물질을 교환할 것이다.

특수 변환

특수 전달은 제한된 일련의 박테리아 유전자가 다른 박테리아로 옮겨지는 과정이다.전달되는 유전자(기증 유전자)는 염색체 상의 프로파지가 위치한 측면에 있다.특수 전달은 프로파지가 염색체로부터 부정확하게 분리될 때 일어나며, 그 옆에 있는 박테리아 유전자가 절제된 DNA에 포함된다.그리고 나서 절제된 DNA는 새로운 바이러스 입자로 포장되어 새로운 박테리아로 전달된다.여기서 공여 유전자는 박테리오파지의 성질에 따라 수용체 염색체에 삽입되거나 세포질 내에 남아 있을 수 있다.

부분적으로 캡슐화된 파지 물질이 다른 세포를 감염시켜 프로파지가 되면, 부분적으로 코드화된 프로파지 DNA는 "헤테로게노테"라고 불린다.

특수도입의 예로는 대장균의 [5]δ파지가 있다.

횡방향 변환

가로 방향 전달은 박테리아 DNA의 매우 긴 조각이 다른 박테리아로 옮겨지는 과정이다.지금까지 이러한 형태의 변환은 황색포도상구균에서만 설명되었지만, 일반적이고 전문화된 변환보다 더 많은 유전자를 더 높은 빈도로 전달할 수 있습니다.측방향 전달에서 프로파지는 인접 세균 DNA의 복제를 유도하는 과정에서 절제 전에 제자리 복제를 시작한다.그 후, pac 사이트(파지 게놈의 중간 부근에 위치)와 인접한 박테리아 유전자의 복제 파지의 패키징이 파지 게놈 크기의 105%까지 제 자리에서 일어난다.원래의 pac 사이트로부터 개시된 후의 연속적인 패키징은, 몇킬로베이스의 박테리아 유전자를 새로운 바이러스 입자로 패키지화해, 새로운 박테리아 균주로 이행시킨다.이러한 변환 입자의 전달된 유전 물질이 상동 재조합에 충분한 DNA를 제공한다면, 유전 물질은 수용체 염색체에 삽입될 것이다.파지 게놈의 여러 복사본이 현장 복제 중에 생성되기 때문에, 이러한 복제된 프로파지 중 일부는 정상적인 감염 파지를 [6]생성하면서 (적소에 포장되는 대신) 정상적으로 절제됩니다.

바이러스 벡터에 의한 포유동물 세포 전달

쥐 신경 세포는 두 개의 인공 아데노 관련 바이러스로 바이러스 전달 후 적색과 녹색 형광 단백질을 발현합니다.

바이러스 벡터를 이용한 변환은 포유동물 세포에 유전자를 삽입하거나 변형하는 데 사용될 수 있다.그것은 종종 기초 연구의 도구로 사용되며 유전자 치료의 잠재적 수단으로 활발하게 연구되고 있다.

과정

이러한 경우, 이행되는 유전자가 바이러스 단백질에 의해 이용되는 바이러스 배열에 의해 측면에 배치되어 바이러스 게놈을 인식하고 바이러스 입자로 포장하는 플라스미드를 구성한다.이 플라스미드는 감염 바이러스 형성에 필요한 바이러스 유전자를 운반하는 다른 플라스미드(DNA 구조체)와 함께 생산 세포에 삽입된다.이러한 생산 세포에서, 이러한 포장 구조에 의해 발현되는 바이러스 단백질은 전달될 DNA/RNA의 염기서열을 결합하고 바이러스 입자에 삽입한다.안전을 위해 사용된 플라스미드는 바이러스 형성에 필요한 모든 배열을 포함하지 않으므로 감염성 바이러스 이온을 얻으려면 여러 플라스미드의 동시 전달이 필요하다.또한 전달되는 배열을 운반하는 플라스미드만이 바이러스 단백질을 코드하는 유전자가 패키지화되지 않도록 유전물질을 비리온으로 패키징할 수 있는 신호를 포함한다.이러한 세포에서 수집된 바이러스는 변경되는 세포에 적용된다.이러한 감염의 초기 단계는 천연 바이러스에 의한 감염을 모방하고 전달된 유전자의 발현과 세포 게놈에 전달되는 DNA의 삽입으로 이어진다.그러나, 전달된 유전 물질이 바이러스 유전자를 암호화하지 않기 때문에, 이러한 감염은 새로운 바이러스를 생성하지 않습니다(바이러스는 "복제가 부족한" 바이러스입니다.

폴리브렌, 프로타민 황산염, 레트로넥틴, DEAE [7]덱스트란과 같은 일부 강화제는 전달 효율을 향상시키기 위해 사용되어 왔다.

의료 응용 프로그램

  • 유전자 치료: 유전자 오류를 직접 수정하여 유전자 질환을 교정합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 미국 국립 의학 도서관 의학 주제 표제(MeSH)에서의 변환, 유전자
  2. ^ Jones E, Hartl DL (1998). Genetics: principles and analysis. Boston: Jones and Bartlett Publishers. ISBN 978-0-7637-0489-6.
  3. ^ a b Griffiths AJ, Miller JH, Suzuki DT, Lewontin RC, Gelbart WM (2000). "Transduction". An Introduction to Genetic Analysis (7th ed.).
  4. ^ Zinder ND, Lederberg J (November 1952). "Genetic exchange in Salmonella". Journal of Bacteriology. 64 (5): 679–99. doi:10.1128/JB.64.5.679-699.1952. PMC 169409. PMID 12999698.
  5. ^ Snyder L, Peters JE, Henkin TM, Champness W (2013). "Lysogeny: the λ Paradigm and the Role of Lysogenic Conversion in Bacterial Pathogenesis". Molecular Genetics of Bacteria (4th ed.). Washington, DC: ASM Press. pp. 340–343. ISBN 9781555816278.
  6. ^ Chen J.; et al. (13 October 2018). "Genome hypermobility by lateral transduction". Science. 362 (6411): 207–212. Bibcode:2018Sci...362..207C. doi:10.1126/science.aat5867. PMID 30309949.
  7. ^ Denning W, Das S, Guo S, Xu J, Kappes JC, Hel Z (March 2013). "Optimization of the transductional efficiency of lentiviral vectors: effect of sera and polycations". Molecular Biotechnology. 53 (3): 308–14. doi:10.1007/s12033-012-9528-5. PMC 3456965. PMID 22407723.

외부 링크

분자생물학과 유전학에서 변형은 세포막을 통해 주변으로부터 외부 유전 물질을 직접 흡수하고 융합함으로써 생기는 세포의 유전적 변화이다.