Prokaryoter som bakterier har inte mycket av ett sexliv. De flesta prokaryota arter deltar inte i sexuell reproduktion och har bara en kopia av varje gen på sin ensamma ensamma kromosom. Sexuellt reproducerande organismer har två uppsättningar kromosomer, en uppsättning från varje förälder och har därför två versioner av varje gen. Detta arrangemang ökar den genetiska mångfalden. Men bakterier har funnit sätt att öka sin genetiska mångfald genom tre rekombinationstekniker: transduktion, transformation och konjugation.

Vad är genetisk rekombination?

Organismer utvecklas på grund av förändringar i deras genomer, DNA sekvenser som kodar för proteiner och RNA. Mutationer till DNA kan inträffa när som helst och kan förändra strukturen hos de producerade proteinerna. Prokaryoter har ytterligare sätt att utveckla sina genomer förutom att förlita sig på relativt sällsynta mutationer. Genom genetisk rekombination kan enskilda prokaryota celler dela DNA med andra enskilda celler, som inte nödvändigtvis tillhör samma art. Detta kan hjälpa till att sprida en fördelaktig gen som producerar hjärtligare organismer. Till exempel kan utseendet på en gen som ger antibiotikaresistens skapa en virulent stam av bakterier. Cellerna kan sprida den gynnsamma genen genom genetisk rekombination, vilket bidrar till att överleva hos arten.

Transduktion

Transduktion är överföringen av DNA från en bakterie till en annan genom virusets verkan. När ett virus infekterar en bakterie, injicerar den sitt genetiska material i sitt offer och höjer bakteriens maskiner för att syntetisera DNA, RNA och proteiner. Ibland förenar det virala genetiska materialet med värdens DNA. Senare exciterar viralt DNA sig från bakteriens kromosom, men processen är oklar och bakteriegener kan inkluderas i det nyfria virus-DNA. Viruset orsakar att värden replikerar många kopior av virusgenomet tillsammans med några värdgener tillsammans för resan. Viruset får sedan cellen att brista, frigöra nya viruspartiklar som upprepar cykeln. På så sätt kombineras gener från en värd med en annan värd, kanske från en annan art.

Transformation

Vissa bakteriearter kan ta DNA-segment, kända som plasmider, från omgivningen och införliva plasmiderna i sina egna kromosomer. Bakterien måste först ange ett speciellt tillstånd, kallat kompetens, som gör att omvandlingen kan ske. För att uppnå kompetens måste bakterien aktivera ett antal gener som uttrycker de nödvändiga proteinerna. Bakterier transformerar vanligtvis DNA av samma art. Forskare använder transformation för att introducera främmande DNA i prokaryota celler genom att inkorporera DNA i tillväxtmediet. På så sätt kan forskare mäta effekterna av olika DNA-segment och till och med skapa designade mikroorganismer med önskade egenskaper.

Konjugation

Konjugering är bakteriekvivalenten av kön. Det handlar om fysisk kontakt mellan två celler, möjligen via en brobyggnad som kallas pilus. Donatorceller måste innehålla ett litet DNA-segment som kallas F-plasmiden, som mottagaren måste sakna. Givarcellen tillhandahåller en enkelsträng av DNA från F-plasmiden och överför den till mottagaren. Enzym-DNA-polymeraset syntetiserar sedan en komplementär sträng för framställning av den normalt tvärsträngade DNA-strukturen. I vissa fall bidrar donorn också med kromosomalt DNA utöver det för F-plasmiden. Mottagaren kombinerar donator-DNA med sitt eget genom.