Sinhyu/iStock/GettyImages
Till skillnad från sexuellt reproducerande organismer som har två kromosomuppsättningar, bär de flesta prokaryoter - som bakterier - bara en enda kromosom. Denna begränsade genetiska arkitektur tillåter dem fortfarande att diversifiera sig snabbt genom tre sofistikerade DNA-delningsstrategier:transduktion, transformation och konjugering.
Genetisk rekombination är den process genom vilken DNA-segment rör sig mellan celler och skapar nya genetiska kombinationer som kan förbättra överlevnaden. Hos bakterier kompletterar denna mekanism slumpmässiga mutationer genom att möjliggöra snabb spridning av fördelaktiga egenskaper – som antibiotikaresistens – över populationer, även mellan arter.
Under transduktion fungerar bakteriofager (virus som infekterar bakterier) som omedvetna budtjänster. När en fag infekterar en värdcell injicerar den sitt eget genom och kapar bakteriemaskineriet för att replikera. Ibland packas fragment av värdens DNA av misstag till nya virala partiklar. När dessa fager därefter infekterar en annan bakterie levererar de värd-DNA, som kan integreras i mottagarens genom och föröka nyttiga gener.
Transformation är beroende av bakteriell kompetens – ett tillfälligt fysiologiskt tillstånd som utrustar celler att ta upp fritt DNA från sin omgivning. Kompetenta bakterier kan uppsluka plasmider eller kromosomfragment, införliva dem i sina kromosomer och uttrycka nya egenskaper. Forskare utnyttjar denna naturliga process för att introducera konstruerat DNA, vilket möjliggör skapandet av skräddarsydda mikrobiella stammar för forskning och industriella tillämpningar.
Konjugering beskrivs ofta som bakteriell "parning". Det kräver direkt cell-till-cell-kontakt, vanligtvis via en pilus. Donatorceller som hyser en F-plasmid (fertilitetsplasmid) överför en enkel DNA-sträng genom pilus till en mottagare som saknar plasmiden. DNA-polymeras syntetiserar sedan den komplementära strängen och bildar en dubbelsträngad plasmid i mottagaren. I vissa fall överför donatorn också delar av sitt kromosomala DNA, vilket ytterligare utökar den genetiska mångfalden.
