Konjugation bei Bakterien

Konjugation bezeichnet in der Cytogenetik die Übertragung von Teilen des Genoms von einer Spenderzelle auf eine Empfängerzelle. Darüber hinaus wird der Begriff in der Mykologie, der Lehre von den Pilzen, für die geschlechtliche Verschmelzung spezialisierter Pilzhyphen verwendet.

Bakterien

Konjugation bei Escherichia coli

Konjugation bezeichnet bei Bakterien die Ausbildung von Plasmabrücken zwischen zwei Zellen und die darauf folgende Übertragung von DNA als Träger von Erbinformation. Über sogenannte F-Pili (oder Sex-Pili) verbinden sich zwei Bakterienzellen miteinander und können so DNA-Stränge von der Spenderzelle zur Empfängerzelle übertragen. Ob das nun durch den Pilus oder eine durch den Pilus induzierte Pore geschieht, ist noch unklar.

Der Transfer erfolgt gerichtet vom fertilen (wörtlich „fruchtbaren“) Bakterium (mit F⁺, F' oder Hfr) zum nichtfertilen (F⁻). Entscheidend dafür ist ein Fertilitätsfaktor. Fertile Bakterien haben entweder ein Fertilitätsplasmid (F⁺), besitzen ein Fertilitätsplasmid mit zusätzlichen Genen (F') oder haben den Fertilitätsfaktor in ihrem Genom integriert. Diese werden dann als Hfr-Stamm bezeichnet (für engl. high frequency of recombination), da sie sehr häufig mit anderen Bakterien konjugieren.

Konjugation bei Bakterien ist ein Beispiel für Parasexualität und ist bei ihnen sogar zwischen verschiedenen Spezies möglich. So kann beispielsweise das Gen für eine bestimmte Antibiotikaresistenz von einer für den Menschen harmlosen Spezies auf eine pathogene Spezies übertragen werden.

Nachgewiesen wurde der Vorgang der Konjugation 1946 von Joshua Lederberg und Edward Tatum.

Gen-Kartierung

Mit der Zeitabhängigkeit der Übertragung kann man ermitteln, in welcher Reihenfolge sich auf dem Chromosom spezielle Gene befinden. Zu Zeiten, wo an moderne gentechnischen Methoden wie PCR oder automatische Sequenzanalyse noch nicht zu denken war, machte man sich dabei Resistenzgene für Antibiotika zu nutze. Wenn ein solches Gen, das Resistenz gegen ein Antibiotikum vermittelt von einem Hfr-Donor-Stamm auf einen antibiotika-sensitiven Rezipienten übertragen wurde, ist Wachstum von rekombinierten (und damit auf ein Antibiotikum resistente) Zellen auf selektivem (das Antibiotikum enthaltende) Nährmedium möglich. Wenn man jetzt noch einen Stoffwechselweg (z. B. das Lactose-Operon) beim Hfr und antibiotikum-resistenten Stamm per Mutagenese ausschaltet (man nennt den Stamm dann res Hfr Lac⁻), und den mit einem Antibiotikum-sensitiven F⁻ Lac⁺-Stamm konjugieren lässt, ist die Bestimmung des Abstandes vom Konjugationsendpunt (Zugpunkt) bis zum Lactose-Operon möglich.

Konjugation bei Ciliaten

Konjugation beim Ciliaten Colpoda cucullus (Heutierchen)

Als Konjugation bei Ciliaten bezeichnet man eine spezielle Form sexueller Vorgänge bei den einzelligen Wimpertierchen (Ciliophora). Dabei legen sich zwei Individuen aneinander und bilden eine sogenannte Plasmabrücke aus, durch die Genmaterial ausgetauscht wird. Die Konjugation und der Austausch findet nur zwischen Individuen statt, die verschiedenen Paarungstypen angehören. So wird verhindert, dass Angehörige desselben Paarungstyps Genmaterial austauschen. Die Paarungstypen werden durch Glykoproteine auf der Oberfläche definiert.

Bei Ciliaten besteht das Genmaterial aus einem Mikronukleus und einem Makronukleus. Bei der Konjugation, löst sich der Makronukleus allmählich auf und aus den Mikronuklei beider Partner entstehen durch beide Teilungsvorgänge der Meiose jeweils vier haploide Kerne. Bis auf jeweils einen dieser haploiden Kerne lösen sich alle so entstandenen Kerne ebenfalls wieder auf. Die beiden verbliebenen Kerne teilen sich nun in einer weiteren Mitose in zwei haploide Kerne, einen stationären Kern und einen Wanderkern. Der stationäre Kern, auch als weiblicher Kern bezeichnet, bleibt im jeweiligen Individuum; der Wanderkern, auch als männlicher Kern bezeichnet, dringt über die Plasmabrücke in den Konjugationspartner ein und verschmilzt dort mit dessen stationären Kern. Damit hat nun jedes Individuum einen diploiden Kern.

Nach der Trennung beider Geschlechtspartner wird durch eine weitere Mitose der diploide Kern verdoppelt, aus einem der beiden Tochterkerne wird durch Polyploidisierung der Makronukleus aufgebaut, der andere Tochterkern bleibt unverändert als Mikronukleus.

siehe auch

Parasexualität

Weblinks

• Animationen zur Konjugation