பாக்டீரியாவில் கிடைமட்ட மரபணு பரிமாற்றம்

பாக்டீரியாவில் கிடைமட்ட மரபணு பரிமாற்றம்

கிடைமட்ட மரபணுப் பரிமாற்றம் (HGT) என்பது உயிரினங்களுக்கு இடையில் மரபணுப் பொருட்களைப் பரிமாற்றம் செய்யும் ஒரு செயல்முறையாகும். இது பெற்றோரிடமிருந்து சந்ததிக்கு (செங்குத்து) மரபுரிமை மூலம் நடைபெறுவதில்லை, மாறாக தனிநபர்களிடையே, ஏன் இனங்களுக்கு இடையேயும் கூட "தாவிச்" செல்கிறது. பாக்டீரியாக்களில், HGT மிக முக்கியமான பரிணாம வழிமுறைகளில் ஒன்றாகும். ஏனெனில், இது சீரற்ற சடுதிமாற்றம் மற்றும் இயற்கை தேர்வுக்காக நீண்ட காலம் காத்திருக்க வேண்டிய அவசியமின்றி, பாக்டீரியாக்கள் புதிய பண்புகளை விரைவாகப் பெற அனுமதிக்கிறது. இதன் தாக்கம் பரந்த அளவில் உள்ளது: நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பி எதிர்ப்பின் தோற்றம், நோய்க்கிருமிகளின் அதிகரித்த வீரியம், தீவிர சூழல்களில் பயனுள்ள புதிய வளர்சிதை மாற்றத் திறன்களின் தோற்றம் வரை இதன் தாக்கம் நீள்கிறது.

பாக்டீரியாக்களில் HGT ஏன் முக்கியமானது?

பாக்டீரியாக்கள் பொதுவாக இரு பிளவு முறை மூலம் பாலிலா இனப்பெருக்கம் செய்கின்றன. கோட்பாட்டளவில், இது பாக்டீரியாவின் மரபணு மாறுபாடு சடுதி மாற்றங்களைச் சார்ந்திருக்க அனுமதிக்கிறது. இருப்பினும், உண்மையில், பாக்டீரியாக்கள் மரபணுப் பரிமாற்றம் (HGT) மூலம் மரபணுக்களைப் பரிமாறிக்கொள்ள முடியும், இது குறுகிய காலத்தில் மரபணு மாறுபாடு வியத்தகு அளவில் அதிகரிக்க அனுமதிக்கிறது. நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பிகளின் இருப்பு, ஊட்டச்சத்து ஆதாரங்களில் ஏற்படும் மாற்றங்கள், புரவலரின் நோயெதிர்ப்பு மண்டலத்தின் தாக்குதல்கள் அல்லது பிற நுண்ணுயிரிகளுடனான போட்டி போன்ற சுற்றுச்சூழல் அழுத்தங்களுக்கு ஏற்ப பாக்டீரியாக்கள் தங்களைத் தகவமைத்துக் கொள்ள மரபணுப் பரிமாற்றம் உதவுகிறது.

இனத்தொகை மட்டத்தில், மரபணுப் பரிமாற்றம் (HGT) பாக்டீரியாக்கள் வெவ்வேறு மூலங்களிலிருந்து சிறந்த பண்புகளை ஒன்றிணைக்க அனுமதிக்கிறது. எடுத்துக்காட்டாக, நச்சுச் சேர்மங்களைச் சிதைக்கும் நொதிகளைக் குறியீடு செய்யும் மரபணுக்கள், மாசுபட்ட பகுதிகளில் வாழும் பாக்டீரியா சமூகங்களிடையே பரவக்கூடும். மருத்துவச் சூழலில், இது ஒரு குறிப்பிடத்தக்க சிக்கலை ஏற்படுத்துகிறது, ஏனெனில் நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பு மரபணுக்கள் நோயை ஏற்படுத்தாத பாக்டீரியாக்களிலிருந்து நோயை உண்டாக்கும் பாக்டீரியாக்களுக்குப் பரவி, சிகிச்சையளிப்பதற்கு மிகவும் கடினமான தொற்றுகளுக்கு வழிவகுக்கின்றன.

கிடைமட்ட மற்றும் செங்குத்து மரபணு பரிமாற்றத்திற்கு இடையிலான வேறுபாடு

செல் பிரிவின் போது, ​​மரபணுக்கள் தாய் செல்களிலிருந்து மகள் செல்களுக்குக் கடத்தப்படும்போது செங்குத்து மரபணுப் பரிமாற்றம் (Vertical gene transfer) நிகழ்கிறது. இதன் அமைப்பு ஒப்பீட்டளவில் ஒரு "குடும்ப மரம்" போன்றது. இதற்கு மாறாக, மரபணுப் பரிமாற்றம் ஒரு "வலைப்பின்னல்" போன்றது, ஏனெனில் மரபணுக்கள் வெவ்வேறு மரபு வழிகளுக்கிடையே நகர முடியும். இதன் விளைவாக, ஒரு மரபணு மற்றொரு உயிரினத்திலிருந்து தோன்றியிருக்கக்கூடும் என்பதால், பாக்டீரியாக்களுக்கு இடையேயான இனவகை உறவுகளை ஒரு தனி மரபணுவிலிருந்து தீர்மானிப்பது சில நேரங்களில் கடினமாகிறது. பாக்டீரியாவின் இனவகை பகுப்பாய்வுகள் பெரும்பாலும் ஒரே நேரத்தில் பல மரபணுக்களைப் பயன்படுத்துவதற்கோ அல்லது குறிப்பிட்ட, ஒப்பீட்டளவில் மாறாத மரபணுக்களைப் பயன்படுத்துவதற்கோ இது ஒரு காரணமாகும்.

பாக்டீரியாவில் HGT-யின் மூன்று முக்கிய வழிமுறைகள்

பாரம்பரியமாக, பாக்டீரியாக்களில் மரபணுப் பரிமாற்றம் (HGT) மூன்று முக்கிய வழிமுறைகள் மூலம் நிகழ்கிறது: உருமாற்றம், மரபணுப் பரிமாற்றம் மற்றும் இணைவு. இவற்றில் ஒவ்வொன்றும் வெவ்வேறு பாதைகள், தேவைகள் மற்றும் உயிரியல் தாக்கங்களைக் கொண்டுள்ளன.

1. உருமாற்றம்: சுற்றுச்சூழலிலிருந்து டி.என்.ஏ-வை எடுத்தல்

உருமாற்றம் என்பது, பாக்டீரியாக்கள் தங்கள் சுற்றுப்புறத்திலிருந்து மூல டி.என்.ஏ-வை எடுத்துக்கொண்டு, அதைத் தங்கள் மரபணுத்தொகுப்பில் இணைத்துக்கொள்வது அல்லது ஒரு பிளாஸ்மிடாகப் பராமரிப்பது ஆகும். இந்த மூல டி.என்.ஏ பொதுவாக இறந்து, சிதைவுக்கு உள்ளான மற்ற பாக்டீரியா செல்களிலிருந்து உருவாகிறது. எல்லா பாக்டீரியாக்களாலும் உருமாற்றம் அடைய முடியாது; பாக்டீரியாக்கள் டி.என்.ஏ-வை எடுத்துக்கொள்ள அனுமதிக்கும் ஒரு குறிப்பிட்ட உடலியல் நிலையான "திறன்மிக்க" நிலையில் இருக்க வேண்டும்.

இயற்கையான உருமாற்றத்திற்கு உள்ளாகக்கூடிய பாக்டீரியாக்களுக்கு எடுத்துக்காட்டுகளாக ஸ்ட்ரெப்டோகாக்கஸ் நியூமோனியே, பேசில்லஸ் சப்டிலிஸ் மற்றும் நெய்சீரியா இனங்கள் ஆகியவை அடங்கும். உருமாற்றமானது, பாக்டீரியாவை நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பிகளுக்கு அதிக எதிர்ப்புத்திறன் கொண்டதாக மாற்றும் மரபணுக்களைப் பெறுவது அல்லது குறிப்பிட்ட கார்பன் மூலங்களைப் பயன்படுத்த உதவுவது போன்ற தகவமைப்பு நன்மைகளை வழங்கக்கூடும். உயிரித்தொழில்நுட்பத்தில், எஸ்செரிச்சியா கோலி போன்ற பாக்டீரியாக்களுக்குள் மறுசேர்க்கை பிளாஸ்மிட்களை அறிமுகப்படுத்தவும் உருமாற்றம் பயன்படுத்தப்படுகிறது, இருப்பினும் பெரும்பாலும் வெப்ப அதிர்ச்சி அல்லது எலக்ட்ரோபோரேஷன் போன்ற செயற்கை முறைகளே பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

2. மரபணுப் பரிமாற்றம்: பாக்டீரியோஃபேஜ்கள் வழியாக மரபணுப் பரிமாற்றம்

பாக்டீரியாவைத் தாக்கும் ஒரு வைரஸ் (பாக்டீரியோஃபேஜ்), தற்செயலாக பாக்டீரியாவின் டி.என்.ஏ-வை ஒரு பாக்டீரியா செல்லிலிருந்து மற்றொரு பாக்டீரியா செல்லுக்கு எடுத்துச் செல்லும்போது டிரான்ஸ்டக்ஷன் நிகழ்கிறது. டிரான்ஸ்டக்ஷனில் இரண்டு முக்கிய வகைகள் உள்ளன:

– பொதுவான மரபணுப் பரிமாற்றம்: இது, சிதைவுச் சுழற்சியில் உள்ள ஒரு பாக்டீரியா உண்ணி, பாக்டீரியாவின் டி.என்.ஏ துண்டுடன் தன்னை இணைத்துக்கொண்டு, அந்த உண்ணியின் டி.என்.ஏ-வை தோராயமாக இடமாற்றம் செய்யும்போது நிகழ்கிறது. இதன் விளைவாக, பாக்டீரியாவின் எந்தவொரு மரபணுத் துண்டும் உடன் எடுத்துச் செல்லப்படுவதற்கான சாத்தியம் உள்ளது.
– சிறப்பு மரபணுப் பரிமாற்றம்: இது பாக்டீரியாவின் மரபணுத்தொகுப்பில் (புரோஃபேஜ்கள்) ஒருங்கிணைக்கப்படும் மிதவெப்ப பாக்டீரியோஃபேஜ்களில் நிகழ்கிறது. புரோஃபேஜ் முழுமையற்ற முறையில் வெளியேறும்போது (துண்டிக்கப்படும்போது), அது ஒருங்கிணைப்பு தளத்திற்கு அருகில் அமைந்துள்ள மரபணுக்களை எடுத்துச் செல்லக்கூடும்.

நோயுண்டாக்கும் மரபணுக்கள் பரவுவதில் மரபணுப் பரிமாற்றம் ஒரு முக்கியப் பங்கு வகிக்கிறது. கோரினேபாக்டீரியம் டிப்தீரியாவில் உள்ள டிப்தீரியா நச்சு மற்றும் ஈ. கோலையின் சில திரிபுகளில் உள்ள ஷிகா நச்சு போன்ற பல நன்கு அறியப்பட்ட பாக்டீரிய நச்சுகள், பாக்டீரியோஃபேஜ்களால் கொண்டு செல்லப்படும் மரபணுக்களால் குறியிடப்படுகின்றன. இவ்வாறு, பாக்டீரியோஃபேஜ் தொற்றானது பாக்டீரியாக்களை மேலும் நோயுண்டாக்கும் தன்மை கொண்டவையாக "மேம்படுத்த" முடியும்.

3. இணைதல்: நேரடித் தொடர்பு மூலம் டி.என்.ஏ பரிமாற்றம்.

இணைதல் என்பது HGT-யின் ஒரு வழிமுறையாகும். இது பொதுவாக செக்ஸ் பைலஸ் போன்ற ஒரு அமைப்பின் வழியாக, இரண்டு பாக்டீரியா செல்களுக்கு இடையே நேரடித் தொடர்பை ஏற்படுத்துகிறது. இந்த செயல்முறை பெரும்பாலும் E. coli-யில் உள்ள F பிளாஸ்மிட் போன்ற ஒரு இணைவு பிளாஸ்மிட் மூலம் நடைபெறுகிறது. ஒரு இணைவு பிளாஸ்மிட்டைக் கொண்டுள்ள கொடையளிக்கும் செல், ஒரு இணைவுப் பாலத்தை உருவாக்கி, பிளாஸ்மிட் டி.என்.ஏ-வை பெறும் செல்லுக்குள் நகலெடுக்க முடியும். சுவாரஸ்யமாக, இணைதல் என்பது எப்போதும் பிளாஸ்மிட்களுக்கு மட்டும் உரியதல்ல; சில குறிப்பிட்ட சூழ்நிலைகளில், பிளாஸ்மிட்கள் குரோமோசோமால் டி.என்.ஏ-வின் பகுதிகளை நகர்த்த முடியும் (எ.கா., அதிக மறுசேர்க்கை அதிர்வெண் கொண்ட Hfr திரிபுகளில்).

நுண்ணுயிர் எதிர்ப்புத்திறன் பரவுவதில் மரபணு இணைவு மிக முக்கியமானது, ஏனெனில் பல எதிர்ப்பு மரபணுக்கள் பிளாஸ்மிட்களில் தங்கியுள்ளன, அவை பாக்டீரியாக்களுக்கு இடையில், இனங்கள் மற்றும் பேரினங்களைக் கடந்து கூட பரிமாற்றம் செய்யப்படலாம். மருத்துவமனைகளிலும் சுற்றுச்சூழலிலும் பன்மருந்து எதிர்ப்பு (MDR) பாக்டீரியாக்கள் தோன்றுவதற்கான முக்கிய காரணங்களில் இதுவும் ஒன்றாகும்.

HGT-ஐ ஆதரிக்கும் நகரும் மரபணு கூறுகள்

மேலே உள்ள மூன்று முக்கிய வழிமுறைகளுக்கு மேலதிகமாக, பாக்டீரியாவில் நடைபெறும் மரபணுப் பரிமாற்றமானது, பின்வரும் நகரும் மரபணுக் கூறுகளால் பெரிதும் பாதிக்கப்படுகிறது:

பிளாஸ்மிடுகள்: குரோமோசோமிற்கு அப்பாற்பட்ட வட்ட வடிவ டி.என்.ஏ. ஆகும். இவை பெரும்பாலும் நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பு மரபணுக்கள், நோயுண்டாக்கும் காரணிகள் அல்லது குறிப்பிட்ட வளர்சிதை மாற்றப் பாதைகளைக் கொண்டுள்ளன.
டிரான்ஸ்போசோன்கள்: மரபணுத்தொகுதிக்குள் அல்லது பிளாஸ்மிடுகள் மற்றும் குரோமோசோம்களுக்கு இடையில் இடம்பெயரக்கூடிய “தாவிச் செல்லும் மரபணுக்கள்”. டிரான்ஸ்போசோன்கள் பெரும்பாலும் எதிர்ப்பு மரபணுக்களைக் கொண்டு செல்கின்றன.
இன்டெக்ரான்கள்: மரபணுத் தொகுப்புகளைப் பிடித்து வெளிப்படுத்தும் திறன் கொண்ட அமைப்புகள், இவை பெரும்பாலும் எதிர்ப்பு மரபணுக்களைக் கொண்டிருக்கும். மருத்துவ ரீதியாக நோயை உண்டாக்கும் பாக்டீரியாக்களில் இன்டெக்ரான்கள் ஒரு முக்கியப் பங்கு வகிக்கின்றன.
– மரபணுத் தீவுகள்: இவை மரபணுப் பரிமாற்றத்தின் மூலம் பெறப்பட்ட டிஎன்ஏ-வின் பெரிய பகுதிகள் ஆகும். இவை நோயுண்டாக்கும் மரபணுக்களையோ (நோய்க்காரணித் தீவுகள்) அல்லது சிறப்பு வளர்சிதை மாற்றத் திறன்களையோ கொண்டிருக்கலாம்.

இந்தக் கூறுகள், தகவமைப்புத் தேவைகளுக்கு ஏற்ப சேர்க்கவோ அல்லது நீக்கவோ கூடிய ஒரு “மாடுலர் சாதனத்தை” பாக்டீரியாக்கள் கொண்டிருப்பது போன்ற தோற்றத்தை அளிக்கின்றன.

HGT-யின் தாக்கம்: பரிணாம வளர்ச்சியிலிருந்து மனித ஆரோக்கியம் வரை

நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பு
மரபணுப் பரிமாற்றம் (HGT) தொடர்பான மிக முக்கியமான பிரச்சினை, நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பி எதிர்ப்பின் பரவலாகும். bla (பீட்டா-லாக்டமேஸ்), mecA (MRSA-வில் மெத்திசிலின் எதிர்ப்பு), அல்லது வெளியேற்றும் பம்புகளுக்கான மரபணுக்கள் போன்ற மரபணுக்கள், பிளாஸ்மிடுகள் மற்றும் டிரான்ஸ்போசோன்கள் வழியாக வேகமாகப் பரவக்கூடும். நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பிகள் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும்போது (மருத்துவமனைகள், கால்நடைகள் மற்றும் விவசாயத்தில்), தேர்வு அழுத்தம் அதிகரிக்கிறது. எனவே, மரபணுப் பரிமாற்றம் மூலம் எதிர்ப்பு மரபணுக்களைப் பெறும் பாக்டீரியாக்கள் தப்பிப் பிழைத்து ஆதிக்கம் செலுத்தும்.

வீரியம் மற்றும் புதிய நோய்க்கிருமிகள்
மரபணுப் பரிமாற்றம் புதிய நோய்க்கிருமித் திரிபுகளின் தோற்றத்தையும் தூண்டுகிறது. பாக்டீரியாக்கள் ஒட்டுதல், ஊடுருவல், நச்சுகள் அல்லது சுரப்பு அமைப்புகளுக்கான மரபணுக்களைப் பெற முடியும், இது மிகவும் திறமையான தொற்றுக்கு வழிவகுக்கிறது. சில சமயங்களில், மரபணுத் தீவுகள் அல்லது பாக்டீரியோஃபேஜ்களிலிருந்து வரும் வீரிய மரபணுக்களின் "தொகுப்பு" காரணமாக, முன்பு ஒப்பீட்டளவில் பாதிப்பில்லாத பாக்டீரியாக்கள் நோய்க்கிருமிகளாக மாறக்கூடும்.

சுற்றுச்சூழல் தழுவல் மற்றும் உயிரிவழி சீரமைப்பு
மருத்துவத் துறைக்கு அப்பால், மரபணுப் பரிமாற்றம் நுண்ணுயிரியல் சூழலியலுக்கும் நன்மை பயக்கிறது. பாக்டீரியாக்கள் ஹைட்ரோகார்பன்கள், பூச்சிக்கொல்லிகள் அல்லது கன உலோகங்களைச் சிதைக்கும் திறனைப் பெற முடியும், இதன் மூலம் உயிரிவழிச் சீராக்கல் செயல்முறைகளுக்கு உதவுகின்றன. கடுமையான சூழல்களில், மரபணுப் பரிமாற்றம் அதிக வெப்பநிலை, உப்புத்தன்மை அல்லது தீவிர pH அளவைத் தாங்கும் திறன் தொடர்பான மரபணுக்களைப் பரப்பக்கூடும்.

விஞ்ஞானிகள் HGT-ஐ எவ்வாறு ஆய்வு செய்கிறார்கள்?

HGT ஆய்வகச் சோதனைகள் மற்றும் மரபணுப் பகுப்பாய்வு மூலம் ஆய்வு செய்யப்படுகிறது. மரபணு ரீதியாக, முக்கிய மரபணுத்தொகுதியிலிருந்து விலகிச் செல்லும் காரக் கலவையில் (எ.கா., GC உள்ளடக்கம்) உள்ள வேறுபாடுகள், தொலைதூரத் தொடர்புடைய உயிரினங்களின் மரபணுக்களைப் போன்ற மரபணுக்களின் இருப்பு, அல்லது டிரான்ஸ்போசேஸ்கள் போன்ற நகரும் கூறுகளின் இருப்பு ஆகியவற்றைக் கண்டறிவதன் மூலம் HGT-ஐக் கண்டறியலாம். ஒரு மரபணுவின் பரிணாம மரம் அதன் சிற்றினத்தின் பரிணாம மரத்துடன் ஒத்துப்போகாதபோது, ​​இனவகைப்பகுப்பாய்வு "பொருந்தாமைகளையும்" வெளிப்படுத்த முடியும்.

மூடுகிறது

பாக்டீரியாக்களில் நிகழும் கிடைமட்ட மரபணுப் பரிமாற்றம் (HGT) என்பது பரிணாமத்தின் ஒரு சக்திவாய்ந்த உந்துசக்தியாகும். பிளாஸ்மிடுகள், டிரான்ஸ்போசோன்கள், இன்டெக்ரான்கள் மற்றும் மரபணுத் தீவுகள் ஆகியவற்றின் ஆதரவுடன் நடைபெறும் உருமாற்றம், மரபணுக்கடத்தல் மற்றும் இணைவு ஆகியவற்றின் மூலம், பாக்டீரியாக்களால் புதிய பண்புகளை விரைவாகப் பெற முடிகிறது. ஒருபுறம், HGT ஆனது பாக்டீரியாக்கள் தங்களைத் தகவமைத்துக் கொள்ளவும், நுண்ணுயிரிச் சூழல் அமைப்புகளின் இயக்கவியலைப் பராமரிக்கவும் உதவுகிறது. மறுபுறம், HGT ஆனது நுண்ணுயிர் எதிர்ப்புத்திறன் மற்றும் நோயுண்டாக்கும் காரணிகளின் பரவலைத் துரிதப்படுத்துவதன் மூலம் மனித ஆரோக்கியத்திற்கு ஒரு பெரும் சவாலாக அமைகிறது. HGT-யின் வழிமுறைகளையும் வடிவங்களையும் புரிந்துகொள்வது, நோய்த்தொற்றுக் கட்டுப்பாட்டு உத்திகளை வடிவமைப்பதற்கும், நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பிகளை விவேகத்துடன் பயன்படுத்துவதற்கும், மற்றும் பாக்டீரியாக்களின் எப்போதும் மாறிவரும் தன்மையைச் சமாளிப்பதற்கான புதிய சிகிச்சைகளை உருவாக்குவதற்கும் மிகவும் இன்றியமையாததாகும்.