Transduktion (Biologie)
Englisch: transduction
Definition
In der Biologie bzw. Mikrobiologie handelt es sich bei der Transduktion um einen Mechanismus des horizontalen Gentransfers, bei dem Fragmente des bakteriellen Genoms von einem Bakterium auf ein anderes übertragen werden. Dieser Prozess wird durch spezielle Viren (Bakteriophagen) vermittelt.
Hintergrund
Die Transduktion tritt auf, wenn ein Bakteriophage ein Bakterium infiziert und seine DNA in das Wirtsbakterium überträgt. Während des Vermehrungsprozesses des Phagen im Bakterium (lytischer Zyklus) kann es dazu kommen, dass neben der viralen DNA auch Fragmente des Wirtszell-Genoms in die Virushülle verpackt werden. Die Länge der aufgenommenen bakteriellen DNA-Sequenz entspricht meist der Länge des Virusgenoms.
Wenn ein Bakteriophage mit bakteriellen DNA-Fragmenten ein weiteres Bakterium infiziert, kann dieses aufgenommene Fragment in das Genom des neuen Wirts übertragen werden (Rekombination).
Einteilung
Es gibt zwei Haupttypen von Transduktion:
- Allgemeine Transduktion
- Spezielle Transduktion
Allgemeine Transduktion
Bei der allgemeinen Transduktion verpackt der Phage zufällige DNA-Fragmente des Wirtsbakteriums in seine Kapside und überträgt diese an andere Bakterien. Diese Fragmente können Gene für bestimmte Eigenschaften oder Funktionen enthalten.
Spezielle Transduktion
Bei der speziellen Transduktion erfolgt die Übertragung der viralen DNA über den lysogenen Zyklus. Die Phagen-DNA wird dabei meist an einer bestimmten Stelle in das Wirtsgenom integriert, wodurch die Vitalität des Bakteriums meist nicht beeinträchtigt wird. Durch Umwelteinflüsse tritt der Phage schließlich in den lytischen Zyklus über und kann bei der Exzision der Phagen-DNA auch Fragmente der bakteriellen DNA übernehmen. Diese werden im folgenden Infektionszyklus in das nächste Bakterium übertragen.
Funktionelle Bedeutung
Die Transduktion spielt eine wichtige Rolle bei der Verbreitung von genetischer Vielfalt in bakteriellen Populationen. Sie ermöglicht den Transfer von Genen, die für bestimmte Eigenschaften kodieren, wie Antibiotikaresistenz oder Stoffwechselpfade. Dadurch kann die Transduktion zur Entwicklung neuer Pathogenitätsfaktoren oder zur Anpassung von Bakterien an veränderte Umweltbedingungen beitragen.
Die spezielle Transduktion wird in der Gentechnik zur gezielten Übertragung von Genen eingesetzt. Meist wird das Wunschgen in Kombination mit Selektionsmarkern wie Fluoreszenz- oder Resistenzgenen übertragen.