En la biología molecular, la transformación es la alteración genética de una célula resultando de la absorción y de la expresión del material genético extranjero (DNA ). Los términos separados son utilizados para las alteraciones genéticas resultando de la introducción de DNA por los virus (" " de la transducción ;) o por el contacto de la célula-célula entre las bacterias (" " de la conjugación ;). La transformación de las células animales generalmente se llama la transfección .
La transformación del término también se utiliza más generalmente para describir mecanismos de la transferencia de la DNA y del ARN adentro biología molecular (es decir no sólo las consecuencias genéticas). Por ejemplo la producción de las plantas transgénicas por ejemplo el maíz transgénico requiere la inserción de nuevo información genética en el genoma del maíz usar un apropiado mecanismo para la transferencia de la DNA; el proceso se refiere comúnmente como transformación.
el ARN se puede también transferir en las células usar métodos similares, pero éste no produce el cambio hereditario y así que no es normalmente transformación verdadera.
Historia
La transformación primero fue demostrada en el 1928 por el Frederick Griffith, bacteriologist inglés que buscaba para una vacuna contra pulmonía bacteriana. Griffith descubrió que una tensión no virulenta del estreptococo pneumoniae se podría transformar en virulento por la exposición a las tensiones de los pneumoniae virulentos del S. que habían sido matados con calor. En el 1944 fue demostrado que el factor de transformación era genético, cuando el Oswald Avery, el Colin MacLeod, y el Maclyn McCarty demostraron transferencia del gene en los pneumoniae del S. Avery, Macleod y McCarty llamaron la absorción y la incorporación de la DNA por el " de las bacterias; transformation".
Mecanismos
Bacterias
En bacterias la transformación refiere a un cambio genético estable causado por la DNA desnuda que toma (DNA sin células o proteínas asociadas), y la capacidad refiere al estado de poder tomar la DNA exógena del ambiente. Dos diversas formas de capacidad deben ser distinguidas: natural y artificial.
Capacidad natural
considera también:
la capacidad (biología) Algunas bacterias (el alrededor 1% de todas las especies) son naturalmente capaces de tomar la DNA bajo condiciones del laboratorio; mucho más pueden poder tomarlo para arriba en sus ambientes naturales. Tales especies llevan sistemas de genes que especifican la maquinaria para traer la DNA a través de la membrana celular o de las membranas.
Capacidad artificial
La capacidad artificial no se codifica en los genes de la célula. En lugar es inducida por los procedimientos de laboratorio en los cuales las células pasivo se hacen permeables a la DNA, usar las condiciones que no ocurren normalmente en naturaleza.
La refrigeración de las células en presencia de los cationes bivalentes tales como Ca2+ (en el CaCl2 ) prepara las membranas celulares para llegar a ser permeables a la DNA del plásmido. Las células se incuban en el hielo con la DNA y después calientan breve dado una sacudida eléctrica (eg. 42 °C por 30-120 segundos), que hace la DNA incorporar la célula. Este método trabaja muy bien para el plásmido circular DNAs. Una preparación excelente de células competentes dará a colonias de ~108 por el micrograma del plásmido. Una preparación pobre estará sobre 104/μg o menos. Las buenas preparaciones no comerciales deben dar 105 a los transformants 106 por el micrograma del plásmido.
El método no trabaja bien para las moléculas lineares tales como fragmentos de la DNA cromosómica, probablemente porque las enzimas de Exonuclease en la célula degradan rápido la DNA linear. Las células que son naturalmente competentes se transforman generalmente más eficientemente con la DNA linear que con los plásmidos.
La electroporación es otra manera de hacer los agujeros en (y otro) células bacterianas, breve dándolas una sacudida eléctrica con un campo eléctrico 10-20 kilovoltio /cm. La DNA del plásmido puede incorporar la célula a través de estos agujeros. Este método es favorable al uso con la DNA grande del plásmido. Los mecanismos naturales de la membrana-reparación cerrarán rápido estos agujeros después del choque.
Transformación del plásmido
Para persistir y ser mantenido estable en la célula, una molécula de la DNA del plásmido debe contener un origen de la réplica, que permite que sea replegado en la célula independiente del cromosoma. Porque la transformación produce generalmente una mezcla de células transformadas raras y de células no-transformadas abundantes, un método es necesario identificar las células que han adquirido el plásmido. Los plásmidos usados en experimentos de la transformación generalmente también contendrán un gene que da resistencia a un antibiótico que la tensión del recipiente previsto de bacterias es sensible a. Las células capaces de crecer en los medios que contienen este antibiótico habrán sido transformadas por el plásmido, pues las células que carecen el plásmido no podrán crecer.Otro marcador, usado para identificar las células de Escherichia Coli que han adquirido plásmidos recombinantes, es el gene del lacZ del, que cifra para la β-galactosidasa . Porque la β-galactosidasa es un tetrámero del homo-, con cada monómero compuesto de un lacZ-α del y de una proteína del lacZ-ω del, si solamente una de las dos proteínas indispensables se expresa en la célula resultante, no se formará ninguna enzima funcional. Así, si una tensión del Escherichia Coli sin el lacZ-α del en su genoma se transforma usar como plásmido que contiene el fragmento que falta del gene, las células transformadas producirán la β-galactosidasa, mientras que las células untransformed no, pues pueden solamente producir la mitad de Omega del monómero. En este tipo de transformación, la región del polylinker del plásmido miente en el fragmento del gene del lacZ-α del, significando que los plásmidos recombinantes con éxito producidos tendrán el gene deseado insertado en alguna parte dentro del lacZ-α del . Cuando este fragmento interrumpido del gene es expresado por el Escherichia Coli, no se produce ninguna proteína usable del lacZ-α del, y por lo tanto no se forma ninguna β-galactosidasa usable. Cuando está crecido en los medios que contienen el descolorido, el modificado X-galón del azúcar de la galactosa, las colonias que pueden metabolizar el substrato (y que por lo tanto se ha transformado, pero no por los plásmidos recombinantes) aparecerá azul en color; las colonias que no pueden metabolizar el substrato (y que por lo tanto han sido transformadas por los plásmidos recombinantes) aparecerán blancas.
Levaduras y otros hongos
Estos métodos se saben actual para transformar las levaduras:
acetato del litio del del
/
de una sola fila del
del método del glicol del portador DNA/polyethylene varias variaciones se han descrito, incluyendo métodos rápidos de la transformación y de la transformación de la eficacia alta. El protocolo congelado de la levadura permite que usted prepare las células de levadura congeladas que son competentes para la transformación después de deshelar.
de la transformación del arma del gene del los nanoparticles del oro o del tungsteno de cubrieron con la DNA se pueden tirar en las células fungicidas que crecían en el PDA, transformándolas. Esto se describe más detalladamente debajo de las plantas abajo. de la transformación del protoplasto del las esporas fungicidas de se pueden convertir a los protoplastos quitando su capa protectora, y pueden después ser empapadas en la solución de la DNA y ser transformadas.
¡Plantsthaliana de Arabidopsis -->
Un número de mecanismos están disponibles transferir la DNA en las células de la planta:la transformación mediada de la agrobacteria es de la transformación más fácil y la mayoría simple de la planta. El tejido vegetal (a menudo hojas) es adentro cortados pequeños pedazos, eg. 10x10m m, y empapado por 10 minutos en un líquido que contiene la agrobacteria suspendida. Algunas células a lo largo del corte serán transformadas por la bacteria, esa los partes movibles su DNA en la célula. Colocado en medios de arraigo y que tiran seleccionables, las plantas regrow. La especie de algunas plantas puede ser transformada apenas sumergiendo las flores en la suspensión de agrobacterias y después plantando las semillas en un medio selectivo. Desafortunadamente, muchas plantas no son transformables con este método.
Bombardeo de la partícula: Cubrir las pequeñas partículas del oro o del tungsteno con la DNA y tirarlas en las células de la plántula o los embriones de la planta. Un poco de material genético permanecerá en las células y las transformará. Este método también permite la transformación de los plastids de la planta. La eficacia de la transformación es más baja que en la transformación mediada agrobacterial, pero la mayoría de las plantas se pueden transformar con este método.
Electroporación : hacer los agujeros transitorios en membranas celulares usar descarga eléctrica; esto permite que la DNA entre como se describe anteriormente para las bacterias.
Transformación viral (transducción ): Empaquetar el material genético deseado en un virus de las plantas conveniente y permitir que este virus modificado infecte la planta. Si el material genético es DNA, puede recombinar con los cromosomas para producir las células transformant. Sin embargo los genomas de la mayoría de los virus de las plantas consisten en el solo ARN trenzado que repliega en el citoplasma de la célula infectada. Para tales genomas este método es una forma de la transfección y no de una transformación verdadera, puesto que los genes insertados nunca alcanzan el núcleo de la célula y no integran en el genoma del anfitrión. La progenie de las plantas infectadas es virus libremente y también libre del gene insertado.
Animales
La introducción de DNA en las células animales generalmente se llama la transfección, y se discute en el artículo correspondiente.
Ver también
Capacidad (biología)Triparental que acopla
Reproducción molecular
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