นิวคลีโออยด์ของแบคทีเรีย: หน้าที่และวิธีการตรวจจับ

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 05:43

แบคทีเรียไม่มีนิวเคลียสซึ่งแตกต่างจากยูคาริโอต แต่ DNA ของพวกมันไม่ได้กระจัดกระจายไปทั่วเซลล์ แต่กระจุกตัวอยู่ในโครงสร้างกะทัดรัดที่เรียกว่านิวเคลียส ในแง่การใช้งาน มันเป็นอะนาล็อกที่ใช้งานได้ของอุปกรณ์นิวเคลียร์

นิวเคลียสคืออะไร

นิวเคลียสของแบคทีเรียคือบริเวณในเซลล์ของพวกมันที่มีสารพันธุกรรมที่มีโครงสร้าง ไม่เหมือนกับนิวเคลียสของยูคาริโอต โดยไม่ได้แยกจากเยื่อหุ้มเซลล์ออกจากส่วนที่เหลือของเซลล์และไม่มีรูปร่างถาวร อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ เครื่องมือทางพันธุกรรมของแบคทีเรียก็แยกออกจากไซโตพลาสซึมอย่างชัดเจน

คำว่า "เหมือนนิวเคลียส" หรือ "บริเวณนิวเคลียร์" โครงสร้างนี้ถูกค้นพบครั้งแรกในปี พ.ศ. 2433 โดยนักสัตววิทยา Otto Buchli แต่ความแตกต่างจากเครื่องมือทางพันธุกรรมของยูคาริโอตได้รับการระบุแล้วในช่วงต้นทศวรรษ 1950 ด้วยเทคโนโลยีกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ชื่อ "นิวคลีออยด์" สอดคล้องกับแนวคิดของ "โครโมโซมของแบคทีเรีย" หากชื่อหลังมีอยู่ในเซลล์ในสำเนาเดียว

นิวคลีโออยด์ไม่รวมพลาสมิดที่เป็นองค์ประกอบ extrachromosomal ของจีโนมแบคทีเรีย

คุณสมบัติของนิวเคลียสของแบคทีเรีย

โดยปกติ นิวเคลียสจะอยู่ที่ส่วนกลางของเซลล์แบคทีเรียและถูกจัดวางตามแนวแกน ปริมาตรของการก่อตัวที่กะทัดรัดนี้ไม่เกิน 0.5 ไมครอน³ และน้ำหนักโมเลกุลจะแตกต่างกันไปตั้งแต่ 1×10⁹ ถึง 3×109 ^{ดัลตัน. ในบางจุด นิวเคลียสจะถูกจับกับเยื่อหุ้มเซลล์}

นิวเคลียสของแบคทีเรียประกอบด้วยสามองค์ประกอบ:

• DNA.
• โปรตีนโครงสร้างและกฎข้อบังคับ
• RNA.

DNA มีการจัดระเบียบโครโมโซมที่แตกต่างจากยูคาริโอต ส่วนใหญ่แล้วนิวเคลียสของแบคทีเรียประกอบด้วยโครโมโซมหนึ่งโครโมโซมหรือหลายสำเนา (ด้วยการเติบโตอย่างแข็งขันจำนวนถึง 8 หรือมากกว่า) ตัวบ่งชี้นี้จะแตกต่างกันไปตามชนิดและระยะของวงจรชีวิตของจุลินทรีย์ แบคทีเรียบางชนิดมีโครโมโซมหลายชุดที่มีชุดยีนต่างกัน

ในใจกลางของ DNA นิวคลีออยด์นั้นแน่นมาก โซนนี้ไม่สามารถเข้าถึงไรโบโซม เอนไซม์การจำลองแบบและการถอดรหัส ในทางกลับกัน ลูปดีออกซีไรโบนิวคลีอิกของบริเวณรอบข้างของนิวคลีออยด์นั้นสัมผัสโดยตรงกับไซโตพลาสซึมและเป็นตัวแทนของบริเวณที่เคลื่อนไหวของจีโนมของแบคทีเรีย

ปริมาณขององค์ประกอบโปรตีนในนิวคลีออยด์ของแบคทีเรียไม่เกิน 10% ซึ่งน้อยกว่ายูคาริโอตโครมาตินประมาณ 5 เท่า โปรตีนส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับ DNA และมีส่วนร่วมในโครงสร้าง RNA เป็นผลิตภัณฑ์การถอดรหัสยีนของแบคทีเรียซึ่งดำเนินการที่บริเวณรอบนอกของนิวคลีออยด์

เครื่องมือทางพันธุกรรมของแบคทีเรียคือการก่อตัวแบบไดนามิกที่สามารถเปลี่ยนรูปร่างและโครงสร้างโครงสร้างได้ ไม่มีลักษณะเฉพาะของนิวเคลียสและไมโทติคของนิวเคลียสของเซลล์ยูคาริโอต

แบคทีเรียโครโมโซม

ในกรณีส่วนใหญ่ โครโมโซมของนิวคลีออยด์ของแบคทีเรียจะมีรูปทรงวงแหวนปิด โครโมโซมเชิงเส้นนั้นพบได้น้อยกว่ามาก ไม่ว่าในกรณีใด โครงสร้างเหล่านี้ประกอบด้วยโมเลกุลดีเอ็นเอเดี่ยวซึ่งมีชุดยีนที่จำเป็นสำหรับการอยู่รอดของแบคทีเรีย

โครโมโซม DNA ถูกสร้างเสร็จสมบูรณ์ในรูปแบบของ supercoiled loops จำนวนลูปต่อโครโมโซมแตกต่างกันไปตั้งแต่ 12 ถึง 80 โครโมโซมแต่ละโครโมโซมเป็นการจำลองแบบเต็มรูปแบบเนื่องจากเมื่อเพิ่มเป็นสองเท่าของ DNA จะถูกคัดลอกทั้งหมด กระบวนการนี้เริ่มต้นจากต้นกำเนิดของการจำลองแบบเสมอ (OriC) ซึ่งติดอยู่กับพลาสมาเมมเบรน

ความยาวรวมของโมเลกุลดีเอ็นเอในโครโมโซมมีลำดับความสำคัญมากกว่าขนาดของแบคทีเรียหลายเท่า ดังนั้นจึงจำเป็นต้องบรรจุหีบห่อ แต่ในขณะเดียวกันก็รักษากิจกรรมการทำงานเอาไว้

ในยูคาริโอตโครมาติน งานเหล่านี้ดำเนินการโดยโปรตีนหลัก - ฮิสโตน นิวเคลียสของแบคทีเรียประกอบด้วยโปรตีนที่จับกับดีเอ็นเอซึ่งมีหน้าที่ในการจัดระเบียบโครงสร้างของสารพันธุกรรม และยังส่งผลต่อการแสดงออกของยีนและการจำลองแบบของดีเอ็นเอ

โปรตีนที่เกี่ยวข้องกับนิวคลีโออยด์ ได้แก่:

• โปรตีนคล้ายฮิสโตน HU, H-NS, FIS และ IHF;
• topoisomerases;
• โปรตีนในตระกูล SMC

2 กลุ่มสุดท้ายมีอิทธิพลมากที่สุดต่อ supercoiling ของสารพันธุกรรม

การทำให้ประจุลบของ DNA โครโมโซมเป็นกลางนั้นดำเนินการโดยโพลีเอมีนและแมกนีเซียมไอออน

บทบาททางชีวภาพของนิวเคลียส

อย่างแรกเลย นิวเคลียสเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับแบคทีเรียเพื่อจัดเก็บและส่งข้อมูลทางพันธุกรรม ตลอดจนนำไปใช้ในระดับของการสังเคราะห์เซลล์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง บทบาททางชีวภาพของการก่อตัวนี้เหมือนกับของดีเอ็นเอ

หน้าที่อื่นๆ ของนิวคลีออยด์ของแบคทีเรีย ได้แก่:

• การแปลเป็นภาษาท้องถิ่นและการบดอัดสารพันธุกรรม
• บรรจุภัณฑ์ DNA ที่ใช้งานได้;
• ควบคุมการเผาผลาญ

โครงสร้างดีเอ็นเอไม่เพียงแต่ช่วยให้โมเลกุลพอดีกับเซลล์ขนาดเล็กมาก แต่ยังสร้างเงื่อนไขสำหรับการไหลปกติของกระบวนการจำลองแบบและถอดรหัส

คุณสมบัติการจัดระดับโมเลกุลของนิวคลีออยด์สร้างเงื่อนไขสำหรับการควบคุมเมแทบอลิซึมของเซลล์โดยการเปลี่ยนรูปแบบดีเอ็นเอ ระเบียบเกิดขึ้นโดยการวนโครโมโซมบางส่วนของโครโมโซมออกเป็นไซโตพลาสซึม ซึ่งทำให้พวกมันพร้อมสำหรับเอ็นไซม์การถอดรหัส หรือในทางกลับกัน โดยการดึงพวกมันเข้าไป

วิธีตรวจจับ

มี 3 วิธีในการตรวจจับนิวคลีออยด์ในแบคทีเรีย:

• ไมโครสโคป;
• กล้องจุลทรรศน์คอนทราสต์เฟส;
• กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

แล้วแต่วิธีการการเตรียมการและวิธีการวิจัยอาจดูแตกต่างออกไป

กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง

ในการตรวจหานิวคลีออยด์โดยใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง แบคทีเรียจะถูกย้อมในขั้นต้นเพื่อให้นิวคลีออยด์มีสีที่แตกต่างจากส่วนอื่นๆ ของเซลล์ มิฉะนั้นโครงสร้างนี้จะไม่ปรากฏให้เห็น นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องแก้ไขแบคทีเรียบนสไลด์แก้ว (ในกรณีนี้ จุลินทรีย์จะตาย)

ผ่านเลนส์ของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง นิวคลีออยด์จะดูเหมือนรูปถั่วที่มีขอบเขตชัดเจน ซึ่งตรงบริเวณส่วนกลางของเซลล์

วิธีการระบายสี

ในกรณีส่วนใหญ่ วิธีการย้อมสีแบคทีเรียต่อไปนี้จะใช้เพื่อให้เห็นภาพนิวคลีออยด์ด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง:

• ตาม Romanovsky-Giemsa;
• วิธีเฟลเกน

เมื่อทำการย้อมตาม Romanovsky-Giemsa แบคทีเรียจะถูกตรึงไว้ล่วงหน้าบนสไลด์แก้วที่มีเมทิลแอลกอฮอล์ จากนั้น 10-20 นาทีก็จะถูกชุบด้วยสีย้อมจากส่วนผสมที่เท่ากันของสีฟ้า เอโอนีน และเมทิลีนบลู, ละลายในเมทานอล เป็นผลให้นิวเคลียสกลายเป็นสีม่วงและไซโตพลาสซึมกลายเป็นสีชมพูซีด ก่อนใช้กล้องจุลทรรศน์ ขจัดคราบและล้างสไลด์ด้วยการกลั่นและทำให้แห้ง

วิธี Feulgen ใช้กรดไฮโดรไลซิสอ่อนๆ เป็นผลให้ดีออกซีไรโบสที่ปล่อยออกมาจะผ่านเข้าสู่รูปแบบอัลดีไฮด์และทำปฏิกิริยากับกรดฟูชไซน์-ซัลเฟอร์รัสของรีเอเจนต์ชิฟฟ์ เป็นผลให้นิวเคลียสกลายเป็นสีแดงและไซโตพลาสซึมกลายเป็นสีน้ำเงิน

กล้องจุลทรรศน์คอนทราสต์เฟส

กล้องจุลทรรศน์คอนทราสต์เฟสมีความละเอียดสูงกว่าแสง วิธีนี้ไม่ต้องการการตรึงและการย้อมสีของการเตรียมการ - การสังเกตเกิดขึ้นสำหรับแบคทีเรียที่มีชีวิต นิวคลีออยด์ในเซลล์ดังกล่าวดูเหมือนเป็นวงรีสีอ่อนตัดกับพื้นหลังของไซโตพลาสซึมสีเข้ม วิธีที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นสามารถทำได้โดยใช้สีเรืองแสง

การตรวจหานิวคลีโออยด์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

การเตรียมตรวจนิวคลีออยด์ภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนมี 2 วิธี:

• บางเฉียบ;
• ตัดแบคทีเรียแช่แข็ง

ในไมโครกราฟอิเล็กตรอนของส่วนที่บางเฉียบของแบคทีเรีย นิวเคลียสมีลักษณะของโครงสร้างเครือข่ายที่หนาแน่นซึ่งประกอบด้วยเส้นใยบาง ๆ ซึ่งดูเบากว่าไซโตพลาสซึมโดยรอบ

ในส่วนของแบคทีเรียที่แช่แข็งหลังจากการย้อมสีภูมิคุ้มกัน นิวคลีออยด์ดูเหมือนโครงสร้างคล้ายปะการังที่มีแกนกลางหนาแน่นและส่วนที่ยื่นออกมาบางๆ ทะลุเข้าไปในไซโตพลาสซึม

ในภาพถ่ายอิเล็กทรอนิกส์ นิวเคลียสของแบคทีเรียส่วนใหญ่มักจะอยู่ที่ส่วนกลางของเซลล์และมีปริมาตรน้อยกว่าในเซลล์ที่มีชีวิต นี่เป็นเพราะการสัมผัสกับสารเคมีที่ใช้ในการแก้ไขการเตรียมการ