tai nap bien nap tiep hop

Tóm tắt các quá trình biến nạp, tải nạp và tiếp hợp ở vi khuẩn.
Tác giả: Đỗ Thị Loan
(Tổng hợp tài liệu)
Mặc dù tái tổ hợp gen ở sinh vật nhân chuẩn đã được nghiên cứu trong một
thời gian dài nhưng những khám phá về tái tổ hợp ở sinh vật nhân sơ chỉ biết trong
thời gian gần đây. Ở sinh vật nhân chuẩn, từ hai giao tử (đơn bội n) cơ thể hợp
thành một tế bào lưỡng bội được gọi là hợp tử. Trái lại ở vi khuẩn, tế bào sinh sản
bằng cách phân đôi, hiện tượng hình thành “hợp tử” rất hiếm khi xảy ra, trong quá
trình đó một phần hoặc gần như toàn bộ bản sao ADN của vi khuẩn A sẽ chuyển
sang vi khuẩn B. Hệ gen của vi khuẩn nhận B được gọi là hệ gen nội, trong khi
một phần của gen vi khuẩn cho được gọi là gen ngoại.
Ngày nay, đã biết được ba cách chuyển thông tin di truyền tèu tế bào cho
sang tế bào nhận: biến nạp (Transformation), tải nạp (Transduction) và tiếp hợp
(Conjugaison).
- Biến nạp (Transformation): là hiện tượng chuyển thông tin di truyền là một
đoạn thể nhiễm sắc của vi khuẩn cho được chiết ở dạng vô bào sang vi khuẩn nhận,
sau đó gia nhập vào thể nhiễm sắc của vi khuẩn nhận và hình thành quá trình tái tổ
hợp (đoạn ADN của vi khuẩn nhận thường là mạch đơn).
- Tải nạp (Transduction): là sự truyền đoạn vật chất của thể nhiễm sắc của tế bào
cho (thường là chuỗi kép) sang vi khuẩn nhận nhờ tác nhân trung gian chuyển gen
là phage.
- Tiếp hợp (Conjugaison): là sự truyền thông tin di truyền là plasmid hay đoạn
thể nhiễm sắc được chuyển vào tế bào nhận qua cầu tiếp hợp giữa hai tế bào.
I. Biến nạp (Transformation)
- Biến nạp là quá trình xâm nhập của ADN trần từ một tế bào vi khuẩn (thể cho)
sang tế bào vi khuẩn khác (thể nhận).
 Hiện tượng biến nạp được nhà vi khuẩn học Griffith phát hiện vào năm
1928 tiến hành trên vi khuẩn Diplococcus pneumoniae. Vi khuẩn này có 2 dạng:
dạng S (Smooth) có màng nhày, gây bệnh viêm phổi nặng, dạng R (Routh) không
có màng nhày, không gây nguy hiểm.
- Tiến hành:

+ Tiêm vi khuẩn dạng S  chuột chết
+ Tiêm vi khuẩn dạng S đã bị xử lý nhiệt Chuột sống
+ Tiêm vi khuẩn dạng R chuột sống
+ Tiêm vi khuẩn dạng R và vi khuẩn dạng S đã bị xử lý nhiệt chuột chết
Phân lập từ máu của chuột chết Thu được vi khuẩn dạng S điển hình.
1


 Các vi khuẩn dạng S bị chết vi xử lý nhiệt đã truyền khả năng tạo vỏ nhày cho
các tế bào dạng R Các tế bào dạng S điển hình.

- Tuy nhiên Griffith đã sai lầm khi cho rằng hiện tượng biến nạp là do tác động
của cơ chất polyholosidic màng nhày. Đến năm 1944, nhờ có thực nghiệm của
Avery và các cộng sự, đã chứng minh bằng thực nghiệm invitro:

- Avery và cộng sự đã chứng minh được tác nhân của quá trình biến nạp chính là
axit nuclêic. Chính ADN của Diplicoccus pneumonia dạng S đã bị xử lý bằng
nhiệt đã truyền tính trạng hình thành màng nhày khi xâm nhập vào tế bào dạng R
và làm cho vi khuẩn này trở nên có màng nhày và gây độc.
- Tiến trình của biến nạp: Đầu tiên, vi khuẩn tiếp nhận ADN của thể cho  Khi
chui qua màng của tế bào thể nhận, 1 sợi ADN thể cho bị phân huỷ để cung cấp
năng lượng  xảy ra tái tổ hợp giữa ADN sợi đơn còn lại của thể cho với bộ gen
của thể nhận tại những vùng tương đồng thông qua trao đổi chéo.
 Các giai đoạn của quá trình biến nạp:
- Giai đoạn 1: Cố định ADN lên tế bào nhận tại những vị trí có thụ thể protein
thích hợp.
- Giai đoạn 2: Sự xâm nhập của ADN biến nạp vào tế bào khả biến (là những
tế bào nhận đang ở trong giai đoạn sinh trưởng hay môi trường thích hợp có
khả năng tiếp nhận ADN), bằng nguyên tử đánh dấu P 32 chứng minh sự đi qua
tế bào của ADN biến nạp.

2


- Giai đoạn 3: Sự liên kết của ADN biến nạp với đoạn tương đồng của thể
nhiễm sắc của tế bào nhận. Sau khi chui qua màng tế bào khả biến, ADN thể
cho chịu tác động của enzyme nuclease phân giải 1 mạch tạo thành ADN mạch
đơn. ADN sợi đơn này nếu không nhanh chóng tìm thấy đoạn tương đồng trên
thể nhiễm sắc của tế bào nhận đế tái tổ hợp thì sẽ bị phân giải.
- Giai đoạn 4: Tái tổ hợp giữa sợi đơn ADN thể cho với thể nhiễm sắc của tế
bào nhận tạo thành ADN tái tổ hợp.
- Giai đoạn 5: Sự nhân lên của ADN tái tổ hợp trong tế bào nhận.

 Hiệu quả biến nạp phụ thuộc vào 2 yếu tố:
- Chủng vi khuẩn và khả năng trở thành vi khuẩn nhận (tế bào khả biến):
+ Trên bề mặt tế bào nhận phải có các nhân tố dung nạp (competence
factor), tức là các protein thụ thể tiếp nhận ADN thể cho. Khả năng biến nạp
xuất hiện trong khoảng 15-30phút ở cuối pha sinh trưởng cấp số, phụ thuộc vào
sản phẩm của một loại cơ chất – tác nhân biến nạp, tác nhân này được chiết ra
từ Diplococcus pneumoniae, là một loại protein bền nhiệt có khối lượng phân
tử thấp (khoảng 10 000 daltons)  làm cho tế bào thành tế bào khả biến.
+ Khả năng biến nạp chỉ có ở những vi khuẩn cho chiu qua những phân tử
ADN của tế bào cho có khối lượng phân tử 5.10 6 daltons, mỗi ADN như vậy
chiếm khoảng 1/300 hệ gen của tế bào vi khuẩn.
- Đoạn ADN biến nạp và những tính chất của nó:
3


+ Điều quan trọng thứ hai để thực hiện biến nạp là ADN phải có mạch kép
và đoạn biến nạp phải có trọng lượng phân tử tối thiểu là 400 000 dalton

(khoảng 1/200 bộ gen của vi khuẩn).
+ Số lượng tế bào được biến nạp tăng tỉ lệ thuận với nồng độ ADN cho đến
lúc các điểm thụ thể bão hoà do các đoạn ADN thể cho gắn vào.
Hiện tượng biến nạp đã chứng minh tính di truyền đặc trưng của ADN và có ý
nghĩa to lớn về thực tiễn có thể thực hiện sự biến đổi định hướng tính di truyền.
Người ta đã tiến hành lập bản đồ gen ở một số vi khuẩn bằng biến nạp. Và trong
các kỹ thuật và công nghệ ADN tái tổ hợp thì biến nạp ở E.Coli là một khâu quan
trọng.
II. Tải nạp (Transduction)
- Tải nạp là hiện tượng chuyển vật liệu di truyền từ vi khuẩn cho sang vi khuẩn
nhận bởi các phage.
- Có 2 loại phage: các phage độc, khi ký sinh sẽ làm sinh tan tế bào vi khuẩn chủ
và giải phóng các hạt phage thế hệ con; các phage ôn hoà có thể tồn tại ở trạng thái
tiềm tan (lysogenly), tức các prophage, nhưng cũng có thể chuyển sang trạng thái
sinh tan như các phage độc.

4


- Có 2 dạng tải nạp: + tải nạp không đặc hiệu: phage có thể gắn bất kỳ đoạn gen
nào vào tế bào vật chủ và do đó có thể truyền bất cứ gen nào sang tế bào nhận.
+ Tải nạp đặc hiệu: phage chỉ chuyển những gen xác định của
tế bào cho sang tế bào nhận.
 Tải nạp không đặc hiệu (Generalized Transduction)
- Thí nghiệm của Lederberg và học trò của ông là Zinder với 2 chủng khuyết
dưỡng Salmonella: Chủng 22A khuyết dưỡng Tryptophan (T-) và chủng 2A
khuyết dưỡng với Histadine (H-). Bố trí thí nghiệm như hình sau:

- Kết quả thí nghiệm: Sau một thời gian, ở nhánh chứa chủng 22A có xuất hiện
các chủng tự dưỡng với tần số 10-5 và không thấy bất cứ tế bào tự dưỡng nào ở

nhánh chứa chủng 2A.
- Giải thích: Các chủng 22A mang các phage (P 22)  P22 chui qua màng kính và
làm tan tế bào 2A  P22 mang gen tổng hợp tryptophan của chủng 2A sang
nhánh kia và truyền cho một số tế bào chủng 22A  trở thành tế bào tự dưỡng.
Trong trường hợp trên bất kỳ đoạn nào của thể nhiễm sắc của tế bào cho cũng
có thể được tải nạp, đó là tải nạp không đặc hiệu.
 Tải nạp đặc hiệu (Specialized Transduction)
- Tải nạp đặc hiệu là trường hợp chỉ chuyển một vài gen nhất định, có 4 đặc
điểm:
+ Những gen được chuyển nằm sát chỗ prophage gắn vào.
+ Chỉ prophage kiểu λ thực hiện
+ Do kết quả cắt sai của prophage khi tách khỏi nhiễm sắc thể của tế bào chủ
+ Các vi khuẩn tái tổ hợp có thể lưỡng bội một phần
Tải nạp đặc hiệu được nghiên cứu kĩ ở phage λ tải nạp giữa các nòi vi khuẩn.
- Điểm gắn của phage λ vào bộ gen của vi khuẩn nằm giữa 2 gen gal
(galactose) và bio (gen tổng hợp biotin). Đầu của phage chỉ chứa được một
lượng ADN giới hạn, nên prophage tách ra từ ADN của vi khuẩn và do cắt
nhầm thì nó chỉ tải nạp được gen gal hoặc bio. Phage tải nạp các gen galactose
5


được gọi là λgal hay λdg. Nếu tế bào gal - được nhiễm λgal (mang gen gal+), sự
ráp của phage biến dạng vào tế bào chủ sẽ tạo lưỡng bội một phần.

- Đoạn ADN của tế bào cho sau khi đã được tải nạp vào tế bào nhận sẽ xảy ra các
trường hợp sau:
+ Đôi khi đoạn gen tải nạp bị mất đi qua những lần phân chia tế bào tiếp sau,
khi đó kiểu gen của tế bào nhận không thay đổi.
+Khi hệ gen vi khuẩn sinh sản, đoạn gen tải nạp không sinh sản vì sau mỗi lần
phân chia tế bào, nó chỉ chuyển đến 1 trong 2 tế bào con.

+ Phần vật chất di truyền của tế bào chủ mang hệ gen của nó và mang cả đoạn
ADN của tế bào cho  nhân lên  tạo dòng tế bào (dòng dị gen tử).
Đôi khi trong tế bào dị gen tử xảy ra hiện tượng tái tổ hợp giữa đoạn tải nạp
và phần tương đồng trong hệ gen vi khuẩn.
+ Đoạn tải nạp gắn với hệ gen của vi khuẩn bằng cách thay thể đoạn tương
đồng trên hệ gen này.
Tải nạp đã được sử dụng để phân tích di truyền và gen giữa các tế bào nhờ
phage.Tải nạp có thể cung cấp thông tin về hai đột biến rất gần nhau và cũng có thể
xác định trình tự tương đối của các gen nếu tiến hành nghiên cứu đồng thời 3
gen…
III. Tiếp hợp (Conjugation)
- Tiếp hợp là hiện tượng truyền vật chất di truyền
(plasmid hoặc một phần bộ gen) từ vi khuẩn cho sang
vi khuẩn nhận thông qua cầu tiếp hợp khi 2 tế bào tiếp
xúc với nhau.

6


- Lederberg và Tatum (1946) đã phát hiện sự tái tổ hợp bằng tiếp hợp giữa hai vi
khuẩn tiếp xúc trực tiếp. Hai ông tiến hành thí nghiệm trên các dòng khuyết dưỡng
khác nhau ở E.Coli theo hình dưới đây.
- Sau khi trộn lẫn chủng A và chủng B ta được chủng nguyên dưỡng với cả 5 loại
nhân tố sinh trưởng là met, bio, thr, leu và thi  Đó là chủng E. Coli tái tổ hợp.

- Để tiếp hợp xảy ra, điều kiện
cần là phải có sự tiếp xúc giữa
2 tế bào và tế bào cho phải có
nhân tố giới tính F (Fertility),
chính là plasmid.

- Plasmid là phân tử ADN
vòng kín hai mạch nằm ngoài
thể nhiễm sắc có kích thước
nhỏ (bằng 1/100 thể nhiễm sắc vi khuẩn), có khả năng tự nhân lên độc lập với tế
bào. Các plasmid có thể ở trạng thái cài vào thể nhiễm sắc. Plasmid còn mang một
số gen khác nhau như: gen kháng thuốc, gen quy định đặc tính chống lại với các
điều kiện bất lợi…và gen hình thành lông giới tính F.
- Bản chất di truyền của các dòng F+, F- và Hfr được xác định do các plasmid như
sau: F- không chứa plasmid
F+ chứa plasmid ở dạng độc lập
Hfr chứa plasmid được gắn vào bộ gen vi khuẩn

- Muốn xảy ra tái tổ hợp thì 2 dòng vi khuẩn phải tiếp xúc với nhau (F + x F-) hoặc
(Hfr x F-). Dòng tế bào F+ được coi là tế bào đực có khả năng tạo protein pilin, từ
protein này tạo ống tiếp hợp pilus. Tế bào F- gọi là tế bào cái.

7


+ Trong tiếp hợp, plasmid tự chuyển từ tế bào cho sang tế bào nhận bằng cách
chuyển 1 sợi đơn ADN của nó sang thể nhận. Ở đây sẽ tự tổng hợp bổ sung để
thành sợi kép.

- Khi yếu tố F gia nhập vào thể nhiễm sắc của vi khuẩn F +  nó trở thành tế bào
Hfr. Ngược lại, nhân tố F có thể tạo vòng và tách khỏi thể nhiễm sắc  tế bào F+.

- Tiếp hợp là phương thức chuyển gen ở sinh vật nhân sơ đòi hỏi phải có sự tiếp
xúc giữa hai tế bào. Tiếp hợp được điều khiển bởi các gen trên plasmid (như gen
quy định tính trạng lông giới tính. ADN truyền sang tế bào nhận theo cơ chế tái
bản vòng lăn. Tiếp hợp còn được sử dụng để lập bản đồ di truyền của vi khuẩn.

Kết luận: Sự chuyển thông tin di truyền từ tế bào cho sang tế bào nhận ở sinh vật
nhân sơ theo 3 cách: biến nạp, tải nạp và tiếp hợp. Tuỳ theo cách thức truyền vật
liệu di truyền: ADN trần trực tiếp qua màng tế bào nhận (biến nạp), qua phage (tải
nạp) và plasmid qua cầu tiếp hợp (tiếp hợp). Người ta ứng dụng chúng để chuyển
gen và để phân tích di truyền ở sinh vật nhân sơ.

8