CÂU HỎI:

Trình bày tóm tắt các quá trình biến nạp, tải nạp và tiếp hợp ở vi khuẩn?

BÀI LÀM:

Hình thức sinh sản chủ yếu của vi khuẩn là phân đôi tế bào, qua quá trình phân
đôi vật chất di truyền của vi khuẩn mẹ sẽ được truyền cho các vi khuẩn con. Tuy
nhiên cũng có trường hợp vật chất di truyền của vi khuẩn này (vi khuẩn cho) chuyển
sang vi khuẩn nhận thuộc chủng khác, có ba cách chuyển thông tin di truyền từ tế
bào cho sang tế bào nhận là: biến nạp, tải nạp và tiếp hợp.
* Biến nạp (transformation):
Biến nạp: Biến nạp chỉ những biến đổi tính trạng của vi khuẩn dưới ảnh hưởng
của ADN dung dịch được tách chiết từ vi khuẩn cho xâm nhập vào vi khuẩn nhận.
Hiện tượng biến nạp được nhà vi khuẩn học Griffith phát hiện vào năm 1928 và
được làm sáng tỏ nhờ những thực nghiệm của Avery, Mac Leod và Mac Carthy.
Thí nghiệm: Griffith đã tiêm cho chuột một liều vi khuẩn Diplococcus
pneumoniae dạng S ( có màng nhày, gây bệnh viêm phôi nặng) làm cho chuột chết.
Nếu xử lý bằng nhiệt thì vi khuẩn này không có khả năng gây bệnh cho chuột. Tiêm
vi khuẩn dạng R ( không có màng nhày) không gây độc đối với chuột. Nhưng khi
ông tiêm cho chuột một hỗn hợp các vi khuẩn dạng R ( không có màng nhày) với vi
khuẩn dạng S (có màng nhày), nhưng đã xử lí bằng nhiệt, thì thấy chuột vẫn bị chết.
Từ máu chết ông đã phân lập được Diplococcus pneumoniae dạng S điển hình. Điều
đó có nghĩa các vi khuẩn dạng S bị chết vì nhiệt đã truyền khả năng tạo vỏ nhày cho
các tế bào dạng R làm cho nó trở thành tế bào dạng S và tính chất này được truyền
cho các thế hệ con cháu của tế bào dạng S mới (Hình 1). Hình 1: Sơ đồ thí nghiệm của Griffith
Tuy nhiên Griffith đã sai lầm cho rằng hiện tượng biến nạp là do tác động của cơ
chất polyholosilic màng nhày, đến năm 1944 Avery và các cộng sự, đã chứng minh

- Sự nhân lên của thể nhiễm sắc đã được đồng hoá.
Quá trình biến nạp được mô tả ở hình 2a và 2b

2
Hình 2a: Sơ đồ cơ chế biến nạp ở vi
khuẩn gram dương
Hình 2: Sơ đồ quá trình biến nạp
thành công và không thành công
Trong quần thể vi sinh vật chỉ những tế bào khả biến, mới chịu tác động của ADN
biến nạp. Việc hình thành các tế bào khả biến phụ thuộc vào giống vi sinh vật, loại
ADN biến nạp và thời kỳ sinh trưởng của tế bào nhận. Một trường hợp đặc biệt, khi
nhiễm tế bào vi khuẩn một loại axit nucleic lấy từ bacteriophage, làm cho tế bào
nhận có tính trạng của vi khuẩn đã bị nhiễm phage gọi là nhiễm nạp (Transfection).
Hiện tượng biến nạp đã chứng minh tính di truyền đặc trưng của ADN, nó còn có
ý nghĩa to lớn về thực tiễn có thể thực hiện sự biến đổi định hướng tính di truyền.
* Tiếp hợp:
Tiếp hợp là hiện tượng truyền vật chất di truyền theo một chiều từ vi khuẩn cho
sang vi khuẩn nhận khi các tế bào cho và tế bào nhận tiếp xúc trực tiếp với nhau.
Năm 1946 Lederberg và Tatum đã phát hiện sự tái tổ hợp bằng tiếp hợp giữa 2 vi
khuẩn tiếp xúc trực tiếp ( Hình 3).
Hình 3: ảnh chụp TEM hai tế bào E.coli tiếp hợp nhờ lông giới tính. Tế bào F
+
ở bên phải
được phủ bởi nhiều nhung mao và một lông giới tính nối với tế bào F

-
, Leu
-
, B
1
-
, Phe
+
và Bio
+
.
Các ông cấy 10
9
vi khuẩn A hoặc 10
9
vi khuẩn B trên môi trường tối thiểu không
chứa bất cứ một trong năm nhân tố sinh trưởng cần thiết đã nêu trên, sau một thời
gian ủ trong tủ ấm, không thấy xuất hiện bất cứ một khuẩn lạc nào. Nhưng ngược lại,
khi các ông cấy dàn hỗn hợp 10
8
các chủng A và B trên môi trường tổng hợp tối
thiểu, thì xuất hiện một số ít khuẩn lạc, các khuẩn lạc này là những khuẩn lạc có khả
năng tổng hợp cả 5 loại nhân tố sinh trưởng Tr
+
, Leu
+
, B
1
+
, Phe

, nếu lai F
-
với F
-
thì không có sự tái tổ hợp, nếu lai
F
+
với F
+
thì có thể tạo ra chủng tái tổ hợp nhưng với tần số rất thấp. Bản chất của
yếu tố F trong E.coli K12 là cấu trúc ADN vòng có độ dài khoảng 2% chiều dài thể
nhiễm sắc vi khuẩn, nó gồm khoảng 10
5
cặp bazơ nitơ.
Bên cạnh chủng F
+
có khả năng tái tổ hợp với tần số thấp, còn có các chủng cho
tần số tái tổ hợp rất cao (khoảng 10
-2
, 10
-3
), gọi là chủng Hfr (High Frequency of
recombenation). Ở các chủng Hfr nhân tố F ra nhập vào thể nhiễm sắc của vi khuẩn.
Vi khuẩn nhận (F
-
) không có yếu tố giới tính F, khi tiếp hợp với tế bào cho (F
+
)
mà có thể thu được yếu tố F để trở thành tế bào có yếu tố giới tính (F
+

ngoài hệ gen này.
Yếu tố F có thể gắn vào bất kỳ điểm nào của thể nhiễm sắc, chỗ gắn yếu tố F quy
định điểm và “lực khởi đầu” của thể nhiễm sắc và hướng vận chuyển của thể nhiễm
sắc này cho tế bào nhận, điều đó có ý nghĩa cho phép nghiên cứu mối liên hệ giữa
các gen và có thể vẽ được bản đồ di truyền của tế bào.
* Tải nạp:
Tải nạp là quá trình truyền thông tin di truyền từ một vi khuẩn (nòi cho) sang vi
khuẩn khác (nòi nhận) thông qua vật trung gian là thể thực khuẩn.
Hiện tượng tải nạp được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1951 nhờ thí nghiệm của
Zinder và Lederberg làm trên Salmonella typhimurium. Zinder đã làm thí nghiệm
với hai chủng khuyết dưỡng Salmonella: chủng thứ nhất (2A) cần histidine để phát
triển (H
-
), chủng thứ hai (22A) cần tryptophan (T
-
). Trong một ống hình chữ U mà ở
đáy có một màng kính ngăn không cho các vi khuẩn đi qua, nhưng có thể cho virut đi
qua. Các ông cho vào một nhánh 10
8
vi khuẩn 22A (Triptophane-) và nhánh kia -10
85
vi khuẩn 2A (histidine-). Sau một thời gian thì ở nhánh vi khuẩn 22A người ta thu
được các chủng tự dưỡng với tần số khoảng10
-5
và không thấy tế bào tự dưỡng nào ở
nhánh của chủng 2A. (Hình 8)


) bằng phage ôn hoà P
22
, sau khi
làm tan vi khuẩn, ông đưa P
22
vào huyền phù có tế bào nhân, tế bào khuyết dưỡng
biotin (B
-
) tế bào sinh tan đối với P
22
, thì thấy xuất hiện các tế bào B
+
trong huyền
phù tế bào khuyết dưỡng. Sơ đồ thí nhiệm được mô tả ở hình 10.

Hình 10: Sơ đồ thí nghiệm tải nạp khi dùng chủng tự dưỡng biotin B
+
làm
chủng cho và chủng khuyết dưỡng biotin B
-
làm chủng nhận

Trên vi khuẩn Salmonella typhimurium còn phát hiện thấy hiện tượng tải nạp đối
với gen qui định tính bền vững vơi Streptomycin (S
r
). Qua trình tải nạp đối với gen
này nhờ phage ôn hoà tương ứng được nêu trong sơ đồ hình 11: Hình 11: Sơ đồ truyền nguyên liệu di truyền trong quá trình tải nạp yếu tô S

8

9
Tuy nhiên việc nghiên cứu di truyền ở vi sinh vật còn nhiều vấn đề cần phải tiếp tục
làm rõ và mở ra nhiều triển vọng trong khoa học hiện đại.