التخطي إلى المحتوى الرئيسي

Bacterial Genetics

In bacterial genetics, genetic techniques are used to study bacteria. Applying genetic analysis to bacteria is no dif-ferent in principle from applying it to other organisms. However, the methods that are available differ greatly.

Some types of bacteria are relatively easy to manipulate genetically. As a consequence, more is known about some bacteria than is known about any other type of organism. Some of the properties of bacteria that facilitate genetic experiments are described below.


Bacteria Are Haploid

One of the major advantages of bacteria for genetic studies is that they are haploid. This means that they have only one copy, or allele, of each gene. This property makes it much easier to identify cells with a particular type of mutation.

In contrast, most eukaryotic organisms are diploid, with two alleles of each gene, one on each homolo- gous chromosome. Most mutations are recessive, which means that they do not cause a phenotype in the presence of a normal copy of the gene. Therefore, in diploid organisms, most mutations have no effect unless both copies of the gene in the two homologous chromosomes have the mutation. Backcrosses between different organisms with the mutation are usually required to produce offspring with the mutant phenotype, and even then, only some of the progeny of the backcross have the mutated gene in both homologous chromosomes. With a haploid organism such as a bacterium, however, most mutations have an immediate effect and there is no need for backcrosses.

Short Generation Times

Another advantage of some bacteria for genetic studies is that they have very short generation times. The generation time is the length of time the organism takes to reach maturity and produce offspring. If the generation time of an organism is too long, it can limit the number of possible experiments. Some strains of the bacterium E. coli can reproduce every 20 minutes under ideal conditions. With such rapid multiplication, cultures of the bacteria can be started in the morning and the progeny can be examined later in the day.

Asexual Reproduction

Another advantage of bacteria is that they multiply asexually, by cell division. Sexual reproduction, in which individuals of the same species must mate with each other to give rise to progeny, can complicate genetic experiments because the progeny are never identical to their parents. To achieve purebred lines of a sexually reproducing organism, a researcher must repeatedly cross the individuals with their relatives. However, if the or- ganism multiplies asexually by cell division, all the progeny are genetically identical to their parent and to each other. Genetically identical organisms are called clones. Some lower eukaryotes, such as yeasts, and some types of plants, such as water hyacinths, can also multiply asexually to form clones. Identical twins, formed from the products of the division of an egg after it has been fertilized, are clones of each other. While there are a few examples where mammals have been cloned by trans- planting a somatic cell into the ovary, bacteria form clones of themselves every time they divide.

Colony Purification

The ability of some types of bacteria to form colonies through the multiplication of individual bacteria on plates allows colony purification of bacterial strains and mutants. If a mixture of bacteria containing different mutants or strains is placed on an agar plate, individual mutant bacteria or strains in the population each multiply to form colonies. However, these colonies may be too close together to be separable or may still contain a mixture of different strains of the bacterium. If the colonies are picked and the bacteria are diluted before replating, discrete colonies that result from the multi- plication of individual bacteria may appear. No matter how crowded the bacteria were on the original plate, a pure strain of the bacterium can be isolated in one or a few steps of colony purification.

Serial Dilutions

To count the bacteria in a culture or to isolate a pure culture, it is often necessary to obtain discrete colonies of the bacteria. However, because bacteria are so small, a concentrated culture contains billions of bacteria per milliliter. If such a culture is plated directly on a petri plate, the bacteria all grow together and discrete colonies do not form. Serial dilutions offer a practical method for diluting solutions of bacteria before plating to obtain a measurable number of discrete colonies. The principle is that if smaller dilutions are repeated in succession, they can be multiplied to produce the total dilution. For ex- ample, if a solution is diluted in three steps by adding 1 ml of the solution to 99 ml of water, followed by add- ing 1 ml of this dilution to another 99 ml of water and finally by adding 1 ml of the second dilution to another 99 ml of water, the final dilution is 102 x 102 x 102 = ‎‎106, or one in a million. To achieve the same dilution in a single step, 1 ml of the original solution would have to be added to 1,000 liters (about 250 gallons) of water. Obviously, it is more convenient to handle three solu- tions of 100 ml each than to handle a solution of 250 gallons, which weighs about 2,000 lb!

Selections

Probably the greatest advantage of bacterial genetics is the opportunity to do selections, by which very rare mutants and other types of strains can be isolated. To select a rare strain, billions of the bacteria are plated under conditions where only the desired strain, not the bulk of the bacteria, can grow. In general, these conditions are called the selective conditions. For example, a nutrient may be required by most of the bacteria but not by the strain being selected. Agar plates lacking the nutrient then present selective conditions for the strain, since only the strain be- ing selected multiplies to form a colony in the absence of the nutrient. In another example, the desired strain may be able to multiply at a temperature that would kill most of the bacteria. Incubating agar plates at that temperature would provide the selective condition. After the strain has been selected, a colony of the strain can be picked and colony purified away from other contaminating bacteria under the same selective conditions.

The power of selection with bacterial populations is awesome. Using a properly designed selection, a single bacterium can be selected from among billions placed on an agar plate. If we could apply such selections to humans, we could find one of the few individuals in the entire human population of Earth with a particular trait.

Storing Stocks of Bacterial Strains

Most types of organisms must be continuously propagated; otherwise, they age and die. Propagating organ- isms requires continuous transfers and replenishing of the food supply, which can be very time-consuming. However, many types of bacteria can be stored in a dormant state and therefore do not need to be continuously propagated. The conditions used for storage depend on the type of bacteria. Some bacteria sporulate and so can be stored as dormant spores. Others can be stored by being frozen in glycerol or being dried. Storing organisms in a dormant state is particularly convenient for genetic experiments, which often require the accumulation of large numbers of mutants and other strains. The strains remain dormant un- til the cells are needed, at which time they can be revived.


Genetic Exchange

Genetic experiments with an organism usually require some form of exchange of DNA or genes between mem- bers of the species. Most types of organisms on Earth are known to have some means of genetic exchange, which presumably accelerates evolution and increases the adaptability of a species.

Exchange of DNA from one bacterium to another can occur in one of three ways. In transformation, DNA re- leased from one cell enters another cell of the same species. In conjugation, plasmids, which are small autonomously replicating DNA molecules in bacterial cells, transfer DNA from one cell to another. Finally, in transduction, a bacterial virus accidentally picks up DNA from a cell it has infected and injects this DNA into another cell. The ability to exchange DNA between strains of a bacterium makes possible genetic crosses and complementation tests, as well as the tests essential to genetic analysis.



 

تعليقات

المشاركات الشائعة من هذه المدونة

قصة اكتشاف الجينوم البشري واستخدماته الطبية ‏

مفهوم الجينوم البشري الجينوم البشري عبارة عن مجموعة كاملة من تسلسلات الحمض النووي للبشر، مشفرة على شكل DNA داخل 23 زوجًا من الكروموسومات في نواة الخلية. وفي جزيء DNA صغير موجود داخل الميتوكوندريا الفردية. وبهذا يشمل الجينوم البشري الجينوم النووي وجينوم الميتوكوندريا. اكتشاف الجينوم البشري في عام 1953م أثبت واطسون وكريك ‏أن الجينات عبارة عن لولب مزدوج من ‏الحمض النووي DNA. وكان هذا الاكتشاف من أعظم الاكتشفات البشرية. في عام 1980م ظهرت فكرة الجينوم. ‏وكان عدد الجينات البشرية التي تعرف ‏عليها العلماء حوالى 450 جين. في ‏منتصف الثمانينات. تضاعف هذا العدد ‏ثلاث مرات ليصل إلى 1500 جين. ‏بعض هذه الجينات كانت المسببة لزيادة ‏الكوليسترول في الدم (أحد أسباب ‏مرض القلب) وبعضها يمهد للإصابة ‏بالأمراض السرطانية. توصل العلماء إلى ان هناك ما بين 60: ‏‏80 ألف جين في الأنسان. موجودة على ‏‏23 زوجا من الكروموسومات. وتعرف ‏المجموعة الكاملة للجينات باسم الجينوم ‏البشرى. وقد تم اكتشاف أكثر من نصف ‏هذه الجينات حتى الأن. قصة تسلسل الجينوم البشري ‏تم تحديد تسلسل الحمض النووي بالجينوم البشري بالكامل في عام 2022....

كيقية تحضير سم الريسين من بذور نبات الخروع؟

  الموطن الأصلي والوصف الظاهري الموطن الأصلي لنبات الخروع جنوب شرق حوض البحر الأبيض المتوسط وشرق إفريقيا والهند. وتنتشر زراعته رئيسياً في البرازيل والهند والصين والاتحاد السوڤييتي (سابقاً) وتايلند. ينسب إليه نحو 17 صنفاً، تشتمل على أشجار وشجيرات تُنتِج بذوراً كبيرة، ونباتات عشبية حولية تُنتِج بذوراً أصغر حجماً. وتعد الأصناف المستزرعة حالياً من الأصناف الأصغر حجماً وأمكن تطويرها بالتحسين الوراثي، بهدف الحصول على نباتات تتميز بمردود عال من البذور. وبالرغم من البذور سامة فإن الزيت غير سام.الأن شجر الخروع منتشر في جميع أنحاء المناطق الاستوائية ويزرع على نطاق واسع في أماكن أخرى كنبات للزينة. الوصف الظاهري الخروع نبات شجري يتبع العائلة اللبنية. اسمها العلمي (باللاتينية: Ricinus communis ). وهو نوع من النباتات المُزهرة والمُعمِّرة التي تُستخدم في الزينة. الشجيرة سريعة النمو. يمكن أن تصل إلى حجم شجرة صغيرة، حوالي 12 مترًا (39 قدمًا). يبلغ طول الأوراق اللامعة 15-45 سم (6-18 بوصة). الأوراق متبادلة. راحية تشمل على خمسة إلى اثني عشر فصًا عميقًا بأجزاء مسننة خشنة. في بعض الأصناف، عندما تكون...

قصة اكتشاف البروتينات بخلايا الكائنات الحية

قصة اكتشاف البروتينات وصف البروتينات لأول مرة الكيميائي الهولندي جيراردوس يوهانس مولدر. أما تسمية البروتين فترجع إلى الكيميائي السويدي يونس جاكوب بيرسيليوس، وذلك في عام 1838. أجرى مولدر تحليلًا أوليًا للبروتينات الشائعة ووجد أن جميع البروتينات تقريبًا لها نفس الصيغة التجريبية، C 400 H 620 N 100 O 120 P 1 S 1 . لقد توصل إلى استنتاج خاطئ مفاده أنها قد تكون مكونة من نوع واحد من الجزيئات (الكبيرة جدًا). ثم اقتراح مصطلح "بروتين" لوصف هذه الجزيئات بيرسيليوس زميل مولدر. البروتين مشتق من الكلمة اليونانية ( (proteios ، والتي تعني "الابتدائي" أو "في المقدمة"، أو "الواقف في المقدمة". ومضى مولدر في تحديد منتجات تحلل البروتين مثل الحمض الأميني الليوسين الذي وجد له وزنًا جزيئيًا (صحيحًا تقريبًا) يبلغ 131 دالتون. اعتقد علماء التغذية الأوائل، مثل الألماني كارل فون فويت، أن البروتين هو أهم عنصر غذائي للحفاظ على بنية الجسم. لأنه كان يعتقد بشكل عام أن "اللحم يصنع اللحم". قام كارل هاينريش ريتهاوزن بتوسيع معرفته بالبروتين مع التعرف على حمض الجلوتاميك....

الهيل: التوزيع والانتشار والفوائده الصحية ‏

التوزيع والانتشار يعرف بالهيل في الجزيرة العربية والشام. ويعرف بالحبهان في مصر. كما يعرف بقاع القلة أو القعقلة في المغرب العربي. هذه الاسماء الشائعة مجتمعة تشير إلى نوعين من النباتات ينتميان إلى جنسين مختلفين من الفصيلة الزنجبارية. يتوزع الهيل، أو الهيل الأخضر في المنطقة من ماليزيا إلى الهند. ويتميز بلون ثماره الأخضر الفاتح. أما الهيل الأسود (الهيل البني، أو هيل جافا، أو هيل بنغالي، أو هيل سيامي، أو هيل أبيض أو أحمر) فيتوزع بصورة رئيسية في آسيا وأستراليا. وتتميز ثماره بأنها أكبر وذات لون بني غامق. والهيل الأسود أو البني زكي الرائحة قوي المذاق له العديد من الاستعمالات. فهو يدخل في عمل القهوة والحساء ويعتبر من أغلى أنواع التوابل. وتتميز حبوب الهيل بشكله المثلثي في القطع العرضي، وتحمل الحبوب بذور سوداء صغيره.استخدام الهيل في القهوة: في بلاد الخليج يضاف الهيل إلى القهوة. فيكسبها طعماً ونكهة مميزة. وقد اثبت الدراسات العلمية أن الزيوت الطيارة ذات الرائحة العبقة في بذور الهيل، تبطل مفعول الكافيين على الجسم. لمعرفة كيفية زراعة الهيل شاهد الفيديو في الرابط المرفق. أن طريقة تحميص حبوب البن لإعد...

مراحل تطور علم الخلية منذ ولادته الأولى حتى يومنا هذا

منذ زمنا بعيدا والانسان يدفعه فضوله للبحث عن ماهية الخلايا وتركيبها ووظيفتها. ومعرفة ما بها من مكونات وتركيبها ووظائفها. هذا ‏ الفضول وما أثمر عنها من تراكم معرفي أدى إلى نشأة علم الخلية كأحد علوم البيولوجي. ما هي العلوم التي ساعدت على نضج علم الخلية؟ وقد ساعد على نضج علم الخلية تقدم علوم أخرى أهمها: علوم الكيمياء ‏ والفيزياء البصرية والأجنة والتشريح وغيرها. كذلك، فإن هناك علاقة قوية ووثيقة بين علم الخلية وعلمي الوراثة والفسيولوجيا. فعلم الوراثة ‏ يهتم بكيفية انتقال المادة الوراثية من جيل إلى جيل وعلاقة ذلك بانقسام الخلايا. بينما يهتم علم الفسيولوجيا بالأنشطة الحيوية التى تتم ‏ داخل الخلايا والتي توضح بصورة جلية الأهمية الوظيفية للمكونات الخلوية المختلفة. كما يهتم بالآليات التي تمكن الخلية من القيام بالتغذية ‏ والتكاثر والنمو وغيرها. إضافة لما تقدم، لعلم الخلية دورا مهما في فهم الأسباب التى تؤدى إلى تحويل الخلايا الطبيعية إلى ‏ خلايا شاذة، وما يخلفه ذلك من أمراض. ففهمي اسباب هذه الامراض ساعد قي كيفية العلاج منه. بصفة عامة فإن لهذا العلم أهمية كبرى ‏ فى نواحى الحياة الطبيعية و...