Konjugation

(Horizontaler Gentransfer zwischen E. coli Zellen durch Konjugation)

Die Übertragung von DNA zwischen zwei Mikroorganismen der gleichen oder verschiedener Arten wird als horizontaler Gentransfer bezeichnet. In der Natur stehen hierfür im wesentlichen drei verschiedene Mechanismen zur Verfügung: Die Transformation, also die Aufnahme nackter DNA, die Transduktion, d.h. die Übertragung von DNA durch Bakteriophagen wie z.B. Lambda und die Konjugation. Bei der Konjugation kommt es zu einem Transfer eines F-Plasmids, ("F" steht für Fertilität) von einem E. coli Stamm, dem Donor auf den anderen E. coli Stamm, den Rezipienten. Als F´-Faktoren werden Plasmide bezeichnet, die zusätzlich zu den Genen, die für den DNA-Transfer (tra-Gene) noch weitere Gene tragen. In unserem Fall ist dies ein Resistenzgen gegen das Antibiotikum Tetracyclin (Tc) (Abb.E1).

Abb. E1 Genetische Karte des F´-Faktors (schematisch). Die tra-Gene (ca. 20) sind für die Ausbildung des F-Pilus und den Transfer des Plasmids in vom Donor in den Rezipienten zuständig. Das Plasmid enthält weiterhin einen Replikationsursprung und ein Tetracyclin-Resistenzgen. Das F-Plasmid liegt in der Zelle in einer Kopie vor.

E2a zeigt zwei E. coli Bakterien während eines Konjugationsvorgangs. Der Mechanismus der Konjugation ist in Abb. E2b detailliert dargestellt.

Abb. E2a Konjugation zwischen Donor und Rezipient. Über die Plasmabrücke wird der F`-Faktor übertragen. Das Donorbakterien besitzt sog. F-Pili, die für die Bildung der Plasmabrücke verantwortlich sind. Die Proteine zur Bildung der F-Pili werden von Genen des F´-Faktors kodiert.

Abb. E2b Konjugation zwischen zwei E. coli Stämmen

Der Donor ist in unserem Falle der E. coli Stamm D, der Rezipient ist der Stamm R. Das in diesem Experiment benutzte F-Plasmid trägt u. a. das erwähnte Tetracyclin-Resistenzgen. Es verleiht seinem Träger die Fähigkeit, auf Tetracyclin-haltigem Nährmedium zu wachsen. Zur besseren Unterscheidung zwischen Donor- und Rezipientenstamm produziert der Donorstamm (D) außerdem noch das Enzym -Galaktosidase, das durch das Gen lacZ kodiert wird. Dieses spaltet neben seinem natürlichen Substrat, der Laktose, auch andere Zuckerderivate, eines davon ist X-Gal. Bei dessen Spaltung durch die -Galaktosidase entsteht ein Indigofarbstoff, der die Donor-Zellen blau färbt. Dem Rezipientenstamm (R) fehlt das lacZ Gen, er bleibt deshalb weiß.

Der Rezipientenstamm dagegen besitzt ein Gen, das ihm eine Resistenz gegen das Antibiotikum Kanamycin verleiht. Er kann also auf Kanamycin-haltigem Nährmedium wachsen, ist jedoch gegen tetracyclin nicht geschützt. Kommt es zu einer Übertragung des F´-Plasmids vom Donor auf den Rezipienten, kann der daraus resultierende Stamm folglich auf einem Nährmedium wachsen, das beide Antibiotika, Tetracyclin und Kanamycin, enthält. Weder der Donor noch der Rezipient alleine besitzen diese Eigenschaften (Abb. E3)

Abb. E3 Eigenschaften der in diesem Experiment benutzten E. coli Stämme