Bacterial genetics: Genetic recombination: transformation, conjugation and transduction, plasmids, transposon
Bacterial genetics: Genetic recombination: transformation, conjugation and transduction, plasmids, transposon (जीवाणु आनुवंशिकी: आनुवंशिक पुनर्संयोजन: परिवर्तन, संयुग्मन और पारगमन, प्लास्मिड, ट्रांसपोसॉन):- Bacterial genetics deals with the study of heredity and variation in bacteria. Genetic recombination in bacteria refers to the exchange of genetic material between bacterial cells, which enhances genetic diversity. It occurs through several mechanisms: transformation, conjugation, transduction, and involves specific genetic elements like plasmids and transposons.
जीवाणु आनुवंशिकी जीवाणुओं में वंशानुक्रम और विविधता के अध्ययन से संबंधित है। जीवाणुओं में आनुवांशिक पुनर्संयोजन वह प्रक्रिया है जिसके माध्यम से जीवाणु कोशिकाओं के बीच आनुवंशिक सामग्री का आदान-प्रदान होता है, जो आनुवंशिक विविधता को बढ़ाता है। यह कई प्रक्रियाओं के माध्यम से होता है: रूपांतरण, संयुग्मन, ट्रांसडक्शन, और इसमें विशिष्ट आनुवंशिक तत्व जैसे प्लास्मिड और ट्रांसपोसॉन शामिल होते हैं।
Transformation (रूपांतरण):-
Definition (परिभाषा):- Transformation is the uptake and incorporation of naked DNA from the environment into a bacterium's genome.
(रूपांतरण वह प्रक्रिया है जिसमें जीवाणु वातावरण से मुक्त DNA को अपने जीनोम में ग्रहण और समावेशित कर लेता है।)
Process (प्रक्रिया):-
DNA Uptake (DNA ग्रहण):-
> Bacteria must be in a state of competence (physiological ability to uptake DNA).
[जीवाणु को competence (डीएनए ग्रहण करने की कार्यिकीय क्षमता) की अवस्था में होना चाहिए।]
> Competence can be natural (e.g., in Streptococcus pneumoniae) or induced artificially.
[यह क्षमता प्राकृतिक हो सकती है (जैसे Streptococcus pneumoniae में) या कृत्रिम रूप से प्रेरित की जा सकती है।]
Integration (एकीकरण):- The foreign DNA integrates into the host genome by homologous recombination.
(ग्रहण किया गया बाहरी DNA समजातीय पुनर्संयोजन के माध्यम से परपोषी जीनोम में समावेशित होता है।)
Expression (अभिव्यक्ति):- If the incorporated DNA carries genes, they can be expressed, leading to new traits.
(यदि ग्रहण किए गए DNA में जीन हैं, तो वे अभिव्यक्त हो सकते हैं और नए गुण उत्पन्न कर सकते हैं।)
Significance (महत्व):- Transformation contributes to antibiotic resistance when bacteria acquire resistant genes from the environment.
(यह प्रक्रिया एंटीबायोटिक प्रतिरोध फैलाने में सहायक है, जब जीवाणु वातावरण से प्रतिरोधी जीन ग्रहण करते हैं।)
Conjugation (संयुग्मन):-
Definition (परिभाषा):- Conjugation is the transfer of genetic material between two bacterial cells through direct physical contact.
(संयुग्मन वह प्रक्रिया है जिसमें दो जीवाणु कोशिकाओं के बीच प्रत्यक्ष भौतिक संपर्क के माध्यम से आनुवंशिक सामग्री का आदान-प्रदान होता है।)
Process (प्रक्रिया):-
Donor and Recipient (दाता और प्राप्तकर्ता):-
> The donor cell must contain a conjugative plasmid, like the F (fertility) plasmid in E. coli.
[दाता कोशिका में एक संयुग्मन प्लास्मिड (जैसे, F प्लास्मिड) होना आवश्यक है।]
> The recipient cell lacks the plasmid.
(प्राप्तकर्ता कोशिका में यह प्लास्मिड नहीं होता।)
Formation of Pilus (पाइलस का निर्माण):- The donor cell forms a pilus (a tubular structure) that connects to the recipient.
[दाता कोशिका एक पाइलस (नलिकाकार संरचना) बनाता है, जो प्राप्तकर्ता से जुड़ता है।]
DNA Transfer (DNA स्थानांतरण):-
> A single strand of the plasmid DNA is transferred through the pilus.
(प्लास्मिड DNA का एक स्ट्रैंड पाइलस के माध्यम से स्थानांतरित होता है।)
> The plasmid is replicated in both cells to restore its double-stranded form.
(प्लास्मिड दोनों कोशिकाओं में दोहरा-स्ट्रैंड रूप पुनर्स्थापित करता है।)
Integration (एकीकरण):- If the plasmid integrates into the bacterial chromosome (forming an Hfr cell), chromosomal genes may also transfer during conjugation.
[यदि प्लास्मिड जीवाणु गुणसूत्र में एकीकृत हो जाता है (Hfr कोशिका बनती है), तो गुणसूत्रीय जीन भी स्थानांतरित हो सकते हैं।]
Significance (महत्व):- Spreads beneficial traits like antibiotic resistance and virulence factors.
(यह प्रक्रिया एंटीबायोटिक प्रतिरोध और विषाणुता कारकों को फैलाने में सहायक है।)
Transduction (ट्रांसडक्शन):-
Definition (परिभाषा):- Transduction is the transfer of genetic material from one bacterium to another via a bacteriophage. Bacteriophages (often simply called phages) are viruses that infect and replicate within bacteria.
[ट्रांसडक्शन वह प्रक्रिया है जिसमें एक बैक्टीरियोफाज के माध्यम से एक जीवाणु से दूसरे जीवाणु में आनुवंशिक सामग्री स्थानांतरित होती है। बैक्टीरियोफाज़ (जो अक्सर बस फाज़ कहे जाते हैं) वे वायरस होते हैं जो बैक्टीरिया में संक्रमण करते हैं और उनमें अपनी नकल करते हैं।]
Types (प्रकार):-
i. Generalized Transduction (सामान्य ट्रांसडक्शन):-
> Any part of the bacterial genome can be transferred.
(जीवाणु जीनोम के किसी भी भाग को स्थानांतरित किया जा सकता है।)
> Occurs when a phage mistakenly packages bacterial DNA instead of its own during assembly.
(यह तब होता है जब एक फाज असेंबली के दौरान गलती से अपना DNA स्थानांतरित करने की बजाय जीवाणु DNA पैक कर लेता है।)
ii. Specialized Transduction (विशिष्ट ट्रांसडक्शन):-
> Specific bacterial genes adjacent to the prophage site are transferred.
(केवल वे जीवाणु जीन स्थानांतरित होते हैं जो प्रोफाज साइट के पास होते हैं।)
> Occurs when a lysogenic phage excises imprecisely, taking bacterial DNA along with its own.
(यह तब होता है जब लाइसोजेनिक फाज अनुचित तरीके से बाहर निकलता है और अपने साथ जीवाणु DNA भी ले लेता है।)
Process (प्रक्रिया):-
> A bacteriophage infects a donor bacterium.
(बैक्टीरियोफाज एक दाता जीवाणु को संक्रमित करता है।)
> During assembly, bacterial DNA is mistakenly encapsulated.
(असेंबली के दौरान जीवाणु DNA गलती से पैक किया जाता है।)
> The phage infects a new recipient bacterium, transferring donor DNA.
(फेज एक नए प्राप्तकर्ता जीवाणु को संक्रमित करता है और दाता DNA स्थानांतरित करता है।)
> The transferred DNA may integrate into the recipient's genome.
(स्थानांतरित DNA प्राप्तकर्ता के जीनोम में एकीकृत हो सकता है।)
Significance (महत्व):- Facilitates horizontal gene transfer, including pathogenicity genes.
(क्षैतिज जीन स्थानांतरण को बढ़ावा देता है, जिसमें रोगजनकता वाले जीन भी समावेशित हो सकते हैं।)
Plasmids (प्लास्मिड):-
Definition (परिभाषा):- Plasmids are small, circular, double-stranded DNA molecules independent of the bacterial chromosome.
(प्लास्मिड छोटे, वृत्ताकार, द्विसूत्रीय DNA अणु होते हैं, जो जीवाणु गुणसूत्र से स्वतंत्र होते हैं।)
Features (विशेषताएँ):-
> Self-replicating with their origin of replication.
(स्वतंत्र रूप से प्रतिकृति करने में सक्षम।)
> Often carry genes beneficial for survival, such as antibiotic resistance (R plasmids), fertility (F plasmids), or metabolic capabilities.
[अक्सर जीवाणु के लिए लाभकारी जीन ले जाते हैं, जैसे एंटीबायोटिक प्रतिरोध (R प्लास्मिड) या जनन क्षमता (F प्लास्मिड)।]
Types (प्रकार):-
i. Conjugative Plasmids (संयुग्मन प्लास्मिड):- Capable of self-transfer via conjugation.
(संयुग्मन के माध्यम से स्वयं को स्थानांतरित करने में सक्षम।)
ii. Non-conjugative Plasmids (गैर-संयुग्मन प्लास्मिड):- Lack transfer machinery but can be mobilized if conjugative plasmids are present.
(स्थानांतरण तंत्र नहीं होता लेकिन संयुग्मन प्लास्मिड की उपस्थिति में स्थानांतरित हो सकते हैं।)
iii. Resistance Plasmids (R-plasmids) (प्रतिरोध प्लास्मिड):- Carry genes for antibiotic resistance, often transferred through conjugation.
(एंटीबायोटिक प्रतिरोध के लिए जीन ले जाते हैं और अक्सर संयुग्मन के माध्यम से फैलते हैं।)
Importance (महत्व):- Plasmids are widely used in molecular biology and genetic engineering for cloning and gene expression studies.
(प्लास्मिड आणविक जीवविज्ञान और जेनेटिक इंजीनियरिंग में जीन क्लोनिंग और जीन अभिव्यक्ति के अध्ययन के लिए उपयोग किए जाते हैं।)
Transposons (ट्रांसपोसॉन):-
Definition (परिभाषा):- Transposons (or jumping genes) are DNA sequences that can move within the genome or between plasmids and chromosomes.
[ट्रांसपोसॉन (या जंपिंग जीन) DNA अनुक्रम हैं, जो जीनोम के भीतर या प्लास्मिड और गुणसूत्रों के बीच स्थानांतरित हो सकते हैं।]
Features (विशेषताएँ):-
> Contain genes for transposition and often other functional genes, like antibiotic resistance.
(इनमे ट्रांसपोजिशन के लिए जीन और अक्सर अन्य कार्यात्मक जीन जैसे एंटीबायोटिक प्रतिरोध शामिल होते हैं।)
> Require transposase enzyme for movement.
(ट्रांसपोज़ेज़ एंजाइम द्वारा इनका स्थानांतरण होता है।)
> Can create mutations by inserting into genes.
(जीन में प्रवेश करके उत्परिवर्तन उत्पन्न कर सकते हैं।)
Types (प्रकार):-
i. Insertion Sequences (IS elements) (इन्सर्शन अनुक्रम):- Simple transposons with only transposition genes.
(सरल ट्रांसपोसॉन, जिनमें केवल ट्रांसपोजीशन जीन होते हैं।)
ii. Complex Transposons (जटिल ट्रांसपोसॉन):- Carry additional genes, such as those for antibiotic resistance.
(अतिरिक्त जीन ले जाते हैं, जैसे एंटीबायोटिक प्रतिरोध।)
Note (नोट):- In bacteria, transposable elements are generally not retrotransposons.
(बैक्टीरिया में, ट्रांसपोज़ेबल तत्व आम तौर पर रेट्रोट्रांसपोज़न नहीं होते हैं।)
Mechanisms (क्रियाविधियाँ):-
Cut-and-Paste (कट-एंड-पेस्ट ):- The transposon is excised and inserted at a new location.
(ट्रांसपोसॉन को काटकर एक नई जगह पर डाला जाता है।)
Replicative (प्रतिलिपिक):- The transposon is copied, leaving one copy at the original site and inserting the new copy elsewhere.
(ट्रांसपोसॉन को कॉपी किया जाता है, जिससे एक कॉपी मूल साइट पर और दूसरी नई जगह पर जाती है।)
Importance (महत्व):- Transposons contribute to genomic plasticity and the spread of resistance genes.
(जीनोम की लचीलेपन और प्रतिरोधी जीनों के प्रसार में योगदान देते हैं।)
Retrotransposons:-