Transformatsioon (geneetika)
Molekulaarbioloogias on transformatsioon raku geneetiline muundamine DNA otsese ülevõtmise ja ekspressiooni teel raku ümbritsevast keskkonnast.
Transformeerumine toimub mõnedes bakteriliikides looduslikult ja seda saab teha ka kunstlikult. Baktereid, mis on võimelised transformeeruma, kas siis looduslikult või kunstlikult, nimetatakse pädevateks.
Transformatsioon on üks kolmest protsessist, mille abil saab bakterirakkudesse viia väljastpoolt pärit geneetilist materjali. Teised kaks on konjugatsioon (geneetilise materjali ülekandmine kahe bakteriraku vahel otsekontaktis) ja transduktsioon (võõrliikide DNA süstimine bakteriofaagiga peremeesorganismi).
Transformatsiooni võib kasutada ka uue geneetilise materjali sisestamise kirjeldamiseks mittebakteriaalsetesse rakkudesse, näiteks looma- ja taimerakkudesse. Võõra DNA sisestamist eukarüootide rakkudesse nimetatakse tavaliselt "transfektsiooniks".
Ajalugu
Esimest korda demonstreeris transformatsiooni 1928. aastal Briti bakterioloog Frederick Griffith. Griffith avastas, et kahjutu Streptococcus pneumoniae tüvi võib muutuda virulentseks pärast kokkupuudet kuumusega tapetud virulentsete tüvedega.
Griffith arvas, et mingi "muundamispõhimõte" kuumusega tapetud tüvest oli vastutav selle eest, et kahjutu tüvi muutus viiruslikuks. 1944. aastal tuvastasid Oswald Avery, Colin MacLeod ja Maclyn McCarty, et see transformeeriv põhimõte on geneetiline. Nad isoleerisid S. pneumoniae virulentsest tüvest DNA ja suutsid just seda DNA-d kasutades muuta kahjutu tüve virulentseks. Nad nimetasid seda DNA omastamist ja sisseehitamist bakterite poolt "transformatsiooniks". Vt Avery-MacLeod-McCarty katse.
Teadlaskond võttis nende katsete tulemused esialgu skeptiliselt vastu. Alles siis, kui Joshua Lederberg avastas teised geneetilise ülekande meetodid (konjugatsioon 1947. aastal ja transduktsioon 1953. aastal), võeti Avery katsed vastu. Transformatsioon muutus laboratooriumides rutiinseks menetluseks alles 1972. aastal, kui Cohen transformeeris edukalt Escherichia coli baktereid kaltsiumkloriidiga töödeldes. Sellega loodi tõhus ja mugav menetlus bakterite transformeerimiseks ning avati tee biotehnoloogiale ja teadusuuringutele.
Samuti uuriti loomade ja taimede rakkude transformeerimist, kusjuures 1982. aastal loodi esimene transgeenne hiir, süstides roti kasvuhormooni geeni hiire embrüosse.
1907. aastal avastati taimekasvajaid põhjustav bakter Agrobacterium tumefaciens ja 1970. aastate alguses leiti, et kasvajate tekitajaks on DNA-plasmiid nimega Ti-plasmiid. Eemaldades plasmiidist kasvajat põhjustavad geenid ja lisades uusi geene, suutsid teadlased nakatada taimi A. tumefaciens'iga ja lasta bakteritel lisada valitud DNAd taimede genoomi.
Kõik taimerakud ei ole vastuvõtlikud A. tumefaciens'i nakatumisele, mistõttu töötati välja muud meetodid, sealhulgas elektroporatsioon ja mikroinjektsioon. Osakeste pommitamine sai võimalikuks, kui John Sanford leiutas 1990. aastal Biolistic Particle Delivery System'i (geenipüstoli).
Küsimused ja vastused
K: Mis on transformatsioon molekulaarbioloogias?
V: Transformeerumine on raku geneetiline muundumine, mis toimub raku ümbritsevast DNA otsese ülevõtmise ja ekspressiooni teel.
K: Milliste bakteriliikide puhul toimub transformatsioon looduslikult?
V: Transformatsioon toimub looduslikult mõnes bakteriliigis.
K: Kuidas nimetatakse baktereid, mis on võimelised transformeeruma?
V: Baktereid, mis on võimelised transformeeruma, nimetatakse kompetentseteks.
K: Millised on lisaks transformatsioonile veel kaks protsessi, mille abil saab bakterirakkudesse tuua väljastpoolt pärit geneetilist materjali?
V: Teised kaks protsessi, mille abil saab bakterirakku tuua välist geneetilist materjali, on konjugatsioon ja transduktsioon.
K: Kas transformatsiooni saab teha kunstlikult?
V: Jah, transformatsiooni saab teha ka kunstlikult.
K: Mis on transfektsiooni mõiste?
V: Transfektsioon on uue geneetilise materjali viimine mittebakteriaalsetesse rakkudesse, näiteks loomsetesse ja taimerakkudesse.
K: Kuidas erineb transduktsioon transformatsioonist?
V: Transduktsioon hõlmab võõra DNA süstimist bakteriofaagiga peremeesorganismi, samas kui transformatsioon hõlmab DNA otsest vastuvõtmist ja ekspressiooni ümbritsevast keskkonnast.
