बैक्टीरिया में उत्परिवर्तन और चयन

उत्परिवर्तन डीएनए अनुक्रम में वंशानुगत परिवर्तन होते हैं, और बैक्टीरिया में वे वृद्धि के दौरान स्वतः उत्पन्न होते हैं, भले ही परिवर्तन उपयोगी हो या न हो। जब पर्यावरण किसी विशेष प्रकार के वाहक कोशिकाओं का पक्ष लेता है, तो चयन जनसंख्या में इसकी आवृत्ति को बढ़ाता है, जिससे बैक्टीरिया अनुकूलन करते हैं, जिसमें एंटीबायोटिक दवाओं के प्रति प्रतिरोध प्राप्त करना भी शामिल है।

Definition

एक बैक्टीरियल उत्परिवर्तन एक जीवाणु के जीनोम अनुक्रम में एक वंशानुगत परिवर्तन है; चयन किसी दिए गए वातावरण में उनके जीनोटाइप द्वारा प्रदान किए गए लक्षणों के अनुसार कोशिकाओं का विभेदक अस्तित्व और प्रजनन है।

Scope

यह विषय बैक्टीरियल उत्परिवर्तन की उत्पत्ति और प्रकारों, इस बात के शास्त्रीय प्रमाण को शामिल करता है कि उत्परिवर्तन निर्देशित होने के बजाय पूर्व-मौजूदा होते हैं, चयन बैक्टीरियल आबादी पर कैसे कार्य करता है, और उत्परिवर्तन दर को नियंत्रित करने वाले तंत्र। यह जनसंख्या-आनुवंशिक तंत्रों का एक संदर्भ अवलोकन है और नैदानिक निर्देश प्रदान नहीं करता है।

Core questions

• क्या बैक्टीरियल उत्परिवर्तन एक चयन एजेंट से पहले, या उसके जवाब में उत्पन्न होते हैं?
• किस प्रकार के उत्परिवर्तन होते हैं, और उन्हें कौन से तंत्र उत्पन्न करते हैं?
• चयन बैक्टीरियल आबादी में एक प्रकार की आवृत्ति को कैसे बदलता है?
• उत्परिवर्तन दर कैसे विनियमित होती है, और क्या तनाव इसे बढ़ा सकता है?

Key concepts

• सहज उत्परिवर्तन
• बिंदु उत्परिवर्तन, सम्मिलन और विलोपन
• उतार-चढ़ाव परीक्षण
• पूर्व-मौजूदा बनाम निर्देशित उत्परिवर्तन
• सकारात्मक और नकारात्मक चयन
• उत्परिवर्तन दर और म्यूटेर स्ट्रेन
• तनाव-प्रेरित और अनुकूली उत्परिवर्तन
• आकस्मिक लोकी और चरण भिन्नता

Key theories

यादृच्छिक पूर्व-मौजूदा उत्परिवर्तन (लूरिया-डेलब्रुक)

उतार-चढ़ाव विश्लेषण से पता चला है कि समानांतर संस्कृतियों के बीच प्रतिरोधी कोशिकाओं की संख्या व्यापक रूप से भिन्न होती है, जिसकी उम्मीद तभी की जाती है जब प्रतिरोध उत्परिवर्तन जोखिम से पहले वृद्धि के दौरान यादृच्छिक रूप से होते हैं, न कि चयन एजेंट के लिए एक निर्देशित प्रतिक्रिया के रूप में।

Mechanisms

उत्परिवर्तन प्रतिकृति त्रुटियों, डीएनए में सहज रासायनिक परिवर्तनों और मोबाइल तत्वों की क्रिया से उत्पन्न होते हैं, जिससे बिंदु प्रतिस्थापन, सम्मिलन, विलोपन और पुनर्व्यवस्था होती है। लूरिया-डेलब्रुक उतार-चढ़ाव परीक्षण ने स्थापित किया कि ऐसे उत्परिवर्तन वृद्धि के दौरान यादृच्छिक रूप से होते हैं, चयन एजेंट से स्वतंत्र होते हैं, ताकि चयन जनसंख्या में पहले से मौजूद भिन्नता पर कार्य करे। चयन तब लाभप्रद प्रकारों को समृद्ध करता है और हानिकारक प्रकारों को हटाता है। उत्परिवर्तन की आपूर्ति एक समान नहीं होती है: दोषपूर्ण मरम्मत वाले म्यूटेर स्ट्रेन समग्र दर को बढ़ाते हैं, सरल अनुक्रम दोहराव वाले कुछ आकस्मिक लोकी उच्च आवृत्ति पर उत्परिवर्तित होते हैं ताकि प्रतिवर्ती चरण भिन्नता की अनुमति मिल सके जैसा कि मॉक्सन और सहयोगियों ने वर्णित किया है, और तनाव प्रतिक्रियाएं उत्परिवर्तन को क्षणिक रूप से बढ़ा सकती हैं, एक घटना जिसे रोसेनबर्ग अनुकूली उत्परिवर्तन के तहत समीक्षा करते हैं। साथ में ये प्रक्रियाएं बैक्टीरियल आबादी को वंशानुगत परिवर्तन उत्पन्न करने और ठीक करने देती हैं।

Clinical relevance

चयन के बाद सहज उत्परिवर्तन रोगाणुरोधी प्रतिरोध का एक मुख्य मार्ग है, और उत्परिवर्तन-दर भिन्नता और चरण भिन्नता दृढ़ता और प्रतिरक्षा से बचने में योगदान करती है। यह प्रविष्टि बताती है कि भिन्नता कैसे उत्पन्न होती है और चुनी जाती है और यह चिकित्सा के लिए एक मार्गदर्शिका नहीं है।

History

1943 के लूरिया-डेलब्रुक प्रयोग ने यह दिखाकर एक लंबे समय से चले आ रहे प्रश्न को हल किया कि बैक्टीरियल उत्परिवर्तन सहज और पूर्व-मौजूदा होते हैं न कि चयन द्वारा प्रेरित होते हैं, एक परिणाम जिसे नोबेल पुरस्कार के एक हिस्से से सम्मानित किया गया और बैक्टीरियल जनसंख्या आनुवंशिकी के लिए मौलिक है। म्यूटेर फेनोटाइप, आकस्मिक लोकी और तनाव-प्रेरित उत्परिवर्तन पर बाद के काम, जिनकी मॉक्सन और रोसेनबर्ग द्वारा समीक्षा की गई, ने इस बात की समझ को परिष्कृत किया कि उत्परिवर्तन की आपूर्ति स्वयं कैसे आकार लेती है।

Debates

क्या एक विशिष्ट, विनियमित 'अनुकूली' या तनाव-प्रेरित उत्परिवर्तन तंत्र है?

कुछ प्रयोगों से पता चलता है कि तनाव क्षणिक रूप से उत्परिवर्तन को इस तरह से बढ़ा सकता है जिससे उपयोगी परिवर्तन की संभावना बढ़ जाती है, लेकिन यह कितना निर्देशित या सामान्य है, और यह यादृच्छिक-उत्परिवर्तन ढांचे के साथ कैसे फिट बैठता है, इस पर बहस जारी है।

Key figures

• Salvador Luria
• Max Delbruck
• Susan Rosenberg
• Richard Moxon

Seminal works

• luria-delbruck-1943
• rosenberg-2001
• moxon-2006

Frequently asked questions

क्या बैक्टीरिया एंटीबायोटिक दवाओं के जवाब में उत्परिवर्तित होते हैं?

शास्त्रीय प्रमाण से पता चलता है कि प्रतिरोध उत्परिवर्तन एंटीबायोटिक का सामना करने से पहले वृद्धि के दौरान स्वतः उत्पन्न होते हैं; एंटीबायोटिक तब पहले से प्रतिरोधी कोशिकाओं का चयन करता है न कि विशिष्ट उत्परिवर्तन का कारण बनता है।

म्यूटेर स्ट्रेन क्या है?

एक म्यूटेर स्ट्रेन में सामान्य से अधिक उत्परिवर्तन दर होती है, आमतौर पर क्योंकि डीएनए-मरम्मत या प्रूफरीडिंग फ़ंक्शन दोषपूर्ण होता है, जो अनुकूलन को गति दे सकता है लेकिन हानिकारक उत्परिवर्तन भी जमा कर सकता है।