बैक्टीरिया में जीन अभिव्यक्ति का विनियमन

बैक्टीरिया अपने सभी जीनों को हर समय व्यक्त नहीं करते हैं; इसके बजाय, वे अपने पर्यावरण के जवाब में जीनों को चालू और बंद करते हैं ताकि प्रोटीन तभी बनें जब उनकी आवश्यकता हो। यह अधिकांश नियंत्रण प्रतिलेखन के स्तर पर होता है, शास्त्रीय रूप से ऑपेरॉन के माध्यम से जिसमें संबंधित जीन एक साथ विनियमित होते हैं, जिससे एक कोशिका पोषक तत्वों, तनाव और अन्य संकेतों में परिवर्तनों पर तेजी से प्रतिक्रिया कर पाती है।

Definition

बैक्टीरियल जीन अभिव्यक्ति का विनियमन उन तंत्रों का समूह है जिनके द्वारा एक बैक्टीरिया आंतरिक और पर्यावरणीय परिस्थितियों के जवाब में नियंत्रित करता है कि कौन से जीन प्रतिलेखित और अनुवादित होते हैं, और किस हद तक।

Scope

यह विषय बैक्टीरियल जीन विनियमन के तर्क और तंत्र को शामिल करता है: ऑपेरॉन, रिप्रेसर और एक्टिवेटर, आरएनए पोलीमरेज़ और सिग्मा कारकों की भूमिका, और पर्यावरणीय और तनाव संकेतों के प्रति नियामक प्रतिक्रियाएं। यह एक यांत्रिक संदर्भ अवलोकन है और नैदानिक मार्गदर्शन नहीं देता है।

Core questions

• कार्यात्मक रूप से संबंधित बैक्टीरियल जीन एक इकाई के रूप में सह-विनियमित कैसे होते हैं?
• रिप्रेसर और एक्टिवेटर प्रतिलेखन को कैसे बंद और चालू करते हैं?
• आरएनए पोलीमरेज़, सिग्मा कारकों के साथ मिलकर, किन जीनों को प्रतिलेखित करना है, इसका चयन कैसे करता है?
• बैक्टीरिया तनाव और बदलती परिस्थितियों के जवाब में जीन अभिव्यक्ति को कैसे पुन: प्रोग्राम करते हैं?

Key concepts

• ऑपेरॉन और पॉलीसिस्ट्रोनिक एमआरएनए
• प्रमोटर और ऑपरेटर
• रिप्रेसर और एक्टिवेटर
• प्रेरण और दमन
• आरएनए पोलीमरेज़ कोर एंजाइम
• सिग्मा कारक और प्रमोटर चयन
• सामान्य तनाव प्रतिक्रिया (RpoS)
• पर्यावरणीय संकेत एकीकरण

Key theories

ऑपेरॉन मॉडल

जैकब और मोनोड ने प्रस्तावित किया कि सह-प्रतिलेखित जीनों का एक समूह एक नियामक प्रोटीन के माध्यम से एक इकाई के रूप में नियंत्रित होता है जो प्रमोटर के पास एक ऑपरेटर को बांधता है, जिससे प्रेरक और दमनकारी बैक्टीरियल जीन अभिव्यक्ति का मूलभूत तंत्र स्थापित होता है।

Mechanisms

बैक्टीरिया में, कार्यात्मक रूप से संबंधित जीन अक्सर ऑपेरॉन में व्यवस्थित होते हैं जो एक ही प्रमोटर से एक साथ प्रतिलेखित होते हैं, और उनकी अभिव्यक्ति नियामक प्रोटीन द्वारा नियंत्रित होती है। जैकब और मोनोड के ऑपेरॉन मॉडल ने दिखाया कि एक ऑपरेटर को बांधने वाला एक रिप्रेसर प्रतिलेखन को तब तक अवरुद्ध कर सकता है जब तक कि एक प्रेरक संकेत इसे राहत न दे, जबकि एक्टिवेटर प्रतिलेखन को बढ़ा सकते हैं, जिससे कोशिकाओं को प्रेरक और दमनकारी नियंत्रण मिलता है। कौन से प्रमोटर प्रतिलेखित होते हैं यह आरएनए पोलीमरेज़ पर निर्भर करता है, जिसकी विशिष्टता विनिमेय सिग्मा कारकों द्वारा निर्धारित होती है; इशिहामा समीक्षा करते हैं कि पोलीमरेज़ और उसके सिग्मा सबयूनिट्स को कैसे संशोधित करना ट्रांसक्रिप्टोम को पुन: प्रोग्राम करता है। विशेष सिग्मा कारक और वैश्विक नियामक बदलती परिस्थितियों के लिए समन्वित प्रतिक्रियाओं को संचालित करते हैं, जिसका उदाहरण RpoS-नियंत्रित सामान्य तनाव प्रतिक्रिया है जिसे बैटेस्टी और सहयोगियों ने वर्णित किया है, जिससे कोशिका अपने प्रोटीन उत्पादन को अपने पर्यावरण से मेल खा सकती है।

Clinical relevance

नियामक नेटवर्क विरुलेंस कारकों, तनाव-उत्तरजीविता कार्यक्रमों और एंटीबायोटिक सहिष्णुता से संबंधित कुछ निर्धारकों की अभिव्यक्ति को नियंत्रित करते हैं, इसलिए बैक्टीरियल जीन विनियमन को समझना यह बताता है कि संक्रमण के दौरान रोगजनक कैसे अनुकूलन करते हैं। यह प्रविष्टि नियामक तंत्रों की व्याख्या करती है और नैदानिक या उपचार निर्णयों का आधार नहीं है।

History

जैकब और मोनोड द्वारा 1961 में प्रस्तुत ऑपेरॉन अवधारणा, एस्चेरिचिया कोलाई में लैक्टोज चयापचय के अध्ययनों से ली गई, ने जीन विनियमन के आणविक तर्क को स्थापित किया और नोबेल पुरस्कार का एक हिस्सा अर्जित किया। आरएनए पोलीमरेज़ और सिग्मा कारकों के परिवार पर बाद का काम, जिसकी इशिहामा ने समीक्षा की, और RpoS जैसे वैश्विक तनाव नियामकों पर, जिसकी बैटेस्टी और सहयोगियों ने समीक्षा की, ने इसे स्तरित नियामक नेटवर्क की एक तस्वीर में विस्तारित किया।

Key figures

• Francois Jacob
• Jacques Monod
• Akira Ishihama
• Susan Gottesman

Seminal works

• jacob-monod-1961
• ishihama-2000
• battesti-2011

Frequently asked questions

ऑपेरॉन क्या है?

ऑपेरॉन बैक्टीरियल जीनों का एक समूह है जो एक ही प्रमोटर से एक मैसेंजर आरएनए में एक साथ प्रतिलेखित होता है, ताकि कार्यात्मक रूप से संबंधित जीन एक इकाई के रूप में विनियमित हों।

सिग्मा कारक क्या करते हैं?

सिग्मा कारक बैक्टीरियल आरएनए पोलीमरेज़ के विनिमेय सबयूनिट होते हैं जो यह निर्धारित करते हैं कि एंजाइम किन प्रमोटरों को पहचानता है, जिससे कोशिका तनाव जैसी स्थितियों के जवाब में जीन अभिव्यक्ति के पूरे कार्यक्रमों को चालू या बंद कर पाती है।