Di truyền vi khuẩn là gì? Cách vi khuẩn chuyển vật chất di truyền

Vi khuẩn, những sinh vật đơn bào nhỏ bé, lại sở hữu một bộ máy di truyền tinh vi và phức tạp. Chúng có khả năng truyền đạt các đặc tính của mình từ thế hệ này sang thế hệ khác, thậm chí còn có thể trao đổi vật chất di truyền với nhau. Quá trình đó gọi là "di truyền vi khuẩn", cùng tìm hiểu về quá trình này qua bài viết dưới đây của Nhà thuốc Long Châu nhé!

Vi khuẩn là gì?

Trong tiếng Anh, từ "bacterium" có nghĩa là vi khuẩn, và số nhiều của nó là "bacteria." Từ này có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp Cổ đại nghĩa là "cây gậy". Tên gọi này xuất phát từ hình dáng que của những vi khuẩn đầu tiên được phát hiện.

Vi khuẩn là những sinh vật đơn bào cực nhỏ, thường chỉ có thể quan sát được dưới kính hiển vi. Chúng không thuộc nhóm thực vật hay động vật, mà là một nhóm sinh vật riêng biệt. Vi khuẩn có mặt ở khắp mọi nơi, từ trong đất, nước, không khí cho đến trong cơ thể con người và động vật.

Di truyền vi khuẩn là gì?

Di truyền vi khuẩn là quá trình mà các đặc điểm di truyền được truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác. Trong các sinh vật, bao gồm cả vi khuẩn, cơ sở vật chất của di truyền nằm trong các nhiễm sắc thể.

Ở vi khuẩn, chẳng hạn như Escherichia coli ( vi khuẩn E. coli), nhiễm sắc thể bao gồm khoảng 5 triệu cặp nucleotide, được chia thành nhiều đoạn gọi là gen. Mỗi gen này chịu trách nhiệm cho việc tổng hợp một loại protein đặc hiệu. Những protein đặc hiệu này, bao gồm các enzyme và các thành phần cấu trúc khác của tế bào, quyết định tất cả các tính trạng của cá thể vi khuẩn đó.

Trước khi vi khuẩn phân chia, nhiễm sắc thể của nó sẽ nhân đôi. Điều này đảm bảo rằng mỗi tế bào con nhận được một bản sao tương đương với bộ gen của tế bào mẹ. Quá trình nhân đôi này diễn ra rất chính xác, tuy nhiên, mỗi gen vẫn có một xác suất nhỏ xảy ra sai sót trong quá trình sao chép, dẫn đến hiện tượng đột biến gen. Đột biến này xảy ra ngẫu nhiên mà không cần đến sự can thiệp từ môi trường bên ngoài, với tần suất rất nhỏ, khoảng từ 10^-5 đến 10^-9.

Nhờ vào di truyền vi khuẩn và sự đột biến, vi khuẩn có thể phát triển các đặc tính mới, giúp chúng thích nghi với môi trường sống hoặc kháng lại các yếu tố bất lợi như thuốc kháng sinh. Tuy nhiên, vì đột biến xảy ra ngẫu nhiên và với tần suất rất thấp, đa phần các đột biến không có lợi hoặc có thể gây hại cho vi khuẩn. Nhưng một số ít đột biến có thể mang lại lợi ích, giúp vi khuẩn tồn tại và phát triển trong điều kiện khắc nghiệt.

Cách vi khuẩn chuyển vật chất di truyền

Một số vi khuẩn có khả năng chuyển vật chất di truyền giữa các tế bào thông qua ba cơ chế chính:

Biến nạp (Transformation)

Quá trình biến nạp xảy ra khi vi khuẩn thu nhận DNA ngoại sinh từ môi trường. Một số vi khuẩn có khả năng tiếp nhận DNA một cách tự nhiên, trong khi những vi khuẩn khác cần phải được biến đổi hóa học để chấp nhận DNA. Trong tự nhiên, sự phát triển khả năng này thường gắn liền với các điều kiện môi trường khắc nghiệt và dường như là một cơ chế thích nghi giúp sửa chữa các tổn thương DNA trong tế bào nhận.

Tải nạp (Transduction)

Quá trình tải nạp diễn ra khi thực khuẩn (bacteriophage) đưa DNA ngoại lai vào nhiễm sắc thể của vi khuẩn. Có nhiều loại thực khuẩn khác nhau: một số chỉ lây nhiễm và ngăn chặn vi khuẩn chủ, trong khi những loại khác chèn DNA của chúng vào nhiễm sắc thể vi khuẩn. Vi khuẩn có thể chống lại sự xâm nhập của phage thông qua hệ thống sửa đổi giới hạn làm suy giảm DNA ngoại lai và hệ thống CRISPR, hệ thống này lưu giữ các đoạn gen của phage mà vi khuẩn đã tiếp xúc trong quá khứ, từ đó ngăn chặn sự nhân lên của virus bằng cách can thiệp RNA.

Tiếp hợp (Conjugation)

Quá trình tiếp hợp xảy ra khi DNA được chuyển qua tiếp xúc trực tiếp giữa các tế bào vi khuẩn. Trong trường hợp này, một tế bào vi khuẩn tạo ra một cầu nối với một tế bào vi khuẩn khác để truyền DNA. Thông thường, tải nạp, tiếp hợp và biến nạp xảy ra giữa các vi khuẩn của cùng một loài. 

Tuy nhiên, đôi khi sự chuyển giao này có thể xảy ra giữa các loài vi khuẩn khác nhau, dẫn đến những hậu quả đáng kể, chẳng hạn như việc chuyển giao gen kháng thuốc kháng sinh. Quá trình này, gọi là chuyển gen ngang (horizontal gene transfer), phổ biến trong tự nhiên và đóng vai trò quan trọng trong sự tiến hóa và thích nghi của vi khuẩn.

Di truyền vi khuẩn là quá trình truyền đạt thông tin di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác, giúp vi khuẩn thích nghi và tồn tại trong môi trường đa dạng. Việc nghiên cứu sâu hơn về di truyền vi khuẩn sẽ mở ra những hướng đi mới trong việc phòng chống bệnh truyền nhiễm, phát triển các loại thuốc kháng sinh hiệu quả và ứng dụng công nghệ sinh học vào đời sống.