การเปลี่ยนแปลงแบคทีเรีย
การเปลี่ยนแปลงแบคทีเรียคือการที่เซลล์แบคทีเรียรับดีเอ็นเอจากภายนอก ในธรรมชาติเป็นเส้นทางหนึ่งของการถ่ายโอนยีนแนวนอน ส่วนในห้องปฏิบัติการเป็นวิธีมาตรฐานในการใส่พลาสมิดหรือดีเอ็นเอรีคอมบิแนนต์เข้าไปในแบคทีเรียคอมพีเทนต์เพื่อการโคลน การแสดงออก และการวิเคราะห์
การเปลี่ยนแปลงแบคทีเรียคืออะไร
การเปลี่ยนแปลงแบคทีเรียเป็นกระบวนการที่เซลล์แบคทีเรียรับดีเอ็นเอจากสภาพแวดล้อมรอบตัว ดีเอ็นเอนั้นอาจเป็นพลาสมิดหรือชิ้นส่วนของดีเอ็นเอโครโมโซม หากดีเอ็นเอถูกคงไว้ รวมเข้ากับจีโนม หรือแสดงออก มันอาจเปลี่ยนลักษณะของเซลล์ได้
การเปลี่ยนแปลงตามธรรมชาติ
แบคทีเรียบางชนิดเข้าสู่ภาวะคอมพีเทนต์ตามธรรมชาติ และสามารถจับ นำเข้า และบางครั้งรวมดีเอ็นเอภายนอกเข้ากับจีโนมได้ การเปลี่ยนแปลงตามธรรมชาติเป็นรูปแบบหนึ่งของการถ่ายโอนยีนแนวนอน เคียงข้างคอนจูเกชันและทรานส์ดักชัน กระบวนการนี้ช่วยให้แบคทีเรียได้รับความหลากหลายที่เป็นประโยชน์จากสิ่งแวดล้อม
ความสามารถรับดีเอ็นเอแบบประดิษฐ์
สายพันธุ์แบคทีเรียในห้องปฏิบัติการจำนวนมากไม่รับพลาสมิดได้ดีหากไม่มีการเตรียม นักวิจัยทำให้เซลล์คอมพีเทนต์แบบประดิษฐ์ด้วยวิธีเคมี การช็อกความร้อน หรืออิเล็กโทรโพเรชัน การปฏิบัติเหล่านี้ทำให้ดีเอ็นเอเข้าสู่เซลล์ได้ชั่วคราวมากขึ้น แต่ไม่ได้เป็นเรื่องราวชีววิทยาทั้งหมดของภาวะคอมพีเทนต์ตามธรรมชาติ
การเปลี่ยนแปลงด้วยพลาสมิด
ในการโคลน คำว่าการเปลี่ยนแปลงมักหมายถึงการใส่พลาสมิดเข้าไปในแบคทีเรีย พลาสมิดอาจมีจุดเริ่มต้นการจำลอง ยีนเครื่องหมายคัดเลือก และลำดับดีเอ็นเอที่แทรกไว้ หากพลาสมิดถูกคงไว้ เซลล์สามารถคัดลอกมันไปพร้อมกับการเติบโตและแบ่งตัว
ฮีตช็อกและอิเล็กโทรโพเรชัน
การเปลี่ยนแปลงแบบเคมีมักใช้เซลล์คอมพีเทนต์ที่ผ่านการเตรียมด้วยแคลเซียมและการช็อกความร้อนสั้น ๆ อิเล็กโทรโพเรชันใช้พัลส์ไฟฟ้าสั้นเพื่อช่วยให้ดีเอ็นเอเข้าสู่เซลล์ ทั้งสองวิธีต้องมีช่วงฟื้นตัวอย่างระมัดระวังหลังจากนั้น เพราะการเปลี่ยนแปลงทำให้เซลล์เครียด และโดยทั่วไปมีเพียงส่วนน้อยเท่านั้นที่เปลี่ยนแปลงสำเร็จ
การคัดเลือก
หลังการเปลี่ยนแปลง มักนำเซลล์ไปเพาะบนอาหารเลี้ยงเชื้อที่มียาปฏิชีวนะหรือเงื่อนไขคัดเลือกอื่น เฉพาะเซลล์ที่มีเครื่องหมายพลาสมิดเหมาะสมจึงควรเจริญได้ดี แต่การคัดเลือกไม่ได้พิสูจน์ว่าชิ้นดีเอ็นเอที่แทรกถูกต้อง นักวิจัยจึงมักตรวจคัดกรองโคโลนีด้วย PCR การตัดด้วยเอนไซม์จำกัด การจัดลำดับ หรือการทดสอบการแสดงออก
ประสิทธิภาพการเปลี่ยนแปลง
ประสิทธิภาพการเปลี่ยนแปลงวัดว่ามีโคโลนีที่เปลี่ยนแปลงสำเร็จกี่โคโลนีต่อปริมาณดีเอ็นเอ ปัจจัยที่มีผลรวมถึงสายพันธุ์เซลล์ คุณภาพดีเอ็นเอ ขนาดพลาสมิด วิธีการ เงื่อนไขการฟื้นตัว และการจัดการตัวอย่าง ประสิทธิภาพสูงสำคัญเมื่อสร้างไลบรารีหรือใช้ดีเอ็นเอที่มีปริมาณจำกัด
การค้นพบและพันธุศาสตร์
การศึกษาการเปลี่ยนแปลงแบคทีเรียช่วยพิสูจน์ว่าดีเอ็นเอเป็นสารพันธุกรรม การทดลองกับแบคทีเรียนิวโมคอคคัสแสดงให้เห็นว่าลักษณะที่ถ่ายทอดได้สามารถถูกส่งต่อด้วยสารชนิดหนึ่ง ซึ่งภายหลังระบุว่าเป็นดีเอ็นเอ ประวัตินี้เชื่อมการเปลี่ยนแปลงแบคทีเรียเข้ากับรากฐานของพันธุศาสตร์ระดับโมเลกุล
ทำไมมันถึงสำคัญ
การเปลี่ยนแปลงแบคทีเรียเชื่อมการแลกเปลี่ยนยีนตามธรรมชาติเข้ากับเทคโนโลยีชีวภาพสมัยใหม่ มันช่วยให้นักวิจัยกู้คืนพลาสมิดรีคอมบิแนนต์ โคลนยีน สร้างไลบรารีดีเอ็นเอ แสดงออกโปรตีน ทดสอบวงจรพันธุกรรม และศึกษาว่าแบคทีเรียได้ลักษณะใหม่ เช่น การดื้อยาปฏิชีวนะ ได้อย่างไร