Организация генетического материала у бактерий. Генотип и фенотип

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 7Следующая ⇒

1.Ядерные структуры бактерий- хроматиновые тельца или нуклеоиды (хромосомная ДНК). У бактерий одна замкнутая кольцевидная хромосома (до 4 тысяч отдельных генов)прикрепленная к одной из мезосом.Бактериальная клетка гаплоидна(поэтому у них нет явления доминантности), а удвоение хромосомы (репликация ДНК) сопровождается делением клетки. Вегетативная репликация хромосомной (и плазмидной) ДНК обусловливает передачу генетической информации по вертикали- от родительской клетки- к дочерней. Передача генетической информации по горизонтали осуществляется различными механизмами- в результате конъюгации, трансдукции, трансформации, сексдукции.

2.Кроме хромосомы, у бактерий имеются внехромосомныегенетические элементы - плазмиды.Плазмиды- экстрахромосомный генетический материал (ДНК), более просто устроенные по сравнению с вирусами организмы, наделяющие бактерии дополнительными наследственными признаками(полезными свойствами).Плазмида может быть элиминирована (удалена) из бактерии, что не влияет на ее жизнеспособность.По молекулярной массе плазмиды значительно меньше хромосомной ДНК, содержат от 40 до 50 генов.

В настоящее время известно свыше 20 типов плазмид у бактерий. Назовем некоторые из них :

F-плазмида, фактор фертильности (лат. fertilis - плодовитый), или половой фактор, определяет способность бактерий к образованию половых ворсинок и к конъюгации, индуцируют деление.

R-плазмиды(resistance) определяют резистентность бактерий к лекарственным средствам. Передача R-плазмид от одних бактерий к другим приводит к быстрому распространению лекарственноустойчивых бактерий.

Col-плазмиды кодируют синтез колицинов (бактериоцинов)- антибактериальных веществ, вызывающих гибель других бактерий того же илиродственных видов (антагонизм). Впервые они были обнаружены у Escherichia соli,отсюда и их название - колицины. Известны бактериоцины стафилококков (стафилоцины), палочек чумы (пестицины) и других бактерий. Наличие плазмидыбактериоциногенности придает бактериям селективные преимущества в биоценозах.

Ent-плазмиды определяют продукцию энтеротоксина.

Tox- плазмиды- токсинообразование.

Н1у-плазмида - гемолитическую активность.

Близкородственные плазмиды не способны стабильно сосуществовать, что позволило объединить их по степени родства в Inc- группы (incompatibility- несовместимость).

Биологическая роль плазмид многообразна, в том числе:

- контроль генетического обмена бактерий;

- контроль синтеза факторов патогенности;

- совершенствование защиты бактерий.

Бактерии для плазмид- среда обитания, плазмиды для них- переносимые между ними дополнительные геномы с наборами генов, благоприятствующих сохранению бактерий в природе.

Дополнительными генетическими элементами являются также профаги - геномы умеренных фагов, которые, встраиваясь в хромосому бактерии, могут придавать ей определенные свойства. Например, tox-гены, кодирующие образование экзотоксинов коринебактерий дифтерии, клостридий ботулизма и др.

Понятие о генотипе и фенотипе.

Генотип- это общая сумма генов микроба. В отношении микроорганизмов "генотип" означает то же, что "геном".

Фенотип- это весь комплекс свойств микроба, проявление генотипа в определенных, конкретных условиях существования.При изменении условий существования фенотип бактерий изменяется при сохранении генотипа.

Гены, ответственные за синтез какого-то соединения, обозначают строчными буквами латинского алфавита по названию соединения, например, при наличии гена, кодирующего синтез лейцина, - ieu⁺, при отсутствии - leu^-. Гены, ответственные за резистентность к лекарственным средствам, бактериофагам, ядам, обозначают буквой г (лат. resistentia), а чувствительные - буквой s (лат. sensitiv - чувствительный). Например, чувствительность к стрептомицину обозначают str⁵, резистентность str^r. Фенотип бактерий обозначается теми же знаками, но с прописной буквы: соотвественноLeu⁺, Leir, Str¹, Str⁸.

Изменчивость микроорганизмов

Наследственность- способность сохранения постоянства специфических свойств организма на протяжении ряда поколений, то есть способность воспроизводить себе подобных.

Изменчивость- различие в свойствах между особями одного вида. Различают изменчивость наследственную и ненаследственную.

Ненаследственная или фенотипическая изменчивость (модификации) не затрагивает геном микроба, не передается по наследству. Модификации возникают в ответ на изменяющиеся условия окружающей среды. При устранении фактора, вызвавшего модификацию, изменение исчезает. Например, кишечная палочка только в присутствии лактозы продуцирует ферменты, разлагающие этот углевод. Стафилококки образуют фермент, разрушающий пенициллин, только в присутствии этого антибиотика. Примером модификаций является также образование L-форм бактерий под действием пенициллина и возврат к исходной форме после прекращения его действия.

Наследственная или генотипическая изменчивость возникает в результате изменения самого генома. Изменение генома может наступить в результате мутаций или рекомбинаций.

Мутации(лат. mutatio - изменение) - скачкообразные изменения наследственного признака Таким признаком может быть способность синтезировать какую-либо аминокислоту или резистентность к антибиотику.

По происхождению мутации могут бытьгенные (изменения одного гена) и хромосомные (изменения двух или более двух участков хромосомы, спонтанными или индуцированными.Индуцированные мутации получают в эксперименте под влиянием мутагенов: радиации, некоторых химических веществ. Спонтанные мутации возникают под влиянием естественных факторов. Частота спонтанных мутаций невелика, в среднем 1 на 10 млн. Образовавшиеся микробы называют мутантами. Если возникшая мутация выгодна для микроба и создает для него преимущества в определенных условиях среды, то мутанты выживают и дают многочисленное потомство. Если же мутация не создает преимуществ, мутанты погибают.

Мутации микроорганизмов могут иметь важное практическое значение. Получены штаммы-мутанты грибов и актиномицетов, являющиеся продуцентами антибиотиков во много раз более активных, чем исходные культуры. Из мутантов с ослабленной вирулентностью могут быть получены вакцинные штаммы для получения живых вакцин.

Диссоциациябактерий (лат. dissociatio - расщепление) - одно из проявлений мутаций. В популяции микроорганизмов появляются особи, вырастающие при посеве на плотную питательную среду в виде гладких S-форм и шероховатых R-форм колоний (англ, smooth - гладкий, rough - шероховатый). S-формы колоний - круглые, влажные, с гладкой блестящей поверхностью, с ровными краями. R-формы колоний неправильной формы, сухие, с изрезанными краями и шероховатой поверхностью.

Процесс диссоциации, то есть расщепления особей в популяции, обычно протекает в одном направлении: от S- к R-форме, иногда через промежуточные формы. У большинства видов бактерий вирулентными являются S-формы. Исключение составляют возбудители,чумы, сибирской язвы, туберкулеза.

Генетические рекомбинации- (лат. recombinatio - перестановка) у бактерий - это передача генетического материала (ДНК) от клетки-донора к клетке-реципиенту, в результате появляются рекомбинанты с новыми свойствами.

Генетические рекомбинации могут осуществляться путем трансформации, трансдукции, конъюгации, слияния протопластов

Трансформация (лат. transformatio - превращение) - передача ДНК в виде свободного растворимого вещества, выделенного из клетки донора, в клетку реципиента. При этом рекомбинация происходит, если ДНК донора и реципиента родственны друг другу, и может произойти обмен гомологичных участков своей и проникшей извне ДНК. Впервые явление трансформации открыл Ф. Гриффите в 1928 г. Он ввел мышам живой невирулентный бескап-сульныйштамм пневмококка и одновременно убитый вирулентный кап-сульный штамм пневмококка Мыши погибли, из их крови была выделена живая культура вирулентного капсульного пневмококка Сам Гриффите считал, что трансформация произошла путем поглощения невирулентным пневмококком капсульного вещества вирулентного штамма Позже, в 1944 г О Эвери, К Мак Леод и М Мак-Карти доказали, что трансформирующее вещество - это ДНК, которая является носителем генетической информации Гак впервые была доказана роль ДНК как материального субстрата наследственности

Трансдукция(лат transductio - перенос) - передача ДНК от бактерии-донора к бактерии-реципиенту с помощью бактериофагаРазличают неспецифическую трансдукцию, специфическую и абортивную

При неспецифической трансдукции может быть перенесен любой фрагмент ДНК донора При этом ДНК донора попадает в головку бактериофага, не включаясь в его геном Принесенный бактериофагом фрагмент ДНК донора может включиться в хромосому реципиента. Таким образом, бактериофаг в этом случае является только переносчиком ДНК, сама фаговая ДНК не участвует в образовании рекомбинанта.

При специфической трансдукции гены хромосомы донора замещают собою некторые гены бактериофага В клетке реципиента фаговая ДНК вместе с фрагментом хромосомы донора включается в строго определенные участки хромосомы реципиента в виде профага Реципиент становится лизогенным и приобретает новые свойства.

Трансдукция называется абортивной, если фрагмент ДНК, принесенный бактериофагом, не вступает в рекомбинацию с хромосомой реципиента, а остается в цитоплазме и может кодировать синтез какого-то вещества, но не реплцируется при делении, передается только одной из двух дочерних клеток и затем утрачивается.

Конъюгация (лат. conjugatio - соединение) - это переход ДНК из клетки-донора ("мужской") в клетку-реципиент ("женскую") через половые пили при контакте клеток между собой. Донором является "мужская" клетка (F⁺-клетка), она содержит F-фактор - половой фактор, который кодирует образование половых пилей. Клетки, не содержащие F-фактора (F^--клетки), являются женскими. При конъюгации клетки-доноры соединяются с клетками-реципиентами с помощью F-пилей, через которые происходит переход ДНК. Если клетка-реципиент получает F-фактор, она становится "мужской" F⁺-клеткой.

Если F-фактор включен в хромосому, то бактерии способны передавать фрагменты хромосомы и называются Hfr-клетками (англ, highfrequency of recombination - высокая частота рекомбинации). При конъюгации хромосома разрывается в месте нахождения F-фактора и реплицируется, причем одна нить ДНК передается в клетку реципиента, а копия остается в клетке донора. F-фактор включается в хромосому в определенном ее участке, поэтому перенос отдельных генов хромосомы совершается в строго определенное время. Таким образом, прерывая процесс конъюгации через разные промежутки времени путем встряхивания взвеси бактерий, можно выяснить, какие признаки передаются за это время. Это позволяет построить карту хромосомы, то есть последовательность расположения генов в хромосоме. Перенос всей хромосомы может длиться до 100 минут. F-фактор при этом переносится последним.

Особенности генетики вирусов

Модификации.Ненаследуемые изменения у многих вирусов происходят в результате включения в состав их внешней оболочки липидов и углеводов клеток хозяина, в которых вирус репродуцируется.

Мутации.Спонтанные мутации возникают в результате ошибок при репликации генома вируса. Индуцированные мутации происходят под действием мутагенов. Одни из них (азотистая кислота) влияют на внеклеточный вирион, другие (акридин, аналоги азотистых оснований) - на процесс репликации вирусной нуклеиновой кислоты в клетке. Мутанты отличаются от исходных вирусов по строению и величине бляшек, которые они образуют в культуре клеток, по антигенам, по чувствительности к температуре.

Рекомбинации.При одновременном паразитировании двух вирусов в одной клетке хозяина возможен обмен генетическим материалом между ними. В результате генетической рекомбинации происходит обмен участками HK между разными вирусами, и образуются рекомбинанты, обладающие генами двух исходных вирусов. Вирус гриппа имеет геном, состоящий из восьми фрагментов РНК. При одновременной репродукции в одной клетке двух разных вирусов гриппа между ними может происходить обмен генами. Образовавшинесярекомбинанты будут представлять собой новый тип вируса гриппа.

При одновременном паразитировании двух видов вируса в одной клетке в момент формирования зрелых вирионов возможно фенотипическое смешивание, когда геном одного вируса одевается капсидом другого вируса (феномен транскапсидации). Так, например, известны случаи, когда геном вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) оказывается включенным в белковый капсид другого вируса. В результате такой вирус приобретает способность поражать такие виды клеток, которые были нечувствительны к исходному вирусу.

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 3701; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!