Файл: Организация генетического материала у бактерии. Стабильность и изменчивость бактериального генома.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.11.2023
Просмотров: 85
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство здравоохранения Российской Федерации
Негосударственное образовательное частное учреждение высшего образования «Московский финансово-промышленный университет «Синергия»
Медицинский факультет
Кафедра: Медико – биологических дисциплин
Дисциплина: Микробиология, вирусология
Доклад
на тему: Организация генетического материала у бактерий. Стабильность и изменчивость бактериального генома.
Выполнила:
Студент группы: ДСЛД – 202
Шарипова Сабрина А.
Проверил: Игорь Михайлович Б.
Москва – 2023 г.
Содержание
Введение…………………………………………………………………………...3
-
Организация генетического материала у бактерий. Генотип и фенотип........................................................................................................3 -
Изменчивость микроорганизмов…………………………...……………5 -
Генетическая рекомбинация………………………………………...…...7 -
Особенности генетики вирусов……………………………………...…..9 -
Практическая значимость изучения генетики микробов……………10
Заключение……………………………………………………………………….13
Список литературы………………………………………………………………14
Введение
Данная работа посвящена генетике микроорганизмов. На данном этапе многие апекты данного вопроса уже хорошо рассмотренны и изучены, что позволяет справиться с большинством проблем, связанных с генетикой микроорганизмов. Рассмотрение данного вопроса необходимо т.к. при выведении микроорганизмов в лабораториях необходимо знать все особенности генетики микроорганизмов, чтобы вывести микроорганизм с нужными свойствами. Поэтому целью данной работы является подробное рассмотрение генетики микроорганизмов.
Организация генетического материала у бактерий. Генотип и фенотип
Основой материальной наследственности бактерий является ДНК. По сравнению с эукариотическим геном бактериальный ген проще - это молекула ДНК, заключенная в кольцо, прикрепленое к одной из мезосом. В отличие от парных хромосом эукариот, бактерии имеют одну хромосому, то есть гаплоидный набор генов, поэтому у них нет доминирующего явления.
Помимо хромосомы, бактерии имеют внехромосомные генетические элементы - плазмиды. Это молекулы ДНК, которые либо находятся вне хромосомы, в автономном состоянии, в форме колец, прикрепленных к мезосомам, либо встроены в хромосому (интегрированное состояние). Плазмиды дают бактериям дополнительные наследственные признаки, но они не обязательны. Плазмида может быть удалена (элиминирована) из бактерии, что не влияет на ее жизнеспособность.
Наследственная информация бактерий хранится в ДНК, которая в прокариотической клетке является циркулярно замкнутой, двух цепочечной, суперспирализованной и представлена двумя типами молекул: большая - нуклеоид, где закодированы жизненно важные признаки, и малые – в нехромосомные факторы наследственности (плазмиды, транспозоны, IS-последовательности, и умеренные бактериофаги), в которых закодированы дополнительные признаки.
В нехромосомные факторы наследственности и их встраивание их в нуклеоид
Плазмиды могут, подобно нуклеоиду, самореплицироваться и поэтому относятся к автономным факторам наследственности (в отличие от остальных - неавтономных, которые способны реплицироваться лишь в составе нуклеоида или плазмиды), кроме того, плазмиды, как и умеренные фаги, могут встраиваться в нуклеоид только в гомологичных участках, в отличие от транспозонов и IS-последовательностей, способных встраиваться в нуклеоид в любых его участках.
В настоящее время известно более 20 видов плазмид в бактериях. Некоторые из них:
F-плазмида, фактор фертильности (лат. Fertilis - плодовитый) или половой фактор, определяет способность бактерий образовывать половые ворсинки и конъюгировать.
R-плазмиды определяют устойчивость бактерий к лекарствам. Перенос R плазмид из одной бактерии в другую приводит к быстрому распространению устойчивых к лекарствам бактерий.
Col плазмиды кодируют синтез бактериоцинов, антибактериальных веществ, которые вызывают гибель других бактерий того же или родственного вида. Впервые они были обнаружены в Escherichia coH, отсюда и их название - колицины. Известны бактериоцины стафилококков (стафилоцины), чумные палочки (пестицины) и другие бактерии. Наличие бактериоциногенной плазмиды дает бактериям селективные преимущества в биоценозах. Это может быть положительным для человеческого организма, если колицины кишечной палочки вредны для патогенных энтеробактерий, и отрицательным, если бактериоцины продуцируются патогенными микробами.
Ent-плазмиды определяют выработку энтеротоксина. H1y плазмида - гемолитическая активность.
Дополнительными генетическими элементами являются также профаги - геномы умеренных фагов, которые при интеграции в хромосому бактерии могут придавать ей определенные свойства. Например, токсины, кодирующие образование экзотоксинов коринебактерий, дифтерии, клостридий, ботулизма и т. д.
Генотип - это общее количество микробных генов. Для микроорганизмов «генотип» означает то же самое, что и «геном».
Фенотип представляет собой целый комплекс микробных свойств, проявление генотипа в определенных, специфических условиях существования.
Генотип - это потенциальная способность клетки, а фенотип - их явное проявление.
Гены, ответственные за синтез соединения, обозначены строчными латинскими буквами в соответствии с названием соединения, например, в присутствии гена, кодирующего синтез лейцина, ieu +, в отсутствие - leu-. Гены, ответственные за устойчивость к лекарствам, бактериофагам, ядам, обозначены буквой g (лат. Resistentia) и чувствительны к букве s (лат. Sensitiv - чувствительны). Например, чувствительность к стрептомицину обозначена как str5, резистентность strr. Фенотип бактерий обозначен теми же знаками, но заглавными буквами: Leu +, Leir, Str1, Str8 соответственно.
Изменчивость микроорганизмов
Наследственность - это способность сохранять постоянство специфических свойств организма на протяжении нескольких поколений, то есть способность воспроизводить себе подобных.
Изменчивость - это разница в свойствах между особями одного и того же вида. Различают наследственную и ненаследственную изменчивость.
Ненаследственная или фенотипическая изменчивость (модификации) не влияет на геном микроба, не наследуется. Модификации происходят в ответ на изменение условий окружающей среды. Когда фактор, вызывающий изменение, устраняется, изменение исчезает. Например, кишечная палочка только в присутствии лактозы продуцирует ферменты, которые расщепляют этот углевод. Стафилококки образуют фермент, который разрушает пенициллин только в присутствии этого антибиотика. Примером модификаций является образование L-форм бактерий под действием пенициллина и возврат к его первоначальной форме после прекращения его действия.
Наследственные или генотипические изменения возникают в результате изменений в самом геноме. Изменение генома может происходить в результате мутаций или рекомбинаций.
Мутации (лат. Mutatio - изменение) - это изменение последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК, которое приводит к появлению или утрате признака. Этим признаком может быть способность синтезировать какую-либо аминокислоту или резистентность к антибиотику.
Мутации могут быть спонтанными или индуцированными по происхождению. Индуцированные мутации были получены экспериментально под воздействием мутагенов: радиации, некоторых химических веществ. Спонтанные мутации возникают под влиянием естественных факторов. Частота спонтанных мутаций невелика, в среднем 1 на 10 миллионов.
Образовавшиеся микробы называются мутантами. Если получающаяся мутация полезна для микроба и создает преимущества для него в определенных условиях окружающей среды, то мутанты выживают и дают начало многим потомствам. Если мутация не создает выгоды, мутанты погибают.
Мутации микроорганизмов могут иметь большое практическое значение. Были получены мутантные штаммы грибов и актиномицетов, которые являются продуцентами антибиотиков во много раз более активными, чем исходные культуры. Штаммы вакцин могут быть получены от мутантов с пониженной вирулентностью для получения живых вакцин.
Диссоциация бактерий (лат. Dissociatio - расщепление) является одним из проявлений мутаций. В популяции микроорганизмов появляются особи, которые растут при высеве на твердую питательную среду в виде гладких S-форм и шероховатых R-форм колоний (англ, smooth - гладкий, rough - шероховатый). S-образные колонии округлые, влажные, с гладкой блестящей поверхностью, с ровными краями. R-образные колонии неправильной формы, сухие, с неровными краями и шероховатой поверхностью.
Процесс диссоциации, то есть расщепления особей в популяции, обычно протекает в одном направлении: от S- до R-формы, иногда через промежуточные формы. У большинства видов бактерий S-формы вирулентны. Исключение составляют возбудители, чума, сибирская язва, туберкулез.
Генетическая рекомбинация
Генетическая рекомбинация - (лат. recombinatio - перестановка) в бактериях - это передача генетического материала (ДНК) из донорской клетки в реципиентную клетку, в результате чего рекомбинанты приобретают новые свойства.
Известны три типа генетической рекомбинации: трансформация, трансдукция, конъюгация.
Трансформация (лат. Transformatio - трансформация) - перенос ДНК в виде свободного растворимого материала, высвобождаемого из донорской клетки в клетку реципиента. В этом случае рекомбинация происходит, если ДНК донора и реципиента связаны друг с другом, и может происходить обмен их собственными гомологичными областями и ДНК, проникшей извне. Феномен трансформации был впервые обнаружен Ф. Гриффите в 1928 году. Он представил живого, а не вирулентного бескрылого штамм пневмококковой борозды и одновременно убитый штамм вирулентной пневмококковой капсулы. Мыши погибли, и из их крови была выделена живая культура вирулентного капсульного пневмококка. Сам Гриффите полагал, что трансформация произошла благодаря поглощения невирулентным пневмококком капсульного вещества вирулентного штамма. Позже в 1944 г. Мистер О. Эйвери К. Мак Леод и М. Мак-Карти доказали, что трансформирующим веществом является ДНК, которая является носителем генетической информации. Крючок был первым, кто доказал роль ДНК как материального субстрата.
Трансдукция (лат transductio - перенос) - перенос ДНК от донорской бактерии к реципиентной бактерии с использованием бактериофага. Неспецифическая трансдукция, специфическая и абортивная, варьирует.
При неспецифической трансдукции любой донорский фрагмент ДНК может быть перенесен. В этом случае донорская ДНК попадает в головку бактериофага без проникновения в его геном. Фрагмент донорской ДНК, доставляемый бактериофагом, может быть включен в хромосому реципиента. Таким образом, бактериофаг в этом случае является только носителем ДНК, сама ДНК фага не участвует в образовании рекомбинантных.
В случае специфической трансдукции гены донорной хромосомы заменяют некоторые гены бактериофага. В клетке реципиента фаговая ДНК вместе с фрагментом донорной хромосомы включается в строго определенные области хромосомы реципиента в виде профага. Получатель становится лизогенным и приобретает новые свойства
Трансдукция называется абортивной, если фрагмент ДНК, введенный бактериофагом, не рекомбинирует с хромосомой реципиента, но остается в цитоплазме и может кодировать синтез некоторого вещества, но не реплицируется во время деления, передается только одной из двух дочерних клеток, а потом утрачивается.
Конъюгация (лат. Conjugatio - соединение) - это переход ДНК от донорской клетки («мужской») к реципиенту («женской») через половые пили, когда клетки вступают в контакт друг с другом. Донором является «мужская» клетка (F + клетка), в ней содержится F-фактор - половой фактор, кодирующий формирование сексуального пьянства. Клетки, которые не содержат F-фактор (F-клетки), являются женскими. Во время конъюгации донорские клетки связываются с реципиентными клетками через F-пили, через которые происходят переходы ДНК. Если ячейка получателя получает фактор F, она становится «мужской» F + клеткой.
Если фактор F включен в хромосому, то бактерии способны переносить фрагменты хромосомы и называются клетками Hfr (англ, high frequency of recombination - высокая частота рекомбинации). Во время конъюгации хромосома разрывается в месте расположения F-фактора и реплицируется, кроме того, одна нить ДНК переносится в клетку-реципиент, а копия остается в донорской клетке. Фактор F включен в хромосому в определенном разделе, поэтому передача отдельных генов хромосомы завершается в строго определенное время. Таким образом, прерывая процесс конъюгации через разные промежутки времени путем встряхивания суспензии бактерий, мы можем выяснить, какие символы передаются за это время. Это позволяет построить карту хромосомы, то есть последовательность расположения генов в хромосоме. Перенос всей хромосомы может длиться до 100 минут. Коэффициент F передается последним.