Файл: мед.микробиология 1 часть каз.doc

Патогенділік факторларының синтезін детерменттейтін плазмидалар қазіргі кезде адамдардың жұқпалы ауруларының қоздырғыштары болып табылатын көптеген бактерияларда табылып отыр. Шигеллездердің, иерсиниоздардың, оба, күйдіргі, иксодтық борреллиоздардың, ішектік эшерихиоздардың қоздырғыштарының патогенділігі оларда патогенділік плазмидалардың болуымен байланысты. Бұл топтың плазмидаларының біріншілері Ent – плазмида, ол энтеротоксинің синтезделуін анықтайды, және Hly - плазмида E. сoli - де гемолизиннің синтезін детерменттейді.

Кейбір бактериялардың жасушаларында басқа бактерияларға бактериоцидті заттардың синтезін детерменттейтін плазмидалары болады. Мысалы E. сoli - де колициннің синтезін анықтайтын Col – плазмида бар, оның колиформды бактерияларға бактериоцидті әері бар. Бұндай плазмидалары бар бактериялар экологиялық қуыстарда (нишаларда) орнығуында маңызды болады.

Плазмидаларды адамның практикалық қызметінде, көбінесе гендік инженерияда, биологиялық белсенді заттарды көп мөлшерде өндіретін арнайы рекомбинантты бактерия штаммдарын конструкциялағанда кеңінен қолданады.

4.1.3. Қозғалғыш генетикалық элементтер.

Бактерия хромосомасы мен плазмидаларындағы сияқты бактерия геномының құрамына қозғалғыш генетикалық элементтер кіреді. Қозғалғыш генетикалық элементтерге тіркелген тіркестіктер және транспозондар жатады.

Тіркелген тіркестіктер IS - тіркестер (insertion seguences - ағылшын) - репликонның бір аймағынан екіншісіне толық немесе репликондар арасында ауысатын ДНҚ аймағы. IS – элементтердің мөлшері ~ 1000 н.п. IS – элементердің ерекше қасиеттері - тіркелген тіркестіктердің ұштарында инвертирленген қайталамалары болады. Бұл инвертирленген қайталамаларды транспозаза ферменті танида. Транспозаза қозғалғыш элементтің екі жағында орналасқан ДНҚ тізбегінің бір тізбекті үзілістерін қамтамасыз етеді. IS – элементтердің нағыз көшірмелері бастапқы орнында қалады, ал оның репликацияланған көшірмесі жаңа аймаққа тіркеледі.

Қозғалғыш генетикалық элементтердің тіркелуін репликативті немесе заңсыз рекомбинация деп атайды. Бірақта бактерия хромосомасы мен плазмидаларынан айырмашылығы - қозғалғыш генетикалық элементтер өзінше репликон бола алмайды, себебі олардың репликациясы ДНҚ репликонының репликациясының құрлымдық элементі, олар соның құрамында болады. IS – элементтердің бірнеше түрлері бар, олар мөлшерімен, типімен, инвертирленуінің қайталануларына байланысты бөлінеді.

Транспозондар - олар IS – элементтер сияқты қасиеттерге ие ДНҚ – ның сегменттері, бірақ құрылымдық гендері бар, яғни арнайы биологиялық қасиеттері бар молекулалардың синтезін қамтамасыз етеді. Мысалы улылық немесе антибиотиктерге тұрақтылықты қамтамасыз етеді.

Репликондар немесе репликондар арасына ене отырып қозғалғыш генетикалық элементтер туғызады:

1.Олар тіркескен ДНҚ - ның сол аймақтарында гендердің инактивациясын.

2.Генетикалық материалдың зақымдануын.

3.Репликондардың жанасуын, яғни плазмиданың хромосомаға тіркесуін.

4.Бактерия популяциясына гендердің таралуына, ол популяцияның биологиялық қасиеттерінің өзгеруіне, инфекциялық аурулардың қоздырғыштарының өзгеруіне, сонымен бірге микробтар арасындағы эволюциялық процестерге әкеледі.

Бактерия геномының , сонымен бірге бактериялардың қасиеттерінің өзгеруі - мутацияның және рекомбинацияның салдарынан болады.

4.1.4. Мутациялар.

Мутациялар ДНҚ – ның құрлымдық өзгерісі, ол тұқым қуалаушылық қасиеттерінің (нақты бір қасиетінің) өзгеруімен сипатталады.

Мутацияларды шығу тегіне, ДНҚ – ның біріншілік құрлымдық өзгерістеріне, мутацияға ұшыраған бактерия жасушасының фенотиптік өзгерістеріне және басқа да қасиеттеріне қарап жіктеуге болады.

Шығу тегіне байланысты мутацияларды спонтанды және индуцирленген деп бөлуге болады. Біріншісі табиғи немесе спонтанды құбылыс,оның айқындылық дәрежесі мутацияның түріне және микроб популяциясының түріне байланысты болады. Олар әр түрлі себептер мен жағдайлардың әсерінен in vivo - және in vitro – микроб популяцияларынан көрінеді (адам организмінің табиғи биотоптарында), мысалы, репродукцияланатын ферменттердің немесе ДНҚ – ның репликациясы кезіндегі ДНҚ- полимеразаның жұмыстарында қателіктер кеткен жағдайда. Мутациялар синтезделіп жатқан ұрпақтық (дочерная) тізбектің бір азоттық негізінің орнына басқа ата - аналық тізбектегі комплементсіз негіз қате тіркескенде пайда болады, мысалы адениннің орнына комплементті тимин, гуанин немесе цитозин тіркеседі.

Табиғи фонның өзгеру себебі инсертациялық мутацияларға (ағылшынша insertion - жалғау) байланысты болуы мүмкін, олар микроб жасушасының хромосомасына Is – тіркестіктер, транспозондар және плазмидалар тізбектелгенде түзіледі. Бұл кезде мутация фенотипі олардың интеграциялану орнына байланысты болады: егер олар промоторға жақын түзілсе, реттеуші гендердің қызыметі бұзылады, ал құрлымдық генге жақын түзілсе - кодталып қойған өнімнің синтезі бұзылады. Бактерияларда мутатор – гендер бар болса мутация жиілігі 100 немесе одан да жоғары болады.

Индуцирленген мутациялар тәжірибе кезінде белгілі бір мутагендермен әсер ету арқылы болатын құбылыстар.

Мутациялаушы гендердің санына байланысты гендік және хромосомалық мутацияларды ажыратады. Біріншілері бір генде ғана өзгеріс енгізеді және нүктелік деп аталады, ал екіншілері бірнеше генге әсер етеді.

Нүктелік мутациялар ДНҚ- да қос азоттық негіздердің алмасуы мен тіркесуі түрінде көрінеді, олар бір кодонның өзгеруіне әкеледі, нәтижесінде бір аминқышқылының орнына басқа, бірде –бір амин қышқылын кодтай алмайтын, бос кодон түзіледі. Соңғысын нонсенс мутациялар деп атайды.

Азоттық негіздердің бір жұбының тіркесуі немесе түсіп қалуы арқылы жүретін мутация түрі басқа да барлық кодондардың өзгеруіне әкеледі. Бұндай мутациялар оқылудың жылжуы деп аталады. Олар бір генге де әсер етуі мүмкін.

Нүктелік мутациясы бар микроорганизмнің бір генінде, тағы осы генде екіншілік мутация пайда болуы мүмкін, нәтижесінде жабайы фенотипі қалпына келеді. Бұндай мутанттық фенотиптің пайда болуына әкелген біріншілік мутацияны - төте, ал қайтадан жабайы фенотиптік қайтымдылық мутация түзген түрін қайтымды (кері) деп атайды. Бұндай жағдай, тікелей мутациялық өзгеріс бірінші мутацияланған геннің қос негіздері қарапайым ауысқан жағдайда болуы мүмкін. Тікелей мутация қос тізбек АТ – ның ГЦ – ға ауысуының нәтижесінде, ал кері мутация ГЦ – жұбының АТ- ға ауысуына байланысты. Табиғи реверсия кезінде фенотип қана емес, генотип те қалпына келеді. Фенотипті қалпына келтіру супрессияға да байланысты болуы мүмкін, яғни мутантты фенотип басылады, ол мутациялық өзгерістердің себептерін жойған кезде көрінеді. Мысалы, егер бірінші мутация кезінде геннің ДНҚ -ның бір бөлігіне нуклеотид жұбы тіркессе немесе түсіп қалса, ал басқасында мутация керісінше болса (түсіп қалса немесе тіркессе), онда информацияны дұрыс оқу қалпына келеді. Бұндай супрессия түрі екіншілік деп аталады.

Геннен тыс супрессия кезінде біріншілік мутациялық өзгерістердің айқындығын басатын екіншілік мутациялар супрессорлық – гендерде локализацияланады, олар тасымалдаушы РНҚ (тРНҚ) синтезін кодтайды. Бұндай мутациялар тРНҚ – ның өзгеруіне әкелуі мүмкін, нәтижесінде синтезделетін полипептидке қажетті аминқышқылы жеткізіледі. Бұл кезде генотип емес, фенотип қалпына келеді.

Хромосомалық мутациялар ДНҚ – ның жеке фрагменттерінде ірі өзгерістердің болуымен сипатталады. Олар нуклеотидтердің шамалы немесе көп бөлігінің түсіп қалуы (делеция), немесе ДНҚ – ның бір бөлігінің 180ә -қа бұралуы (инверсия), немесе ДНҚ – ның қандайда – бір бөлігінің қайталануы (дупликация) салдарынан болады. Хромосомалық мутациялардың түзілу механизмінің біріне Is – тіркестердің және транспозондардың ДНҚ – ның бір бөлігінен келесісіне, немесе репликоннан репликонға (хромосомадан плазмидаға немесе керісінше) көшуімен байланысты.

Нәтижесінде мутация түзіледі, себебі транспозондық элемент қосылған кезде геннің қызыметі бұзылады.Көшу кезінде олар гендік материалдың делециясын немесе инверсиясын, ал ДНҚ – ның жаңа бөліміне қосылғанда 6 – 9 жұп нуклеотидтер жұбының дупликациясын туғызуы мүмкін.

Фенотиптік өзгерістеріне байланысты мутацияны бейтарапты, шартты – летальді, летальді деп бөледі. Бейтарапты мутациялар қандайда бір қасиеттерінің фенотиптік өзгерістерімен көрінбейді, себебі олар синтезделетін ферменттердің белсенділік қасиеттеріне әсер етпейді.

Өзгеріске әкелсе, бірақ ферменттің белсенділік қасиетін жоғалтпаса оларды шартты – летальді деп атайды. Қоршаған орта жағдайларына байланысты микроорганизмдер өз тіршіліктерін сақтап қалуы мүмкін немесе керісінше жойылады.Мысалы, ts – мутант бактериялар (температураға сезімтал) 37әС – та ферменттерді синтездеу қабілеттіліктерін сақтайды, ал 42әС – та бұл қасиеттерін жояды. Сондай - ақ, жабайы бактериялардың типтерінде сәйкес ферменттер екі температурада да белсенді келеді.

Летальді мутациялар бактерия жасушасының маңызды ферментті синтездеу қабілетінің толық жойылуымен сипаталады. Көбінде бұндай мутациялар гендердің топтарын қоршап алған үлкен делециялар кезінде немесе хромосомалық мутацияның басқа түрлерінде кездесуі мүмкін. Сонымен оларға гендерінде ДНҚ – полимераза синтезі туралы информацияны алып жүретін мутациялар жатады.

Мутациялар фенотипінде морфологиялық және биохимиялық қасиеттерінің жойылуы немесе өзгеруі түрінде көрінеді, мысалы: талшықтарын, кірпікшелерін, капсулаларын, жасуша қабықтарын; қандай – да бір көмір суларды ферменттеу, белгілі – бір аминқышқылдарын, витаминдерді басқа да байланыстарды синтездеу қасиеттері, дәрілік немесе дезинфекциялық заттарға және т.б. тұрақтылықтың қалыптасуы.

Белгілі – бір аминқышқылдарына , азоттық негіздерге, өсу факторларына тәуелді мутанттар - ауксотрофтылар деп аталады. Олар өсу қабілетін тек, сондай жетіспейтін фермент қосылған дайын қоректік ортада толықтырылған жағдайда ғана сақтайды.

Микроорганизмнің қандайда бір фенотиптік қасиеттерінің өзгеруін модификация деп атайды.Мутациядан ерекшелігі олар геноммен бақыланып отырса да ДНҚ – лық құрылымы біріншілік өзгерістерге ұшырап, жойылып кетпейді.

Модификациялар жеке микроб жасушасының немесе жалпы популяцияның өзгеріске ұшыраған қоршаған ортаға жауабы болып табылатын адаптациялық реакциясы ретінде көрінеді. Бұндай өзгеріс түрі микроб популяцияларының қоршаған ортаға тез үйреніп, сол жағдайда өз тіршілігін сақтап қалуларына мүмкіндік береді.

Модификациялар морфологиялық, биохимиялық және басқа да модификациялық құбылысты сақтау қажет болмағанда оларды туғызатын факторлардың әсерін жою арқылы бастапқы фенотипіне орала алу қасиеттерімен көрінеді.

Модификацияның биохимиялық негізін индуцибельді ферменттердің синтезі құрайды, ал олар реттеуші гендермен бақыланатын сәйкес құрылымдық гендердің индукциясы және реперессиясымен аяқталады. Мысалы, ішек таяқшасы лактоза болған жағдайда ғана оны ферменттеуге қажетті ферменттерді синтездей алады. Стафилококтар тек пенициллин болғанда ғана сол антибиотикті бұзатын ферментті синтездей алады.

Модификацияларға кейбір микроорганизмдердің «үнсіз» гендерінің қосындыларын (өзгермеген) жатқызуға болады, себебі жұқпалы аурулар кезінде олардың антигендері алмасады.Сонымен бірге модификацияларға бағдарламаланған гендік ақпараттардың өзгеруін де жатқызуға болады, ол геннің хромосомаға миграцияланып (көшуі), әр түрлі жиілікте белгілі бір локустарға тіркесіп, нәтижесінде қасиеттерінің өзгеруімен сипатталады. Генді қалпына келтіру механизмі де болады, ол кезде өз қасиеттерін қайта қалпына келтіреді. Бұндай модификация түрлеріне гонококтардың, мерез трепонемасының, қайталама сүзек боррелияларының, тырысқақ вибрионының антигендік құрлысындағы өзгерістер жатқызылады.

Модификациялар антибиотиктермен, мысалы пенициллинмен тікелей әсер еткенде пайда болуы мүмкін. Соның салдарынан түзілген, жасуша қабығын жоғалтқан L – пішінді бактериялар иесінің жасушасының ішінде сақталып қана қоймай, көбейіп, пенициллиннің әсері тоқтатылған жағдайда қайта қалпына келе алады. Көптеген бактерияларды антисептиктердің суббактериостатикалық концентрациясы бар қоректік ортасында өсіргенде олар модификацияға ұшырап, морфологиялық және басқа да қасиеттерін өзгертуі мүмкін.

R – S – диссоциациялар.Өзгергіштіктің бір түрі бактериялардың R – S – диссоциациялары болып табылады. Олар бактерия жасушасының бір – бірінен тығыз қоректік ортада түзген колонияларының сипатына байланысты ерекшеленетін өзгергіштік. R – колониялардың айнала шеті бұдыр, ал S – колониялардың айналасы тегіс болып келеді. Колониясының өзгеруімен қатар микроорганизмнің басқа да қасиеттері өзгеруі мүмкін.

4.1.5. Бактериялардың рекомбинациясы

Генетикалық рекомбинация - екі геном арасындағы, яғни рекомбинант ДНҚ түзілуіне, екі ата - ананың да гендеріне сай бүршіктік геномның түзілуіне әкелетін әр түрлі генотиптері бар екі геннің ара - қатынасы.

Бактерияларда жыныстық көбею мен мейоз болмайды. Рекомбинация процесінде донор бактериялар - олар жасушаларға генетикалық материалды тасымалдайды және реципиент – қабылдаушы жасуша қатысады. Реципиент – жасушаға донор - жасушаның хромосомасының бір бөлігі ғана енді. Рекомбинацияның мәнісі - бактериялар арасында генетикалық ақпаратты тасымалдау болып табылады. Ол келесі үш механизм арқылы жүзеге асырылады: конъюгация (бактериялар қатынасы кезінде біреуі конъюгативті плазмиданы алып жүреді), трансдукция (әлсіз бактериофагтың көмегімен) трансформация (жоғарыполимеразалы ДНҚ көмегімен).

Конъюгация.Генетикалық материалды донор - жасушадан реципиент – жасушаға жасушалардың жанасуы кезінде берілуін конъюгация деп атайды.

Генетикалық материалды донор - жасушадан реципиент – жасушаға жасушалардың жанасуы кезінде берілуін алғаш рет Дж. Ледерберг пен Э. Тейтум 1946 ж. тапқан.

Конъюгация процесіндегі негізгі жағдай - донор - жасушада трансмиссивті плазмиданың болуы.Трансмиссивті плазмидалар жыныстық кірпікшелерді кодтайды, ол арқылы донор - жасушадан реципиент – жасушаға көпірше түзіліп, плазмидалық ДНҚ жаңа жасушаға өтеді. Ғ факторы бар донор - жасушалар Ғ+ , ал Ғ ← факторы жоқ реципиент – жасушалар Ғ^- деп белгіленеді. Егер Ғ - факторы автономды жағдайда донор - жасушада болса жанасу арқылы (Ғ+ → Ғ^-) реципиент – жасуша донорлық қасиетті алады. Конъюгация кезінде хромосомалық гендердің тасымалдануы бір бағытта жүреді, трансмиссивті плазмиданың өзі соңында өтеді. Конъюгациялық көпірше нәзік болғандықтан жыныстық фактор реципиент – жасушаға берілмеуі мүмкін, сондықтан түзілген рекомбинант донорлық қасиетке ие бола алмайды.