ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 01.03.2019
Просмотров: 6334
Скачиваний: 2
31
Профаг спонтанно или под воздействием различных факторов
(химические вещества, облучение УФ, рентгеновскими лучами,
повышенная температура) может выходить из бактериальной
хромосомы и вызывать продуктивную инфекцию.
Умеренные и дефектные фаги
Встраиваясь в бактериальную хромосому, умеренные или дефектные фаги
вызывают лизогенизацию бактерий, которые могут приобретать новые
признаки. Изменчивость лизогенных бактерий может быть связана:
• с приобретением генов, переносимых фагами от их предыдущих
хозяев;
• с экспрессией «молчащих» генов бактерий-реципиентов. Фаговая
ДНК, встраиваясь вблизи поврежденного промотора, заменяет его.
При этом синтезируются определенные продукты, например
протоксины дифтерийных бактерий.
Благодаря своему разрушающему (литическому) действию на бактерии
фаги могут быть использованы с лечебно-профилактической целью при
различных заболеваниях (дизентерия, холера, различные гнойно-
воспалительные заболевания и т. д.). Наборы стандартных фагов, в том
числе международные используются для фаготипирования возбудителей
ряда болезней (холеры, брюшного тифа, сальмонеллезов, дифтерии,
стафилококковых и других заболеваний).
Практическое использование бактериофагов:
• фаготерапия;
• фагопрофилактика;
• фагодиагностика.
ГЕНЕТИКА
― наука, изучающая механизмы и закономерности
наследственности и изменчивости организмов, а также методы управления
этими процессами.
Ген ― наследственный фактор, единица наследственного материала ―
определенный участок молекулы ДНК у высших организмов (РНК у ряда
вирусов), ответственный за синтез определенного белка.
Генотип ― совокупность всех генов организма, его наследственная
материальная основа.
Фенотип ― совокупность всех признаков и свойств организма,
сформировавшихся на основе взаимодействия генотипа с условиями
внешней среды.
32
Генетический материал у бактерий содержится в нуклеоиде
(бактериальной хромосоме) и во внехромосомных генетических элементах
— плазмидах и мигрирующих генетических элементах.
Внехромосомные факторы наследственности
1) автономные – являются репликоном:
• плазмиды
2) неавтономные ― реплицируются только в составе репликона
(нуклеоида или плазмиды):
• IS-последовательности;
• транспозоны;
• умеренные и дефектные фаги.
Внехромосомные молекулы ДНК (инсерционные элементы, плазмиды,
транспозоны) не являются жизненно важными для бактерий, но придают
им новые свойства.
Инсерционные элементы (IS) (от англ. insertion sequence) —
простейший тип генетических элементов, мигрирующих от одной
бактериальной хромосомы к другой, или между хромосомой и
плазмидой. IS-элементы несут только один ген, кодирующий белок
транспозазу, с помощью которой IS-элементы встраиваются в различные
участки хромосомы. Содержат только гены, необходимые для
собственной миграции. Фенотипических признаков не кодируют,
самостоятельно не реплицируются.
Свойства IS-последовательностей:
• небольшие размеры ― 800−1400 пар нуклеотидов;
• в свободном состоянии не существуют;
• способны перемещаться по геному, при этом первичный элемент
остается на месте, а копия встраивается в мишень.
Функции IS-элементов:
• координация
взаимодействия
внехромосомных
факторов
наследственности между собой и с бактериальной хромосомой для
обеспечения их рекомбинации;
• регуляторная (регуляция транскрипции генов путем их
«включения/выключения»);
• индукция мутаций (инверсии, дупликации на протяжении 5−9 пар
нуклеотидов) координация взаимодействия плазмид, умеренных
фагов, транспозонов.
Транспозоны — нуклеотидные последовательности, способные менять
место своей локализации в молекуле ДНК и мигрировать из одной
молекулы ДНК в другую.
33
Свойства транспозонов:
• относительно большие генетические элементы, состоят из
2000
−25000 пар нуклеотидов;
• могут находиться в свободном состоянии в виде кольцевой
молекулы;
• могут мигрировать с одного репликона на другой;
• окружены с обоих сторон (фланкированы) последовательностями
ДНК, напоминающими IS-последовательности;
• могут нести информацию о синтезе бактериальных токсинов и
ферментов, модифицирующих антибиотики.
Плазмиды
—
кольцевидные
молекулы
ДНК,
способные к
саморепликации. Их возможные состояния:
• автономное (в цитоплазме);
• интегрированное (в нуклеоиде).
Конъюгативные плазмиды способны к самопереносу из одной клетки в
другую. Неконъюгативные плазмиды способны к переносу с помощью
конътативных плазмид и бактериофагов.
Функции плазмид:
• регуляторная – компенсирует нарушение функции ДНК нуклеоида;
• кодирующая – вносит в генотип новую информацию.
Плазмиды подразделяются на различные категории в зависимости от
свойств, которые они кодируют у бактерий.
F-плазмида, или половой фактор. Контролирует синтез половых ворсинок
(sex или F-pili), которые способствуют эффективному спариванию
бактерий-доноров с реципиентными клетками при конъюгации. F-
плазмида реплицируется в независимом от хромосомы состоянии и
передается при конъюгации в клетки бактерий-реципиентов.
Перенос генетического материала (ДНК) детерминируется tra-опероном F-
плазмиды (от англ. transfer — перенос), обеспечивающим конъюгативность.
F-плазмиды содержат только tra-оперон, в их составе нет никаких других
генов.
F-плазмида может встраиваться в бактериальную хромосому и находиться
с ней в интегрированном состоянии.
Функции tra-оперона:
• детерминирует образование конъюгативных пилей;
• моблизирует на перенос:
– саму конъюгативную плазмиду (F+);
– другую, неконъюгативную, плазмиду;
– участок нуклеоида.
34
R-плазмиды (плазмиды множественной лекарственной устойчивости).
Известно большое количество R-плазмид, определяющих устойчивость
бактерий к лекарственным препаратам. Передача R-плазмид привела к их
широкому распространению среди бактерий и значительно осложнило
химиотерапию инфекционных заболеваний.
Состав R-плазмид:
• r-оперон(-ы) + tra-оперон;
• r-оперон(-ы).
Пути передачи R-плазмид:
• при трансдукции (грамположительные бактерии);
• при конъюгации (грамотрицательные бактерии).
Состав r-оперона:
• гены, детерминирующие синтез ферментов:
– инактивирующие антибиотик;
– модифицирующий антибиотик;
– снижающие проницаемость клеточной стенки бактериальной
клетки к антибиотику;
• может содержать:
– транспозон;
– IS-последовательность.
Бактериоциногенные плазмиды (на примере Col-плазмиды E.coli) ―
плазмиды, детерминирующие синтез колицинов (антибиотикоподобных
веществ).
Состав Col-плазмид:
• гены, детерминирующие синтез колицина;
• tra-оперон.
Особенности Col-плазмид:
• редко интегрируют в нуклеоид;
• обычно репрессированы;
• при их дерепрессии бактериальная клетка синтезирует колицины и
погибает (потенциально летальная плазмида).
Свойства бактериоцинов:
• представляют собой вещества белковой природы и функционируют
как антибиотики с узким спектром действия;
• вызывают гибель клетки, не нарушая ее целостности;
• ингибируют синтез ДНК, РНК и белка;
• обладают свойствами эндодезоксирибонуклеаз;
35
• обладают летальным признаком – после выделения бактериоцина
бактериальная клетка может погибнуть;
• клетка, выделяющая бактериоцины, устойчива к действию
гомологичных бактериоцинов извне.
ИЗМЕНЧИВОСТЬ БАКТЕРИЙ
Может быть ненаследуемой (модификационной) и генотипической
(мутации, рекомбинации).
Модификации ― временные, наследственно не закрепленные изменения,
возникающие как адаптивные реакции бактерий на изменения
окружающей среды. Модификации находятся под контролем генома, но не
сопровождаются изменениями первичной структуры ДНК и вскоре
утрачиваются. Модификации проявляются в изменении морфологических,
биохимических и ряда других признаков.
Биохимическую основу модификации составляет индуцибельный синтез
ферментов. Так, например, кишечная палочка только в присутствии
лактозы синтезирует ферменты, необходимые для ее расщепления.
Лактозный оперон состоит из трех линейно расположенных структурных
генов, деятельность которых контролируется геном-регулятором.
Структурные гены детерминируют образование трех катаболических
ферментов: бета-галактозидазы, трансацетилазы и пермеазы. Работа
структурных генов зависит от гена-регулятора и наличия в среде
лактозы. Ген-регулятор контролирует образование белка-репрессора.
Белок-репрессор при отсутствии лактозы связывается с оператором и
блокирует транскрипцию. Поступая в клетку, лактоза связывается с
белком-репрессором, в результате освобождается оператор и включается
синтез катаболических ферментов на структурных генах.
После полной утилизации лактозы белок-репрессор освобождается и
вновь связывается с оператором, блокирует процесс синтеза ферментов.
R-S-диссоциация бактерий ― это образования двух форм бактериальных
клеток, которые отличаются друг от друга по характеру образуемых ими
колоний на тплотной питательной среде. Один тип — R-колонии (англ.
rough — неровный) — характеризуется неровными краями и шероховатой
поверхностью, второй тип — S-колонии (англ. smooth — гладкий) ― имеет
круглую форму, гладкую поверхность.
Диссоциацию большинство ученых рассматривают как закономерную
форму модификации, а некоторые относят ее к мутациям.
Процесс диссоциации обычно протекает в одном направлении: от S- к R-
форме. Обратный переход R- в S-форму наблюдается реже. Для