ГЕНЕТИКА БАКТЕРИЙ

генетический материал (транскрипция и трансляция генетической информации):
∙

информационная, или матричная (мРНК);
∙ транспортная (тРНК);
∙ рибосомная (рРНК).
У РНК-содержащих вирусов РНК является первичным генетическим материалом.

∙ вставочные последовательности;
∙ транспозоны.

3х108 до 2,5х109 Д.
Бактериальная хромосома содержит до 4000 отдельных

генов.
Совокупность всех генов называется геномом. Внешнее проявление генома называется фенотипом.
Бактериальная клетка
гаплоидна.

ферментов, участвующих в энергетическом метаболизме).
Плазмиды;
транспозоны;
инсерционные (вставочные) последовательности.

от 40 до 50 генов. Количество плазмид – от 1

до 200.
∙ кольцевые обособленные плазмиды;
∙ интегрированные плазмиды.
Функции: регуляторные и кодирующие.
F-плазмиды или F-факторы (от англ. fertility – плодовитость). Hfr-плазмиды или Hfr-факторы (от англ. high frequency of recombinations – высокая частота рекомбинаций).
R-плазмиды или R-факторы (от англ. resistance – устойчивость).
Плазмиды патогенности (Ent, Hly).
Col-плазмиды.

Д),
чаще у грамотрицательных палочек, 1-2 на

клетку, репликация тесно связана с репликацией бактериальной хромосомы, содержат tra- оперон.
Неконъюгативные плазмиды: небольшие, чаще у грамположительных кокков, но встречаются у грамотрицательных микроорганизмов (Haemophilus influenzae, Neisseria gonorrhoeae), могут присутствовать в больших количествах (более 30 на клетку).
При наличии в бактерии одновременно конъюгативных и неконъюгативных плазмид – мобилизация.

ДНК, способные перемещаться из одного места локализации в другое, содержат

только гены, необходимые для перемещения.
Функции Is-элементов:
∙ координация взаимодействий плазмид, умеренных фагов, транспозонов и нуклеоида для обеспечения репродукции;
∙ регуляция активности генов: эффект промотора, включающего или выключающего транскрипцию соответствующих генов.

На концах вставочной
последовательности
имеются
инвертированные
повторы, которые
узнает транспозаза.

последовательностей и структурных генов, реплицируются только в составе бактериальной хромосомы.

Транспозоны способствуют распространению генов в популяции бактерий, что может привести к изменению биологических свойств популяции.

ДНК информации к местам синтеза белка осуществляет матричная или информационная

РНК (мРНК).
мРНК синтезируется на одной из цепей ДНК –транскрипция.
Перевод нуклеотидной последовательности в последовательность аминокислот – трансляция.

Репликация ДНК

Транскрипция

Обратная
транскрипция

мРНК

Трансляция

Белок

которое приводит к образованию рекомбинаций ДНК и формированию дочернего генома,

сочетающего гены обоих родителей.
Клетки-доноры и клетки-реципиенты.
Рекомбинант: генотип представлен в основном генотипом реципиента с включением фрагментов хромосомы донора.
Рекомбинация: гомологичная и сайт-специфическая.
Три механизма передачи генетического материала между бактериями: конъюгация, трансдукция и трансформация.

двумя клетками.
Обязательное условие – трансмиссивная плазмида (F, R), обладающая

tra-опероном.
Биологическая значимость – распространение резистентности бактерий к антибиотикам.

По происхождению ДНК может быть плазмидной либо хромосомной и нести

гены, трансформирующие реципиента.
Трансформация служит хорошим инструментом для картирования хромосом, поскольку трансформированные клетки включают различные фрагменты ДНК.
Перенос экстрагированной ДНК является основным методом генной инженерии, используемым при конструировании рекомбинантных штаммов с заданным геномом.

только одна нить ДНК, другая – в клеточной мембране подвергается

деградации с освобождением энергии, необходимой для проникновения в клетку.
Интеграция с хромосомой требует наличия гомологичных участков с трансформирующей ДНК.

Borrelia burgdorferi, у нее хромосома линейная.
Гены в хромосоме располагаются линейно

и их последовательность можно установить.
Это позволяет составлять хромосомные карты бактерий.

Сокращенная хромосомная
карта E.coli

● Общая (неспецифическая) трансдукция – перенос вирулентным бактериофагом фрагмента

любой части бактериальной хромосомы.
● Специфическая трансдукция – перенос умеренным фагом определенного фрагмента ДНК (прилегающий к месту включения фаговой ДНК).
● Абортивная трансдукция – внесенный фрагмент ДНК донора не встраивается в хромосому реципиента, а остается в цитоплазме и там самостоятельно функционирует.

фенотип – совокупность наблюдаемых признаков.
Изменение бактериального генома могут происходить

в результате мутаций и рекомбинаций.
Мутации – это изменения в последовательности нуклеотидов ДНК, проявляющиеся наследственно закрепленной утратой или изменением какого-либо признака или группы признаков.
Фенотипическим проявления мутаций: изменение морфологии бактерии, ауксотрофность, резистентность к антибиотикам, изменение чувствительности к температуре, снижение вирулентности (аттенуация).

ограничиваются одной парой нуклеотидов, (последствия: замена аминокислоты, сдвиг рамки считывания,

возникновение бессмысленного кодона),
● протяженными (аберрации).
Мутации разделяют на:
● хромосомные – изменение двух и более участков хромосомы,
● генные – изменение гена или цистрона: модификации оснований, делеции (выпадение нескольких пар нуклеотидов), транспозиции (перемещение группы нуклеотидов в пределах хромосомы), инсерция (разрыв путем вставки посторонней ДНК), дупликация (добавление нуклеотидных пар) и деформации спирали ДНК.

мутации возникают из-за ошибок репликации ДНК;
● спонтанные хромосомные

аберрации возникают вследствие перемещения подвижных генетических элементов.
Индуцированные мутации. Мутагены: физические, химические и биологические.
Молчащие мутации.
Обратная мутация (реверсия).
Вторичная реверсия (супрессорная мутация); интрагенные и экстрагенные супрессорные мутации.
Новый фенотип проявляется только тогда, когда измененный ген начнет функционировать.

системы репарации (световые и темновые). Известны три основных механизмов коррекции

дефектов ДНК:
● непосредственная реверсия от поврежденной ДНК к исходной структуре;
● эксцизия («выпадение») повреждений с последующим восстановлением исходной структуры;
● активация механизмов, обеспечивающих устойчивость к повреждениям.

микробов: S→R, сопровождаются изменениями биохимических, морфологических, антигенных и патогенных свойств

возбудителей.
Условия модификации:
1) определенность;
2) общность изменений в
популяции;
3) обратимость.

Применение:
• для диагностики вирусных и
бактериальных

инфекций;
• для идентификации бактерий;
• для определения точного
таксономического положения
микроорганизмов.

в определенных последовательностях нуклеотидов).
В геноме конкретного вида микроорганизмов находится строго

определенное число участков узнавания для определенной рестриктазы → рестрикционная карта вида.
Генетическое родство микроорганизмов, принадлежность к определенному виду, мутации.
Используется как начальный этап метода определения последовательности нуклеотидных пар (секвенирования) и метода молекулярной гибридизации.

(гибридизироваться) с комплементарными олигонуклеотидными фрагментами, искусственно синтезированными и меченными ферментом,

флюорохромом или изотопом (зондами).

определенного участка ДНК, катализируемое ферментом ДНК-полимеразой.
Этапы: подготовка исследуемой пробы (изоляция

ДНК или РНК), собственно ПЦР и детекция продукта ПЦР (амплифицированной ДНК).
При использовании РНК в качестве матриц для ПЦР – ОТПЦР.
Компоненты: 1) фермент ДНК-полимераза;
2) пара олигонуклеотидных праймеров;
3) набор нуклеотидов;
4) копируемая ДНК;
5) ионы Mg+2.

на ДНК, так и на РНК.
Скорость спонтанного мутагенеза в

ДНК-геномах значительно ниже (10-8 – 10-11 на каждый включенный нуклеотид), чем у РНК-геномных (10-3 – 10-4 на каждый включенный нуклеотид).
Индуцированные мутации: действующие in vivo и in vitro.

проявления.
● Летальные мутации.
● Условно летальные мутации.

● Мутации, имеющие фенотипическое проявление.
По изменению генотипа: точечные (локализующиеся в индивидуальных генах) и генные (затрагивающие более обширные участки генома).

у ДНК-содержащих вирусов или РНК-содержащих вирусов с фрагментированным геномом (вирус

гриппа), происходит обмен между гомологичными участками вирусных геномов.
● Генетическая реактивация – перераспределении генетического материала между геномами родственных вирусов с мутациями в разных генах.
● Комплементация – один из вирусов, инфицирующих клетку, в результате мутации синтезирует нефункциональный белок. Немутантный вирус, синтезируя полноценный белок, восполняет отсутствие его у мутантного вируса.
● Фенотипическое смешивание происходит при смешанном заражении чувствительной клетки двумя вирусами, когда часть потомства приобретает фенотипические признаки, присущие двум вирусам, при неизменном генотипе.

уже инфицированной вирусом.
Гетерологическая интерференция: угнетение адсорбции путем блокирования или

разрушения специфических рецепторов, ингибирование трансляции мРНК, индукция интерферона.
Гомологическая интерференция: при высокой множественности инфицирования образуется много дефектных вирусных частиц. Циркуляция ДИ-частиц и коинфекция с полноценным вирусом вызывают вялотекущие, длительные формы инфекции.
Взаимодействие между вирусом и клеткой-хозяином: вирусная трансформация клетки.