Bacterial Plasmids in Fundamental and Applied Science Внехромосомные

бактерий
A. M. Boronin

Institute of Biochemistry and Physiology of Microorganisms RAS, Pushchino

State University, Pushchino, Russia.

Термин введен Ледербергом в 1952 году.
Эписомы – генетические

элементы, способные реплицироваться в двух альтернативных состояниях: в интегрированном в хромосому и независимо от хромосомы.
Конъюгативные плазмиды – способны обеспечивать перенос ДНК путем конъюгации.
Неконъюгативные плазмиды – не способны обеспечивать перенос ДНК путем конъюгации.
Мобилизуемые плазмиды – способны передаваться в реципиентные клетки с помощью конъюгативных плазмид.
Криптические плазмиды – плазмиды, фенотипические признаки для которых не установлены.

Плазмиды

конъюгационный перенос в штаммах E. coli.
F’ – плазмида –

дериват F – плазмиды, содержащий сегменты бактериальной хромосомы.
Hfr –штаммы – (high frequency of recombination) – штамм, несущий в составе хромосомы плазмиду и, следовательно, способный осуществлять ориентированный перенос хромосомных генов в подходящий реципиент.
R – плазмиды
RTF – фактор – часть плазмиды резистентности, способная осуществлять конъюгационный перенос генов резистентности.

Плазмиды

до 600 т.п.н.
Число копий – от 1 до 1000

(малокопийные и мультикопийные)
Круг хозяев – узкий круг (nhr – narrow host range), широкий круг хозяев (bhr – broad host range)
Способность к конъюгационному переносу (конъюгативные, неконъюгативные, мобилизуемые)
Группы несовместимости (Inc – incompatibility):
14 групп в системе Pseudomonas (IncP-1 – IncP-14)
30 групп в системе Enterobacteriaceae

(resistance).
Деградация органических соединений. D – плазмиды (degradative)
Конъюгационный перенос. F

– factor (fertility)
Продукция токсических соединений (антибиотики, бактериоцины, колицины). ColE1 – плазмида (colicin)
Криптические плазмиды (фенотип неизвестен и плазмиды малого размера)
Взаимодействие с эукариотами. Ti – плазмиды (tumor inducing)
Другие свойства – устойчивость к UV, продукция H2S, чувствительность к NaCl, системы рестрикции – модификации, фиксация азота.

плазмидами, путем переноса генетического материала из клетки донора в клетку

реципиента.
Трансконъюгант – бактериальная клетка, получившая генетический материал путем конъюгации.
Поверхностное исключение – конъюгационный перенос между плазмидосодержащими клетками происходит с меньшей на 2 порядка эффективностью, чем между донором и бесплазмидной клеткой. За этот эффект отвечают гены tra – системы (traS и traT).
Несовместимость плазмид (Inc) – неспособность двух разных плазмид стабильно сосуществовать в одной бактериальной клетке.
Донор – специфические фаги – фаги, инфицирующие только те штаммы, которые содержат конъюгативные плазмиды.
Число копий плазмиды – количество молекул плазмиды на бактериальный геном.
Строгий контроль репликации – плазмидная репликация связана с репликацией хромосомы.

Плазмиды

Cm Sm Su Tra
Генотип – tet+cat+aadA+sul+tra+

(ы)
rep – ген
Жизненно – важные структуры плазмиды (backbone segment)
система разрешения

коинтегратов (mrs - multimer resolution system),
система активного распределения плазмид (par – partitioning),
система постсегрегационной гибели клетки (PSK – post segregational killing).
система рестрикции – модификации (RM).
Система конъюгационного переноса.
Гены резистентности.
Гены биодеградации.
Другие гены.

of REP-PCR

on the Basis of RFLP Analysis

of rep-Gene Sequences

meta
ortho

meta

-> 2-oxo-4-hydroxypentanoate
Naphthalene -> Salicylate
NahR Regulatory protein
Salicylate

chromosome
pBS1191
pBS1192

of AA Sequences

fumarylpyruvate pyruvate fumarate
СОOH
OH
OH
SgpAGHB
P. putida AK5

newly described
Salicylate Degradation Pathway

most efficient degradation of a particular organic compound?
Is there a

bacterium which is the optimal host for that plasmid from the viewpoint of the expression of degradative genes?
Is there an “ideal” combination of a D-plasmid and a bacterial host?

Culture on Naphthalene

Ladder (“Fermentas”)
1 - P. putida g20f, 2 - P. putida

NS12 (ND6 subtype).

promoting properties (PCR analysis)
Strains harboring both phenazine antibiotic synthesis and polycyclic

aromatic hydrocarbons degrading systems

phzD

nahAc

M

IC7

VB1

M

M

IID5

OV17

IG1

IC71

BS1393(p216)

IC7

VB1

IID5

OV17

IG1

IC71

BS1393(p216)

by PGPR Pseudomonas
1 – P. fluorescenc 2-79, 2 - P.

fluorescenc 2-79(pBS216)
3 – P. chlororaphis PCL1391, 4 - P. chlororaphis PCL1391(pBS216)
5 – P. aureofaciens 1217, P. aureofaciens 1217(pBS216)

1 - P. aureofaciens BS1393, 2 - P. aureofaciens BS1393(NAH7), 3 - P. aureofaciens BS1393(pBS216), 4 - P. aureofaciens BS1393(pBS3), 5 - P. aureofaciens BS1393(SAL)

1 – plasmid less variant of the P. aureofaciens strain OV17, 2 - P. aureofaciens OV17(pOV17), 3 - P. aureofaciens OV17(pBS216)

ARSENIC COMPOUNDS
pBS3031(AsR)
Pseudomonas aeruginosa BS3031(pBS3031)
Pseudomonas putida BS238(pBS2)
Pseudomonas putida BS238(pBS2)
Pseudomonas putida BS238(pBS2+pBS3031)
Growth

on naphthalene

salinity
Water deficiency
Oxygen deficiency

Properties

soils, providing CO2 emission into atmosphere, has been studied. The

total CO2 emission from oil-containing soil samples to atmosphere during 47 days of observation was 6.8-fold more then from native soil. At the same time, the amount of metabolic CO2 produced due to soil organic matter mineralization was about 38 % of the total CO2 flow and that due to utilization of oil hydrocarbons reached 62 %.

or the Luria-Delbrück Age (1943-1946)
The Bronze or Lederberg Age (1946-1953)
The

Golden or Hayes-Wollman-Jacob Age (1953-1961)
The Desperate Age, which is the present one, in which lots of things happen, lots of biochemists and ultracentrifugologists appear, and the philosophers get desperate.