Слайд 2ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА У БАКТЕРИЙ
ДНК = нуклеоид (бактериальная «хромосома») –
кодирует жизненно важные признаки
внехромосомные факторы наследственности:
- Плазмиды,
- Транспозоны,
- IS-последовательности
кодируют признаки, дающие преимущество
Слайд 3
Единицей наследственности является ГЕН = участок ДНК, в котором зашифрована
последовательность аминокислот в полипептидной цепочке, контролирующая отдельный признак особи
Слайд 4
Гены:
Структурные = обуславливают синтез определенного белка (фермента, гормона, антитела), при
мутации образуется белок измененного состава,
Ген-регулятор = определяет синтез белковой молекулы-репрессора,
подавляющего деятельность структурных генов в отсутствии субстрата,
= при наличии субстрата репрессор временно инактивируется и структурные гены, освобожденные от его влияния, начинают функционировать.
Ген-оператор = посредник между геном-регулятором и структурными генами,
= расположен рядом со структурными генами.
Слайд 5Генотип - совокупность генов, сосредоточенных в нуклеоиде («Хромосоме») бактерий.
Фенотип –
совокупность всех признаков микроорганизма, сформировавшаяся в результате взаимодействия генотипа с
внешней средой.
Генофонд – совокупность всех генов данной популяции.
Репликоны - генетические элементы, способные самостоятельно реплицироваться = ДНК и плазмиды.
Слайд 6ДНК («хромосома»)
двухцепочечная кольцевая молекула,
сод-т до 5 тыс. генов,
имеет молекулярную массу 1,7-2,8х109 дальтон,
включает 3-5х106 пар оснований,
имеет гаплоидный набор генов,
расположена в цитоплазме клетки в многократно свернутом и плотно упакованном виде,
содержит гены, обуславливающие жизненноважные для бактерий признаки.
Слайд 7Генетическая карта
- это схематическое изображение всех генов микроорганизма.
Гены, отвечающие
за определенный признак, обозначают строчными буквами латинского алфавита со знаком
+ (например, гистидиновый ген – his+), отсутствие гена знак – «–»
Слайд 8ВНЕХРОМОСОМНЫЕ ФАКТОРЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ
автономные – являются репликоном:
плазмиды
неавтономные - реплицируются только в
составе репликона (нуклеоида или плазмиды):
транспозоны
IS-последовательности
умеренные фаги
Слайд 9ПЛАЗМИДЫ
внехромосомные факторы наследственности у бактерий,
двухцепочечные молекулы ДНК,
несут 40-50 генов,
не являются жизненно важными для бактерии,
обусловливают признаки, позволяющие лучше
приспособиться к условиям обитания.
возможные состояния
автономное (в цитоплазме)
интегрированное (в нуклеоиде). В этом случае плазмида называется ЭПИСОМА
Слайд 10ПЛАЗМИДЫ
функции
регуляторная – компенсирует нарушение функции ДНК нуклеоида,
кодирующая – вносит в
генотип новую информацию
содержание tra-оперона
Трансмиссивные (конъюгативные) – содержат,
Нетрансмиссивные (неконъюгативные) - не
содержат
Слайд 11
Фенотипические признаки, сообщаемые бактерии плазмидами
устойчивость к антибиотикам,
образование бактериоцинов,
продукция факторов
патогенности,
способность к синтезу антибиотиков,
расщепление сложных органических веществ,
образование ферментов рестрикции и
модификации.
Слайд 12Наиболее изучены плазмиды:
F- плазмида = половой фактор – контролирует синтез
половых ворсинок,
= бывает: - автономной→ бактерия наз-ся F+ штаммом
- интегрированной → Hfr – штамм,
= конъюгативная
R-плазмида (resistance - устойчивость) – обусловливает синтез ферментов, разрушающих антибиотики, сульфаниламиды и др., в результате бактериальная клетка становится устойчивой к лекарственным препаратам,
- в 1 плазмиде м.б. 3-10 детерминант устойчивости.
Слайд 13Наиболее изучены плазмиды:
Col-плазмиды - обусловливают синтез бактериоцинов ( = белки,
задерживающие рост других штаммов бактерий того же вида).
Бактерии, несущие
такие плазмиды, обладают преимуществом при заселении биотопа.
Плазмиды патогенности – определяют синтез энтеротоксинов (Ent-) или ферментов патогенности (Hly-), поверхностного антигена вирулентности ( Vir-)
Плазмиды биодеградации – несут информацию об утилизации органических соединений, которые бактерии используют в качестве источника углерода и энергии.
Слайд 14ТРАНСПОЗОНЫ
определение
нуклеотидные последовательности (от 2 000 до 20000 пар нуклеотидов), способные
менять место своей локализации в молекуле ДНК и мигрировать из
одной молекулы ДНК в другую
состояние в бактериальной клетке
интегрированное в репликон (реплицируется вместе с ним)
автономное (замыкается в кольцо и не реплицируется)
Слайд 15ТРАНСПОЗОНЫ
Состав:
1. особые концевые структуры (маркеры транспозона), которые отличают транспозон от
др. фрагментов ДНК,
2. гены транспозиции,
3. гены, детерминирующие синтез:
- токсинов;
- ферментов, обеспечивающих устойчивость к антибиотику;
- белков, обеспечивающих др. признаки.
Слайд 16IS-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
определение
вставки нуклеотидных последовательностей (порядка 1 000 пар нуклеотидов),
содержат только гены,
необходимые для собственного перемещения:
= ген, кодирующий фермент транспозазу
– обеспечивает исключение IS-элемента из ДНК и его интеграцию в новый локус,
= ген, обуславливающий синтез репрессора, регулирующего весь процесс перемещения,
- не способны реплицироваться самостоятельно.
отличия от транспозонов:
содержат только гены транспозиции
не обнаружены в свободном состоянии
Слайд 17Функции IS-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ
координация взаимодействия внехромосомных факторов наследственности между собой и
с бактериальной хромосомой для обеспечения их рекомбинации
регуляторная - регуляция
транскрипции генов путём их «включения/выключения»
индукция мутаций - инверсии, дупликации на протяжении 5-9 пар нуклеотидов
Слайд 18Изменчивость микроорганизмов
Модификационная = ненаследуемая, фенотипическая, адаптационная:
– возникает как приспособительная
реакция организма на условия среды,
– характеризуется появлением временных, не закрепленных
в генотипе свойств, и их быстрой утратой,
Наследуемая = генотипическая
– изменения затрагивают лишь отдельные клетки,
– приобретенные признаки передаются потомству и в силу лучшей адаптации к условиям существования измененные клетки с новыми признаками постепенно вытесняют клетки исходного штамма.
Изменения генома могут происходить в результате мутаций и рекомбинаций
Слайд 19МОДИФИКАЦИИ У БАКТЕРИЙ
= фенотипические изменения у бактерий
не сопровождаются изменениями первичной
структуры ДНК,
они выражаются в изменении формы и размеров микробной клетки,
морфологии колоний, биохимических и антигенных признаков,
встречаются часто и касаются одновременно всех особей популяции.
вскоре утрачиваются
Слайд 20МУТАЦИИ У БАКТЕРИЙ
Определение
Это изменения в первичной структуре ДНК,
которые выражаются в наследственно закреплённой утрате или изменении какого-либо признака
(-ов)
Слайд 21Классификация мутаций по происхождению
спонтанные – трудно или невозможно связать с
действием определённого фактора (мутагена)
ошибки в работе ДНК-полимеразы при репликации ДНК
инсерционные
– при встраивании в нуклеоид внехромосомных факторов наследственности
индуцированные – в эксперименте под воздействием мутагена
Слайд 22Классификация мутаций по количеству мутировавших генов:
Генные затрагивают один ген:
-
замена одной пары азотистых оснований другой,
- вставка дополнительных нуклеотидов,
- утрата
«-«→ замена одной аминокислоты другой или нонсенс-мутация = бессмысленная,
Хромосомные затрагивают несколько генов.
Важную роль играют мигрирующие генетические элементы: Is- последовательности и Tn- транспозоны = биологические мутагены.
Слайд 23Хромосомные мутации
делеции – потеря гена,
инверсия – поворот участка хромосомы
или нарушение порядка гена,
дупликации – удвоение гена,
транспозиция – перемещение
гена.
Слайд 24Классификация мутаций по направленности
прямые – потеря или изменение признака,
обратные (реверсии)
– восстановление признака:
истинные – восстанавливается и фенотип и генотип,
супрессорные –
восстанавливается только фенотип.
Слайд 25SR-ДИССОЦИАЦИИ
= появление в чистой культуре 2 видов бактериальных клеток, которые
отличаются по характеру образуемых колоний на твердой питательной среде:
S-колонии
– форма круглая, поверхность гладкая, чаще образуются при выделении от больного человека, бактериальные клетки характеризуются высокой вирулентностью.
R- колонии - имеют неровные края, шероховатую поверхность,
Между ними м.б. переходные формы: О-мутные,
Д-карликовые.
Процесс диссоциации обычно протекает в одном направлении: от S- к R-.
Слайд 26SR-ДИССОЦИАЦИИ
механизм
Это инсерционная мутация, приводящая к утрате генов, контролирующих синтез полисахаридных
звеньев ЛПС наружной мембраны клеточной стенки
биологическое значение
R-формы более устойчивы к
физико-химическим факторам внешней среды
S-формы более устойчивы к фагоцитозу и действию антител
Значительно усложняют выделение и идентификацию чистой культуры
Слайд 27МУТАГЕНЫ
Мутагены – факторы, вызывающие мутации.
Различают:
физические мутагены – ультрафиолетовые лучи,
ионизирующие излучения, магнитные поля, температура,
химические – пероксидазы, акридиновые красители, азотная
кислота,
биологические – Is-последовательности и Tn- транспозоны, фаги, антибиотики, фитонциды.
Слайд 28РЕПАРАЦИИ
Определение
Процесс восстановления повреждённой ДНК ферментами репарационных систем
Различают 2 типа репарационных
систем:
Система фотореактивации
Система темновой репарации
Слайд 29Система фотореактивации
УФ-лучи
тиминовые димеры
видимый свет
активация фермента
расщепление димеров
Слайд 30
Система темновой репарации
Этапы темновой репарации:
установление места повреждения ДНК =
эндонуклеаза,
«вырезание» поврежденного фрагмента = полимераза 1,
синтез фрагмента по
матрице сохранившейся нити ДНК – ДНК-полимераза 1 или III,
встраивание синтезированного фрагмента в молекулу поврежденной нити ДНК = лигаза.
Слайд 31Система темновой репарации
УФ-лучи
тиминовые димеры
темнота
Слайд 32Система темновой репарации
обнаружение и нарезание повреждённого участка
(эндонуклеаза)
Слайд 33Система темновой репарации
удаление повреждённого участка
(ДНК-полимераза I)
Слайд 34Система темновой репарации
синтез на матрице второй нити ДНК нового, не
содержащего мутации, участка
(ДНК-полимераза I или III)
Слайд 35Система темновой репарации
«вшивание» нового участка в цепь ДНК
(лигаза)
Слайд 36Генетические рекомбинации
= перераспределение генетического материала родителей в потомстве, обусловливающее комбинативную
изменчивость организмов,
= взаимодействие между двумя геномами, которое приводит к образованию
рекомбинантной ДНК и формированию дочернего генома, сочетающего гены обоих родителей.
Они происходят при участии ферментов в пределах отдельных генов.
Слайд 37Механизм рекомбинаций
клетки=доноры
передают информацию
клеткам-реципиентам
рекомбинат
генотип рекомбинанта = генотип реципиента+ часть генотипа донора
Слайд 38ВИДЫ РЕКОМБИНАТИВНОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ У БАКТЕРИЙ
Трансформация – непосредственная передача генетического материала
от донорской к реципиентной клетке
Конъюгация – передача генетического материала от
донорской к реципиентной клетке с помощью конъюгационных пилей
Трансдукция – передача генетического материала от донорской к реципиентной клетке с помощью дефектных бактериофагов
Слайд 39Трансформация
= способ передачи генетической информации путем внедрения свободной ДНК донора
в бактерию-реципиент
Трансформация эффективно происходит только между бактериями одного вида,
имеющими разный генотип.
Клетки, способные принимать донорскую ДНК, называются компетентными.
Состояние компетентности возникает в период роста клетки и совпадает с концом логарифмической фазы.
Трансформирующей активностью обладают двунитевые фрагменты ДНК с молекулярной массой не менее 0,5-1х106
Слайд 40
Процесс трансформации состоит из фаз:
1. адсорбция ДНК донора на клетке-реципиенте,
2.
проникновение ДНК внутрь клетки-реципиента с последующей деспирализацией,
3. соединение одной нити
ДНК с гомологичным участком хромосомы реципиента.
Слайд 41Конъюгация
= перенос генетического материала из клетки-донора в клетку-реципиент при тесном
контакте.
Донорами генетического материала являются клетки, несущие F-плазмиду.
Бактериальные клетки,
не имеющие F-плазмиды, являются реципиентами.
2 вида конъюгации:
1. Если F-плазмида автономна→ бактерия наз-ся F+ штаммом
2.Если F-плазмида интегрирована в ДНК → Hfr – штамм
Слайд 42
1 Если F-плазмида автономна:
1. Прикрепление клетки донора к реципиенту с
помощью половых ворсинок.
2. Между клетками образуется конъюгационный мостик, через
который из клетки-донора в клетку-реципиент передается F-плазмида:
- tra-оперон кодирует белок, который в точке О разрывает одну цепь плазмиды и ковалентно связывается с 5,концом,
- линейная цепь переносится в клетку-реципиент, кольцевая нить остается в клетке-доноре,
- белок способствует замыканию линейной нити в клетке-реципиенте,
- одноцепочечные нити достраиваются до двухцепочечных в клетке-доноре и реципиенте.
→ реципиент становится донором!!!
Слайд 43
2.Если F-плазмида встроена в хромосому бактерии = Hfr-штамм:
1. Происходит
разрыв одной нити ДНК при участии эндонуклеазы в точке О,
расположенной в месте интеграции F-плазмиды.
2. Проксимальный конец ДНК через конъюгационный мостик проникает в клетку-реципиент и сразу же достраивается до двунитевой структуры.
3. Оставшаяся в клетке донора нить является матрицей для синтеза второй нити.
Важно: 1. передается не вся нить, а несколько генов,
2. плазмида остается в донорской клетке → реципиент остается реципиентом
Слайд 44
Трансдукция
= передача генетического материала от одной бактерии к
другой при помощи фагов.
Различают:
1) общую = неспецифическую трансдукцию,
2)
специфическую трансдукцию,
3) абортивную.
Слайд 45Общая = неспецифическая трансдукция
– когда в клетку–реципиент вместе с фаговой
ДНК переносится любой ген донора.
При репродукции фага в клетке
любой случайный ген м.б. включен в состав фаговой частицы.
Перенесенный фагом фрагмент ДНК бактерии-донора способен включаться в гомологичную область ДНК клетки-реципиента путем рекомбинации.
Трансдуцирующий фаг является только переносчиком генетического материала от одних бактерий к другим, а сама фаговая ДНК не участвует в образовании рекомбинантов,
Слайд 46Специфическая трансдукция
- фаг переносит специфические гены от бактерии-донора к бактерии-реципиенту.
При выходе из ДНК лизогенной клетки-донора профаг включает расположенные рядом
гены, а часть генов профага остается в хромосоме бактерии → образуется дефектный трансдуцирующий фаг.
- При взаимодействии трансдуцирующих фагов с клетками реципиентного штамма происходит включение гена бактерии-донора вместе с ДНК дефектного фага в хромосому бактерии-реципиента.
Слайд 47Абортивная трансдукция
– принесенный фагом фрагмент ДНК бактерии-донора не включается в
хромосому бактерии-реципиента, а располагается в ее цитоплазме и может в
таком виде функционировать.
Во время деления бактериальной клетки-рекомбинанта принесенный фрагмент ДНК донора передается только одной из дочерних клеток и со временем исчезает.
Слайд 49
Генетическая рекомбинация
– обмен между гомологичными участками геномов двух вирусов,
–
чаще встречается у ДНК-содержащих вирусов,
- среди РНК – с фрагментированным
геномом
вирус 1 + вирус 2 в одной клетке
вирус 1 гены вирус 2
Слайд 50Генетическая реактивация
= обмен между геномами родственных вирусов, у которых мутации
произошли в разных генах → полноценный геном
вирус 1 + вирус
2 в одной клетке
вирус 1 вирус 2
(инакт. гены 1, 2, 3) (инакт. гены 4, 5, 6)
вирус
(все гены 1 – 6 активированы)
Слайд 51
Комплементация = обмен, когда один из двух вирусов в результате
мутации синтезирует неполноценный белок.
Немутантный вирус восполняет его отсутствие у
мутанта, синтезируя полноценный белок.
Н-р, при культивировании аденовируса в клетках почек обезьян макака-резус аденовирус мог размножаться только в присутствии онкогенного вируса SV40
вирус 1 + вирус 2 в одной клетке
вирус 1
белок
репродукция вируса 2
Слайд 52Фенотипическое смешивание
при смешанном заражении двумя вирусами часть потомства приобретает фенотипические
признаки, присущие обоим вирусам при неизменности генотипа
Н-р, при заражении клеток
вирусами полиомиелита и Коксаки часть потомства имеет РНК одного вириона заключенную в капсид другого
Слайд 53Фенотипическое смешивание
вирус 1 + вирус 2 в одной клетке
вирус 1
вирус 2
НК 1
капсид 2
