ДНК = нуклеоид (бактериальная «хромосома») – кодирует жизненно важные признаки внехромосомные факторы наследственности: - Плазмиды, - Транспозоны, - IS- последовательности кодируют признаки, дающие преимущество
Единицей наследственности является ГЕН = участок ДНК, в котором зашифрована последовательность аминокислот в полипептидной цепочке, контролирующая отдельный признак особи
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.
Генотип - 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.
двухцепочечная кольцевая молекула, сод-т до 5 тыс. генов, имеет молекулярную массу 1,7-2,8х10 9 дальтон, включает 3-5х10 6 пар оснований, имеет гаплоидный набор генов, расположена в цитоплазме клетки в многократно свернутом и плотно упакованном виде, содержит гены, обуславливающие жизненноважные для бактерий признаки.
- 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 – «–»
автономные – являются репликоном : плазмиды неавтономные - реплицируются только в составе репликона ( нуклеоида или плазмиды ): транспозоны IS -последовательности умеренные фаги
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
функции регуляторная – компенсирует нарушение функции ДНК нуклеоида, кодирующая – вносит в генотип новую информацию содержание tra -оперона Трансмиссивные ( конъюгативные ) – содержат, Нетрансмиссивные ( неконъюгативные ) - не содержат
устойчивость к антибиотикам, образование бактериоцинов, продукция факторов патогенности, способность к синтезу антибиотиков, расщепление сложных органических веществ, образование ферментов рестрикции и модификации.
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.
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.
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)
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.
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
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
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
= 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
Определение Это изменения в первичной структуре ДНК, которые выражаются в наследственно закреплённой утрате или изменении какого-либо признака (- ов )
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
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.
делеции – потеря гена, инверсия – поворот участка хромосомы или нарушение порядка гена, дупликации – удвоение гена, транспозиция – перемещение гена.
прямые – потеря или изменение признака, обратные (реверсии) – восстановление признака: истинные – восстанавливается и фенотип и генотип, супрессорные – восстанавливается только фенотип.
= 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 -.
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
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.
Определение Процесс восстановления повреждённой ДНК ферментами репарационных систем Различают 2 типа репарационных систем: Система фотореактивации Система темновой репарации
УФ-лучи тиминовые димеры видимый свет активация фермента расщепление димеров
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.
УФ-лучи тиминовые димеры темнота
обнаружение и нарезание повреждённого участка ( эндонуклеаза )
удаление повреждённого участка (ДНК-полимераза I )
синтез на матрице второй нити ДНК нового, не содержащего мутации, участка (ДНК-полимераза I или III)
«вшивание» нового участка в цепь ДНК ( лигаза )
= 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.
клетки=доноры передают информацию клеткам-реципиентам рекомбинат генотип рекомбинанта = генотип реципиента+ часть генотипа донора
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
= 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 0,5-1х10 6
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.
= 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
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 т очке 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!!!
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
= передача генетического материала от одной бактерии к другой при помощи фагов. Различают: 1) общую = неспецифическую трансдукцию, 2) специфическую трансдукцию, 3) абортивную.
– 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,
- 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.
– 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.
ГЕНЕТИКА ВИРУСОВ
вирус 1 + вирус 2 в одной клетке вирус 1 гены вирус 2
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)
вирус 1 + вирус 2 в одной клетке вирус 1 белок репродукция вируса 2
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
вирус 1 + вирус 2 в одной клетке вирус 1 вирус 2 НК 1 капсид 2
