Александр Сеченов из медицинской онлайн школы - Sechenov Universkill

789 подписчиков

Генетический аппарат бактерий. Часть 1

14 марта 202314 мар 2023

252

5 мин

Отличительные особенности организации генома прокариот

Относительно высокое (70%) содержание структурных генов на имеющуюся ДНК
Высокое абсолютное число генов
Организация генов в опероны – целостно транскрибируемые группы функционально родственных генов
Отсутствует интрон- экзонная структура – гены непрерывны
Присутствие внехромосомной ДНК – плазмид
Репликация, транскрипция и трансляция происходят в цитоплазме
Процесс транскрипции и трансляции проходит одновременно
Полицистронные мРНК

Генетическая информация бактерий заключена в НУКЛЕОИДЕ.

Нуклеоид - свернутая в клубок двухцепочечная ДНК (“хромосома”), которая с помощью рецепторов закреплена в цитоплазме ( из этого следует, что бактерии гаплоидны)!!! ИМЕЕТ СУПЕРСПИРАЛИЗОВАННУЮ ФОРМУ!!!

Хромосома бактерий - двухцепочечная ДНК

обладает гаплоидным набором генов, кодирующих жизненно важные для бактериальной клетки функции
формирует компактный нуклеоид бактериальной клетки
может быть кольцевой (E. coli) или линейной формы (B. burgdorferi)

Состав хромосомы бактерий:

Структурные гены = цистроны
Регуляторные гены (регуляторы, операторы, промоторы, аттенуаторы, терминаторы)

Структурно-функциональная единица хромосомы - ОПЕРОН!!!

= структурные гены + ген-оператор

РЕГУЛОН = опероны + регуляторный ген

Внехромосомные генетические элементы

ПЛАЗМИДА - Плазмиды представляют собой двухцепочечные молекулы ДНК размером от 103 до 106 н.п.

Они кодируют неосновные для жизнедеятельности бактериальной клетки функции, но придающие бактерии преимущества при попадании в неблагоприятные условия существования
способны самостоятельно инициировать собственную репликацию
Для репликации используют синтетический аппарат клетки, ее пластические и энергетические ресурсы
Плазмиды с одним и тем же типом контроля репликации несовместимы - две близкородственные плазмиды не могут стабильно сосуществовать в одной клетке, одна из них подвергается удалению
Репликацию плазмидной ДНК и бактериальной хромосомы осуществляет один и тот же набор ферментов, однако репликация плазмид происходит независимо от хромосомы
могут находиться в цитоплазме или быть интегрированными в бактериальную хромосому
Плазмиды существенно различаются в отношении круга хозяев: узкоспецифичные и широкоспецифичные

Среди фенотипических признаков, сообщаемых бактериальной клетке плазмидами, можно выделить следующие:

1) устойчивость к антибиотикам;

2) образование колицинов;

3) продукция факторов патогенности;

4) способность к синтезу антибиотических веществ;

5) расщепление сложных органических веществ;

6) образование ферментов рестрикции и модификации

Большинство плазмид состоит из трех групп генов:

участка ДНК, ответственного за автономную репликацию плазмиды в клетке;
системы генов, обеспечивающих возможность переноса плазмид из одной клетки в другую;
генов, определяющих свойства, полезные для клетки-хозяина

Чем больше молекулярная масса, тем сложнее набор генов и многообразнее функции плазмид!!!

Распространение среди бактерий:

по вертикали – путем передачи от родительской клетки дочерним клеткам в процессе клеточного деления бактерий
по горизонтали – путем переноса между клетками в популяции бактерий независимо от клеточного деления

Интегративные плазмиды, или эписомами - могут обратимо встраиваться в бактериальную хромосому и функционировать в виде единого репликона

!!!Между бактериальными клетками плазмиды переносятся путем конъюгации, контролируемой tra-опероном плазмиды. В зависимости от наличия этого оперона плазмиды подразделяют на конъюгативные и неконъюгативные

КЛАССИФИКАЦИЯ:

По способности инициировать процесс конъюгации

Конъюгативные (трансмиссивные)

более крупные размеры;
содержат область tra-генов (tra - от TRAnsfer genes), то есть генов, белковые продукты которых обеспечивают конъюгацию
Продукты tra-генов вызывают формирование пили, образуют комплекс ферментов, изменяющих ДНК нужным образом во время переноса, а также противодействуют прикреплению пилей других бактерий к клеточной стенке данной

Неконъюгативные (нетрансмиссивные)

Не содержат области tra-генов
не способны к самостоятельной передаче генетического материала в другие бактериальные клетки

Мобилизуемые

содержат только часть tra-генов
способны передавать свой ДНК-материал в ходе конъюгации, используя белковые продукты трансмиссивных плазмид, находящихся в той же клетке

По обычному числу копий плазмиды данного типа в клетках:

Высококопийные
Низкокопийные

По функции:

F–плазмиды — половой фактор, выполняют донорские функции, индуцируют деление-контролирует синтез F-пилей, способствующих передачи генетической информации от бактерии-доноров к реципиентам. Есть два состояния: интегрированное и автономное.

Интегрированные F–плазмиды переносят свою генетическую информацию и часть генетической информации хромосомы в реципиентную клетку. За это отвечает tra-ОПЕРОН плазмиды

R-плазмиды — R–фактор, фактор резистентности, детерминируют множественную резистентность к антимикробным препаратам.

R–плазмиды имеют более сложное строение, в их состав входит r–оперон, который может содержать более мелкие мигрирующие элементы (IS–последовательности, транспозоны и tra-опероны).

R-плазмиды могут передаваться бактериям других видов -> широкое распространение среди патогенных бактерий -> осложнение лечения

Плазмиды бактериоциногенности - детерминируют синтез бактериоцинов (колицинов, стафилоцинов, вибриоцинов, пестицинов) — белковых антибиотикоподобных веществ, обладающих бактерицидным действием в отношении близкородственных видов микроорганизмов!!!

Механизм межвидовой или внутривидовой конкуренции и не действуют на клетки, несущие плазмиды бактериоциногенности такого же типа!!!

○ Col-плазмиды — содержат гены колицинов (бактериоцинов — белков, подавляющих жизнедеятельность близкородственных бактерий других разновидностей). Средство борьбы за существование.

Плазмиды вирулентности - контролируют вирулентные свойства микроорганизмов, детерминируя синтез факторов патогенности:

○ CF+ плазмиды – контролируют адгезию

○ плазмиды, контролирующие синтез пенетринов

○ Hly–плазмиды — определяют синтез гемолизинов

○ Ent–плазмиды — определяют синтез энтеротоксинов

○ Tox–плазмиды — определяют токсинообразование

D–плазмиды – плазмиды биодеградации, несут информацию об утилизации органических соединений, которые бактерии используют в качестве источников углерода, азота и энергии (в т. ч. различные сахара и необычные аминокислоты)

Обеспечивают патогенным бактериям селективные преимущества во время пребывания на объектах окружающей среды и в организме человека (уропатогенные штаммы кишечных палочек содержат плазмиду гидролизации мочевины)