Доброе утро, день или вечер! Сегодня поговорим о генетики микроорганизмов, а вот о генной инженерии и о препаратах узнаем в следующей статье.
Тема лично для меня скучная и нудная. Даже в школе, на биологии она никого не впечатляла ни меня, ни моих одноклассников. У меня не было профильного разделения предметов, так как я училась в сельской "церковно-приходской школе" с одним уроком в неделю биологии и одним уроком химии(. Так что этот блок информации впихивался в наши головы с трудом и за короткий промежуток времени. Я думаю, что многие школьники сталкиваются с этой проблемой, а особенно их бедные родители, которые вынуждены платить баснословную сумму за репетиторов.
Ладно, немного пожаловалась и хватит. Так вот вернемся к нашим генетическим баранам и начнем потихоньку.
Генетика микроорганизмов — это раздел общей генетики, который изучает микроорганизмы (бактерии, вирусы, микроскопические грибы) и особенности их наследственности и изменчивости.
Материальной основой наследственности бактерий является ДНК. По строению она простая как палка - это молекула ДНК, замкнутая в кольцо с гаплоидным набором генов. Это строение эталон по строению, но есть и исключения: у некоторых бактерий (например, у Vibrio cholerae, L. interrogans, Brucella spp.) — две кольцевые хромосомы, у некоторых (Borrelia burgdorferi, Streptomyces spp.) — линейные хромосомы.
Кроме хромосомы, у бактерий имеются внехромосомные генетические элементы - плазмиды. Это молекулы ДНК, которые или находятся вне хромосомы, в автономном состоянии, в виде колец, прикрепленных к мезосомам, или встроены в хромосому. Плазмиды придают бактерии дополнительные наследственные признаки, но не являются обязательными для нее.
Для простоты восприятия информации и написании шпаргалки, информацию представила в виде таблицы.
Несколько примеров плазмид, которые уже изучены.
Генотип - это общая сумма генов микроорганизма.
Фенотип - это весь комплекс свойств микроба, проявление генотипа в определенных, конкретных условиях существования.
Генотип - это грубо говоря, то чем напихана клетка, а фенотип - видимое его проявление.
Фенотип контролируется генотипом. Меняется генотип или под воздействием окружающей среды или сам изменяется внутри себя. Выделяют ненаследственную или фенотипическую изменчивость и наследственную или генотипическую изменчивость.
Изменчивость - различие в свойствах между особями одного вида.
- Ненаследственная или фенотипическая изменчивость не затрагивает геном микроба, не передается по наследству. Модификации возникают в ответ на изменяющиеся условия окружающей среды. При устранении фактора, вызвавшего модификацию, изменение исчезает. Например, кишечная палочка только в присутствии лактозы продуцирует ферменты, разлагающие этот углевод. Стафилококки образуют фермент, разрушающий пенициллин, только в присутствии этого антибиотика.
- Наследственная или генотипическая изменчивость возникает в результате изменения самого генома. Изменение генома может наступить в результате мутаций или рекомбинаций (трансформация, трансдукция, конъюгация).
Рекомбинация - обмен генетическим материалом между клетками-донором и реципиентом. Рекомбинация бывает трех типов: гомологичная рекомбинация, сайт-специфическая рекомбинация и незаконная рекомбинация.
- Гомологичная рекомбинация. В процессе разрыва и воссоединения ДНК происходит обмен между участками ДНК, обладающими высокой степенью гомологии.
- Сайт-специфическая рекомбинация. Для её протекания не требуются протяжные участки гомологии ДНК, но необходимы строго определённые последовательности ДНК и специальный ферментативный аппарат. Примером этого типа рекомбинации является встраивание плазмиды в хромосому бактерий.
- Незаконная рекомбинация. Происходит между негомологичными участками ДНК. Примером её является транспозиция подвижных генетических элементов по репликону или между репликонами.
В рекомбинации выделяют три формы переноса генетического материала: трансформация, трансдукция и конъюгация.
Трансформация (лат. transformatio -превращение) - передача ДНК в виде свободного растворимого вещества, выделенного из клетки донора, в клетку реципиента. При этом рекомбинация происходит, если ДНК донора и реципиента родственны друг другу, и может произойти обмен гомологичных участков своей и проникшей извне ДНК.
Трансдукция (лат. transductio - перенос) - передача ДНК от бактерии-донора к бактерии-реципиенту с помощью бактериофага. Различают неспецифическую трансдукцию, специфическую и абортивную.
- При неспецифической трансдукции может быть перенесен любой фрагмент ДНК донора.
- При специфической трансдукции перенос определенного фрагмента ДНК донора только в определенный участок реципиента.
- Трансдукция называется абортивной, если фрагмент ДНК, принесенный бактериофагом, не вступает в рекомбинацию с хромосомой реципиента, а остается в цитоплазме и может кодировать синтез какого-то вещества, но не реплицируется при делении, передается только одной из двух дочерних клеток и затем утрачивается.
Конъюгация (лат. conjugatio - соединение) - это переход ДНК из клетки-донора ("мужской") в клетку-реципиент ("женскую") через половые пили при контакте клеток между собой. Донором является "мужская" клетка (F+-клетка), она содержит F-фактор - половой фактор, который кодирует образование половых пилей. Клетки,не содержащие F-фактора (F-клетки), являются женскими. При конъюгации клетки-доноры соединяются с клетками-реципиентами с помощью F-пилей, через которые происходит переход ДНК. Если клетка-реципиент получает F-фактор, она становится "мужской" F+-клеткой.
Если F-фактор включен в хромосому, то бактерии способны передавать фрагменты хромосомы и называются Hfr-клетками (англ. high frequency of recombination - высокая частота рекомбинации). При конъюгации хромосома разрывается в месте нахождения F-фактора и реплицируется, причем одна нить ДНК передается в клетку реципиента, а копия остается в клетке донора. F-фактор включается в хромосому в определенном ее участке, поэтому перенос отдельных генов хромосомы совершается в строго определенное время.
Мутации (лат. mutatio - изменение) - изменение последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК, в результате которого происходит появление или потеря признака. Образовавшиеся микробы называют мутантами.
По происхождению мутации могут быть спонтанными или индуцированными.
- Индуцированные мутации получают в эксперименте под влиянием мутагенов: радиации, некоторых химических веществ.
- Спонтанные мутации возникают под влиянием естественных факторов.
Мутации микроорганизмов могут иметь важное практическое значение. Получены штаммы-мутанты грибов и актиномицетов, являющиеся продуцентами антибиотиков во много раз более активных, чем исходные культуры. Из мутантов с ослабленной вирулентностью могут быть получены вакцинные штаммы для получения живых вакцин.
Диссоциация бактерий (лат. dissociatio - расщепление) - одно из проявлений мутаций. В популяции микроорганизмов появляются особи, вырастающие при посеве на плотную питательную среду в виде гладких S-форм и шероховатых R-форм колоний (англ. smooth - гладкий, rough - шероховатый). S-формы колоний – круглые , влажные, с гладкой блестящей поверхностью, с ровными краями. R-формы колоний неправильной формы, непрозрачные, сухие, с изрезанными краями и шероховатой поверхностью.
Процесс диссоциации, то есть расщепления особей в популяции, обычно протекает в одном направлении: от S- к R-форме, иногда через промежуточные формы. У большинства видов бактерий вирулентными являются S-формы. Исключение составляют возбудители чумы, сибирской язвы, туберкулеза.
Неужели я закончила! Надеюсь, статья вас несильно утомила и оказалась полезной. Материал пригодиться не только для зубрешки, но и для написания шпаргалок. Всем спасибо, обещаю, что следующая статья будет менее энергозатратной и более познавательной. Всем успешных сдач и пересдач. До новых встреч)))
Используемая литература. Как всегда учебники по Микробиологии Воробьева А.В., Быкова А.С. и МИКРОБИОЛОГИЯ Л. М. Закарян. Картинки из интернета. Таблицы составляла сама.