5105

Генетика бактерий. Рекомбинации у бактерий и их особенности

Реферат

Биология и генетика

Генетика бактерий Особенности организации ядерного аппарата бактерий: морфологические биохимические. Состав бактериального генома: хромосома, плазмиды подвижные генетические элементы (IS-элементы, транспозоны, и...

Русский

2014-12-21

52 KB

97 чел.

Генетика бактерий

  1.  Особенности организации ядерного аппарата бактерий:
    •  морфологические;
    •  биохимические.
  2.  Состав бактериального генома:
    •  хромосома, плазмиды;
    •  подвижные генетические элементы (IS-элементы, транспозоны, интегроны), их функции.
  3.  Изменчивость бактерий:
    •  фенотипическая;
    •  генотипическая.
  4.  Рекомбинации у бактерий и их особенности:
    •  транспозиция;
    •  трансдукция;
    •  конъюгация.
  5.  Генодиагностика:
    •  рестрикционный анализ;
    •  риботипирование;
    •  секвенирование генома;
    •  молекулярная гибридизация;
    •  ПЦР;
    •  ДНК-чипы.
  6.  Классификация бактерий:
    •  филогенетическая;
    •  нумерическая;
    •  геносистематика.
    •  

1.Особенности морфологической организации ядерного аппарата бактерий: - не имеет ядерной мембраны, ядрышка, носит название нуклеоид;

- носителем генетической информации является ДНК. Если у эукариот ДНК-линейная, то у большинства бактерий - кольцевая, и одна нить фиксирована на цитоплазматической мембране. Если раскрутить ДНК, то длина будет в сотни раз превышать длину клетки. ДНК бактерий суперспирализована.

- бактериальная клетка содержит одну хромосому, т.е. бактерии являются гаплоидными организми.

2. Биохимические особенности.

- ДНК бактерий имеет тот же состав, что и ДНК эукариот.

- у бактерий в составе ДНК могут находиться минорные основания, наличие которых защищают ДНК от действия собственных эндонуклеаз.

- в геноме патогенных бактерий имеются участки ДНК, которые отличаются от основного генома составом Г-Ц пар нуклеотидных оснований. Эти участки ответственны за синтез факторов патогенности-острова патогенности.

- ДНК бактерий не содержит гистонов, а их роль выполнят полиамины.

Бактериальный геном представлен структурами, которые способны к автономной репликации. Таких структур две : хромосомы, в которых закодирована вся жизненно необходимая информация (в хромосоме бактерий содержится до 3 тыс. различных генов), и плазмиды.

Плазмиды - это ДНК, которые имеют кольцевую природу. Плазмиды в клетке могут находиться в одном из двух альтернативных состояний: в свободном или интегрированном с хромосомой.

В плазмидах закодирована дополнительная генетическая информация, которая не является жизненно необходимой для клетки, но наличие этой информации сообщает ей определенные селективные преимущества. В состав плазмид входят:

-структурные гены;

-гены, отвечающие за собственную репликацию плазмиды.

Некоторые плазмиды имеют гены, обеспечивающие трансмиссивность плазмиды - tra-гены.

По кодируемому признаку различают:

- R плазмиды- кодируют лекарственную устойчивость бактерий;

- F (sex) плазмиды - определяют способность клетки быть донором генетической информации;

- Col плазмида - кодирует синтез бактериоцинов;

- плазмиды, отвечающие за синтез факторов вирулентности (Ent-, Hly-)

и другие плазмиды.

В состав бактериального генома входят подвижные генетические элементы:

IS-элементы (insertion sequences), транспозоны и интегроны. Они обнаружены как в составе бактериальной хромосомы, так и в составе плазмид. Их репликация – составная часть репликации хромосомы и плазмиды.

IS-элементы - короткие (2000) нуклеотидные последовательности. Отличительной особенностью IS-элементов является наличие на концах инвертированных повторов, которые узнает транспозаза. Они не несут структурных генов; одинаковы у бактерий разных видов, родов, и даже считается, что они одинаковы у прокариот и у эукариот. IS-элементы могут перемещаться как по хромосоме, так и между хромосомами. Они содержат 2 гена:1-й кодирует синтез транспозазы; этот фермент обеспечивает процесс исключения IS элемента из хромосомы и его интеграцию в новой локус хромосомы . 2-й ген кодирует синтез репрессора, который регулирует весь процесс перемещения.

Транспозоны – это сегменты ДНК, обладающие теми же свойствами, что и IS-элемент, но имеющие структурные гены.

Интегроны – подвижные генетические элементы; они содержат ген, кодирующий устойчивость к антибиотикам. Интегроны являются системой захвата малых элементов ДНК, называемых генными кассетами посредством сайтспецифической рекомбинации и их экспрессии.

 Значение мобильных элементов.

Перемещаясь по ДНК клетки или между ДНК, они вызывают:

- инактивацию генов тех участков ДНК, куда они переместившись встраиваются;

- повреждения генетического материала;

- встраивание плазмиды в хромосому;

- распространение гена в популяции бактерий.

Бактериям как и всем живым существам свойственна изменчивость. Изменчивость у эукариот происходит по вертикали, у бактерий – и по вертикали, и по горизонтали.

Различают два вида изменчивости:

- фенотипическая и

-генотипическая.

Фенотипическая изменчивость проявляется в виде модификаций - это изменение свойств клетки под влиянием внешних воздействий.

Модификации могут быть длительными и кратковременными. Модификационные изменения касаются подавляющего большинства клеток популяции.

Генотипическая - это мутации или рекомбинации.

Мутации могут быть спонтанными и индуцированными.

Рекомбинация у бактерий рассматриваются как аналоги полового размножения.

Рекомбинации - это взаимодействие между двумя геномами, обладающими различными генотипами, которое приводит к образованию генома, сочетающего гены донора и реципиента. В процессе рекомбинации бактерий условно делят на клетки-доноры, которые передают генетический материал, и клетки-реципиенты, которые его принимают.

Особенности рекомбинаций у бактерий:

- отсутствует мейоз. Образуется не зигота, а меразигота.

- всегда направлена от донора к реципиенту.

- количество генетического материала у реципиента всегда больше одного.

Рекомбинант содержит всю генетическую информацию реципиента и часть генетической информации донора.

У эукариот механизм рекомбинации один – мейоз; у бактерий различают три вида рекомбинаций:

  1.  трансформация- это обмен генетической информации с помощью чистой ДНК.
  2.  трансдукция – этот способ переноса генетической информации с помощью фагов.
  3.  конъюгация – это способ передачи генетической информации, когда между двумя бактериями образуются цитоплазмические мостики. При конъюгации в клетку-реципиент может перейти почти весь геном.

Генетические методы применяются в практических целях как для обнаружения микроба в исследуемом материале без выделения чистой культуры, так и для определения таксономического положения микроба и проведения внутривидовой идентификации.

Секвенирование генома – определение последовательности пар нуклеотидов ДНК.

Рестрикционный анализ – этот метод основан на применении ферментов рестриктаз – это эндонуклеазы, которые расщепляют молекулу ДНК только в определённых местах. Если выделенную из конкретного материала ДНК обработать определенной рестриктазой, то это приведет к образованию строго определенного количества фрагментов ДНК фиксированных размеров.

Риботипирование – позволяет определить вид бактерий. Последовательность нуклеотидных оснований в оперонах, кодирующих рРНК, характеризуется наличием как консервативных участков, которые имеют сходное строение у различных бактерий, так и вариабельных последовательностей, которые родо- и видоспецифичны и являются маркерами при генетической идентификации. Молекулярная гибридизация – применяется в геносистематике. Этот метод позволяет выявить степень сходства различных ДНК.

ПЦР – целью является обнаружение генов или соответствующих нуклеотидных последовательностей, кодирующих либо видовую принадлежность, либо иной признак.

Метод ПЦР основан на принципе комплементарности и позволяет увеличивать (амплифицировать) количество исследуемого образца ДНК. Этот метод обладает чрезвычайно высокой чувствительностью и теоретически позволяет обнаружить в исследуемом материале даже единичные молекулы ДНК.

Разновидности ПЦР:

- ПЦР в режиме реального времени; даёт возможность определить количество фрагментов ДНК находящегося в материале, т.е. проводить количественный анализ;

- мультиплексная ПЦР – преимущество заключается в том, что в реакционную смесь можно вводить 2 – 4 и более пары праймеров. Они характерны для различных возбудителей.

- обратнотранскрипционная ПЦР – позволяет осуществить копирование РНК возбудителей.

ДНК – чипы являются новейшими технологиями гибридизационных методов молекулярно-генетического анализа. Они представляют собой носители известных олигонуклеотидов (менее 20 оснований каждый), комлементарных участкам исследуемого генома (или геномов) и занимающих определенный сайт (ячейку). При наличии в исследуемой пробе фрагментов искомой ДНК они гибридизуются (соединяются по принципу комплементарности) с нуклеотидными последовательностями, сидящими на чипе.

Классификация бактерий.

Основной таксономической единицей у бактерий является вид. Для обозначения вида у бактерий используется двойная (бинарная) номенклатура

Вид у бактерий- это совокупность родственных бактерий, которые обладают сходными биологическими свойствами и имеют общее происхождение. В настоящее время существует 3 подхода к классификации бактерий:

  1.  Рутинная классификация.

Она лежит в основе определителя бактерий под редакцией Берджи.

  1.  Нумерическая таксономия.
  2.  Геносистематика.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

41389. Базы данных. Копирование и восстановление баз данных MS SQL Server 204.5 KB
  Потери данных возможны по следующим причинам: неисправность аппаратного обеспечения; ошибки в системном программном обеспечении; ошибки в пользовательском программном обеспечении; ошибки системного администратора; некорректная работа пользователей DROP LTER UPDTE DELETE; аварийные ситуации пожар наводнение и пр. Администратор должен разработать стратегию восстановления данных. В основе любой стратегии восстановления данных лежит создание резервных копий базы данных.
41390. Базы данных Snаpshot. Snаpshot: моментальный снимок базы данных 72.5 KB
  Snpshot: предназначен для хранения архивных данных Пример Аудит: мероприятия операции направленные на отслеживание изменений базы данных кто когда как.
41391. Базы данных. Основы SQL. Реляционная база данных 120 KB
  SQL Structured Query Lnguge: 1970гг впервые разработан IBM для System R назывался SEQUEL; первый стандарт NSI SQL 1986г; первая коммерческая СУБД поддерживающая SQL была Orcle V2 на машинах VX. SQL 92: SQL 2 ISO 9075 SQL 99: SQL 3 объектноориентированные возможности. SQL 2003 SQL 2006 SQL 2009: XML.
41392. Базы данных SQL. Создание таблиц. 138.5 KB
  Заполнение таблиц Секция WHERE SELECT DELETE UPDTE Ограничение ссылочной целостности CONSTRINT SELECT ORDER BY SELECT TOP SELECT DISTINCT WHERE BEWEEN WHERE IS NULL WHERE NOT WHERE LIKE GROUP BY.
41394. Базы данных SQL 121.5 KB
  LEFT OUTER JOIN RIGHT OUTER JOIN FULL OUTER JOIN INSERT INSERT SELECT INSERT UNIQUEIDENTIFIER IDENTITY INSERT defult deciml вычисляемые столбцы Время дата .
41395. Базы данных. Индексы 126 KB
  Индекс: всегда связан с таблицейс подмножеством столбцов таблицы. Индекс: предназначен для ускорения поиска строк в таблице по индексируемым столбцам Индекс: Microsoft SQL Server бывают кластерные некластерные просто индексы. Некластерный индекс: физически находится отдельно от таблицы список значений индексируемого столбца столбцов в определенном порядке с указателем на строку в таблице; список как правило бинарное дерево поиска.
41397. Базы данных. Повышение производительности запроса. 359 KB
  Query Optimizer: вычисляет несколько планов не все запроса на основе статистики метаданных информации о индексах и др.; на основе статистики предполагает стоимости запроса по различным планам и выбирает план с минимальными затратами на использование ресурсов помещает его кэш; как правило планы хранящиеся в кэше используются повторно. Стоимость запроса: числовая величина характеризующая степень использования ресурсов; Эффективность плана: наличие индексов или сканирование; статистика о распределении данных как правило...