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

92 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

14039. Повышение лояльности потребителей в ЗАО «СМО «Спасение» 3.56 MB
  Значение лояльности как фактора конкурентоспособности подтверждается конкретными статистическими данными. По оценкам Ф.Ф. Райхельда и его коллег, низкий уровень лояльности в деловой среде снижает показатели эффективности экономической деятельности на 25—50%, а иногда и более процентов.
14040. Маленький горбань. Урок з української літератури С. Черкасенко 52.5 KB
  УРОК № 25 Тема.С. Черкасенко. Маленький горбань. Мета:продовжити ознайомлення з твором С. Черкасенка Маленький горбань; розвивати навички зв’язного мовлення аналізу епічного твору характеристики героїв; на прикладі художньої літератури допомогти учням усвідоми
14041. «Маленький горбань». Краса зовнішня і внутрішня, душевна С. Черкасенко 29 KB
  УРОК № 26 Тема.С. Черкасенко. Маленький горбань. Краса зовнішня і внутрішня душевна. Мета:продовжити роботу над твором С. Черкасенка Маленький горбань; розвивати зв’язне мовлення учнів уміння аналізувати епічний твір висловлювати власну думку на основі прочита...
14042. «Євшан-зілля» М. Вороний 31 KB
  УРОК № 27 Тема.М. Вороний. Євшанзілля. Мета:ознайомити учнів із життям і творчістю письменника змістом поеми Євшанзілля; розвивати навички виразного й усвідомленого читання переказу ліроепічного твору; виховувати почуття патріотизму поваги до історичного мин
14043. «Євшан-зілля». Конспект уроку з української літератури М. Вороний 39 KB
  УРОК № 28 Тема.М. Вороний. Євшанзілля. Мета:допомогти учням глибше усвідомити ідейнохудожній зміст поеми Євшанзілля; розвивати навички аналізу ліроепічного твору висловлення власної думки щодо прочитаного виховувати почуття патріотизму любові до близьких і
14044. «Різдво», «Коляда» Б.-І. Антонич 37.5 KB
  УРОК № 30 Тема.Б.І. Антонич. Різдво Коляда. Мета:ознайомити учнів із життям та творчістю письменника його віршами про народнорелігійні свята й обряди; розвивати навички виразного читання аналізу визначення художніх засобів у поезіях; висловлення власних судж
14045. М. Вороний. «Євшан-зілля». Роздуми про сучасність 28 KB
  УРОК № 30 Тема. М. Вороний. Євшанзілля. Роздуми про сучасність. Мета: продовжити вивчення твору М. Вороного Євшанзілля; розвивати зв’язне мовлення учнів уміння пов’язувати літературні ідеї із життям висловлювати і відстоювати власну точку зору; виховувати почут
14046. «Печенізька облога Києва» О. Олесь 33.5 KB
  УРОК № 31 Тема.О. Олесь. Печенізька облога Києва. Мета:ознайомити учнів із життям та творчістю О. Олеся його віршами й поемою з історії України княжої доби; розвивати навички виразного читання аналізу поетичних творів визначення їхньої історичної основи висловле
14047. «Метелиця чи дівчина...» О. Олесь 39.5 KB
  УРОК № 32 Тема.О. Олесь. Метелиця чи дівчина.... Мета:допомогти учням глибше усвідомити ідейнохудожній зміст твору художню майстерність автора; розвивати навички виразного читання аналізу ліричного твору визначення художніх засобів та їхньої ролі у творі; вихову