5191

Генетика микроорганизмов. Наследственные факторы микроорганизмов

Реферат

Биология и генетика

Генетика микроорганизмов Сохранение специфических структурных и функциональных свойств организмов, т. е. постоянство признаков на протяжении многих поколений, называют наследственностью. Впервые материалы для познания механизма наследственности был...

Русский

2012-12-04

92.5 KB

12 чел.

Генетика микроорганизмов

Сохранение специфических структурных и функциональных свойств организмов, т. е. постоянство признаков на протяжении многих поколений, называют наследственностью. Впервые материалы для познания механизма наследственности были получены в XVII в. в связи с открытием спермы и яйца. Роль гамет в жизненном цикле высших организмов была постепенно изучена, и стало ясно, что свойства родителей передаются потомству посредством физического «вещества», переносимого в спермиях и яйцах. Дальнейшие наблюдения выявили, что данные генетические факторы содержатся в ядрах гамет как у растений, так и у животных.

Наследственные факторы микроорганизмов

Установлено, что в эукариотных клетках — ядра, а в прокариотных — нуклеоиды служат местом нахождения генетического материала, который представлен ДНК с молекулярной массой 2,9 -109 а.е.м. (а.е.м. — атомная единица массы, равная 1,66057 * 10 -27 кг.) и длиной молекулы 1100—1600 мкм. Молекулы ДНК бактерий имеют вид длинных двойных цепей полимеров — полинуклеотидов, состоящих из мономеров — нуклеотидов.

Каждый мононуклеотид включает одно из четырех азотистых оснований — аденин, гуанин, цитозин или тимин, одну молекулу пентозы и одну молекулу фосфорной кислоты. Обычно молекула ДНК состоит из двух комплементарных нитей, которые образуют двойную спираль. При этом аденин одной нити находится в паре с тимином другой, а гуанин аналогично связан с цитозином. Последовательность азотистых оснований в молекуле ДНК несет информацию, необходимую для синтеза белков. В бактериальной клетке ДНК имеет форму нити, замкнутой в виде кольца. Эта нить называется бактериальной хромосомой. Данная хромосома, как и хромосомы всех живых организмов, имеет отдельные участки — гены (фрагменты молекулы ДНК), дискретно расположенные и несущие генетическую информацию относительно всех признаков, присущих клетке. Ген — главный фактор, отвечающий за наследственные свойства микроорганизмов. Каждый наследственный признак контролируется соответствующими генами.

Генетические исследования показали также, что конкретные признаки микроорганизмов обусловливают ферменты. Это послужило в свое время основанием для теории «один ген — один фермент», которая утверждает, что каждый ген определяет образование специфичного фермента. В дальнейшем оказалось, что гены кодируют не только ферменты, но и многие другие белки. Например, гены, которые несут информацию о синтезируемых микроорганизмами структурных белках, называют структурными генами. Транскрипция генов регулируется определенными регуляторными генами.

Генетический материал микроорганизмов может содержаться не только в хромосоме, но и во внехромосомных структурах — плазмидах, расположенных автономно в цитоплазме или в интегрированном с хромосомой состоянии.

Информация, заключенная в гене, считывается и используется при синтезе специфичного ферментного белка. Наличие этого белка создает химическую основу для проявления определенного признака у микроорганизма. В итоге все наследственные признаки микроорганизмов представляют собой конечные продукты биохимических процессов, что в равной мере применимо и к физиологическим особенностям, и к морфологическим признакам.

Один ген может контролировать наследование одного признака или определять несколько или многие признаки, затрагивающие различные части клетки микроорганизма. Несколько генов могут также совместно контролировать проявление какого-либо одного признака.

В бактериальной хромосоме все гены расположены в линейной последовательности. Гены определенных признаков лежат в соответствующих местах хромосомы, называемых локусами. Бактерии обычно гаплоидны, т. е. имеют только один набор генов.

Полный набор генов, которым обладает клетка микроорганизма, составляет генотип данного микроорганизма. Проявление наследуемых морфологических признаков и физиологических процессов у индивидуумов называется фенотипом (от греч. phaino — являю). Сходные по генотипу микроорганизмы могут существенно различаться по фенотипу, т. е. способу проявления наследственных признаков. Фенотипические различия между микроорганизмами, одинаковыми по генотипу, называют модификациями (фенотипическими адаптациями). Таким образом, взаимодействие генетических задатков с внешней средой может быть причиной возникновения различных фенотипов, даже если генотипы идентичны. Однако потенциальный размах таких фенотипических различий контролируется генотипом.

Модификации, как правило, существуют до тех пор, пока действует вызвавший их специфический фактор внешней среды, они не передаются потомкам и не наследуются ими. Так, обработка фенолом бактерий со жгутиками препятствует развитию жгутиков у этих организмов. Однако у потомства обработанных фенолом безжгутиковых бактерий, выращенного на среде без фенола, образуются нормальные жгутики.

Установлено, что практически все морфологические и физиологические признаки микроорганизмов прямо или косвенно контролируются генетической информацией, заключенной в ДНК.

Информация, которую несет ДНК, не представляет собой что-то абсолютно стабильное и неизменное. Если бы информация, передаваемая от одного поколения к другому, никогда не менялась, то диапазон реакций близкородственных организмов на факторы внешней среды был бы также постоянным и любое внезапное их изменение, оказавшееся вредным для микроорганизмов с застывшим генотипом, могло бы привести к исчезновению вида. Информация, передающаяся от поколения к поколению, нестабильна, что оказывается полезным для выживания вида.

Как уже отмечалось, плазмиды — это внехромосомные кольцевидные молекулы ДНК различной молекулярной массы, обладающие свойствами репликона — способностью к независимой репликации. Плазмиды — не обязательный генетический материал бактерий, необходимый для проявления ее жизнедеятельности. Они выявлены у 50% бактерий родов Enterobacter и Pseudomonas, у 10% бактерий рода Bacillus. В то же время плазмиды могут определять весьма сложные свойства бактерий, например способность к передаче генетического материала от донорских, F+-клеток к реципиентным F--клеткам при конъюгации (F-плазмида); устойчивость к антибиотикам, сульфаниламидным препаратам (R-плазмиды); способность к синтезу токсинов (Ent-плазмида); способность использовать нафталин, камфору, октан и другие сложные соединения; образование фимбрий, которыми энтеробактерии прикрепляются к кишечному эпителию, и др.

Все известные плазмиды подразделяют на конъюгативные и неконъюгативные. Конъюгативные плазмиды переносят собственную ДНК от клетки-донора в клетку-реципиент при конъюгации. Неконъюгативные плазмиды такой способностью не обладают. Молекулярная масса конъюгативных плазмид составляет от 26 до 75 * 106 и неконъюгативных — не более 10 *106 а.е.м. Некоторые плазмиды, например F-плазмида, обладают способностью существовать в клетках бактерий в двух состояниях: в физически независимом от хромосомы и в интегрированном с последней. Другие плазмиды также могут интегрировать в хромосому бактерий, но, как правило, только в определенных условиях.

При делении бактериальной клетки плазмиды, как правило, равномерно распределяются между дочерними клетками. Наследование плазмид в процессе жизненного цикла популяции бактерий обусловливается полуконсервативной репликацией плазмидной ДНК. Репликация плазмидной ДНК тесно связана с системами репликации и деления клеток бактерий, поэтому плазмиду рассматривают как автономный репликон в структурном, но не в функциональном отношении.

Обычно родственные плазмиды не могут сосуществовать в одной бактериальной клетке. Это явление, получившее название несовместимости, стало одним из главных признаков при классификации плазмид. Как правило, в бактериальной клетке остается только одна плазмида из группы несовместимости. Неродственные плазмиды совместимы в клетке, так как системы, которые регулируют процесс их репликации, не зависят друг от друга. Например, в клетках ряда видов из родов Pseudomonas и Staphylococcus выявлены плазмиды, относящиеся к десяти группам, а в клетках представителей семейств Enterobacteriaceae — к 40 группам.

Каждая группа несовместимости имеет несколько десятков плазмид, каждая из которых несет один или несколько генов. Следовательно, чем больше плазмид разных групп несовместимости будет находиться в клетке, тем больше дополнительной генетической информации будет иметь микроорганизм. Имеющаяся в плазмидах генетическая информация, не являясь в обычных условиях существования жизненно важной, может оказаться весьма необходимой в экстремальных условиях. Поэтому плазмиды считают факторами, увеличивающими жизнеспособность бактерий в организме хозяина и в окружающей среде.

В изменчивости микроорганизмов важную роль играют транспозоны — подвижные генетические элементы, представляющие собой сегменты ДНК, способные к внутри- и межхромосомным перемещениям (транспозициям), а также к перемещениям от плазмиды к плазмиде и от плазмиды к хромосоме. Транспозоны обладают рядом особых свойств. Они могут переносить фрагменты ДНК, заключенные между двумя транспозонами, и генерировать в ДНК полярные мутации, делении и инверсии. Транспозоны способны также «включать» и «выключать» соседние с ними гены, поскольку в транспозонах есть промоторы и терминаторы транскрипции. Благодаря перечисленным свойствам транспозоны осуществляют регуляцию активности генов и дифференцировки клеток.

По степени сложности строения выделяют три типа бактериальных транспозонов: IS-элементы (insertion sequences), Tn-элементы (собственно транспозоны), μ (мю)-подобные фаги. IS-элементы содержат только гены, способствующие их транспозиции, поэтому не придают клеткам бактерий какой-либо легко распознаваемый фенотип. Однако, как и другие транспозоны, IS-элементы могут интегрировать внутри генов, выполняющих определенные функции.

Tn-элементы придают бактериям устойчивость к различным антибиотикам и солям тяжелых металлов, содержат информацию о синтезе энтеротоксина, гемолизина, о сбраживании лактозы и в принципе могут нести любые другие гены. Мю-подобные фаги — наиболее сложный транспозон — имеют внеклеточную форму существования. Известны и другие типы подвижных генетических элементов.

Биологическая роль транспозонов определяется прежде всего их способностью индуцировать мутации и геномные перестройки. Однако наиболее ярким показателем значения в клетке собственно транспозонов служит их способность переносить гены, определяющие устойчивость клеток к различного рода токсичным веществам. Правда, такой перенос осуществляется только внутри клетки, но именно благодаря ему данные гены включаются в плазмиды и вместе с ними распространяются в популяциях клеток разных видов, изменяя способность последних к выживанию в неблагоприятных условиях.

Механизмы, вызывающие изменение генетической информации

Мутации. Изменения генотипа, называемые мутациями (от лат. mutare - изменять), происходят спонтанно, т. е. случайно. Такие мутации вызывают резкие изменения единичных генов. Как правило, редкие ошибки репликации ДНК не сопровождаются массированными изменениями информации, вовлекающими большое число разнообразных признаков.

Мутация происходит, если в ДНК химически изменяется или выпадает нуклеотид, а также если в нее включается лишний нуклеотид в гене, что обусловливает проявление измененной информации, а следовательно, измененного белка и соответственно измененного признака организма. Выделяют генные и хромосомные мутации, различающиеся по числу мутировавших генов и характеру изменений в первичной структуре ДНК. Генные мутации обычно затрагивают только один ген, хромосомные распространяются на несколько генов.

Генные мутации, при которых происходит химическое изменение лишь одного нуклеотида, называют точковыми.  Точковые мутации разбивают на несколько классов, различающихся по характеру изменений в ДНК, обусловленных мутагенным фактором. При мутациях, называемых транзициями, пурин в одной из цепей ДНК замещается другим пурином, а пиримидин в комплементарной цепи — другим пиримидином. Изменения, при которых происходит замена пурина пиримидином, именуют трансверсиями. К точковым мутациям относится также вставка лишнего нуклеотида. Последние составляют группу так называемых мутаций со сдвигом рамки, при которых происходит нарушение нормальной последовательности нуклеотидов в ДНК.

Возникшие в результате точковой мутации мутанты в ряде случаев по признакам «возвращаются» к исходной дикой форме благодаря обратной мутации — реверсии. Поэтому штамм бактерий с восстановленным фенотипом дикого типа называют ревертантом. Хромосомные мутации связаны с крупными перестройками в отдельных фрагментах ДНК. Они проявляются в результате выпадения меньшего или большего числа нуклеотидов (делеция), или поворота участка ДНК на 180° (инверсия), или повторения какого-либо фрагмента ДНК (дупликация).

Особой формой изменчивости, в основе которой лежат мутации, представляется диссоциация (расщепление признаков) бактерий. Примером диссоциации может служить образование двух типов колоний при рассеве чистой культуры бактерий на твердой питательной среде. Первый тип — R-колонии (от англ. rough — неровный), имеющие неровные края и шероховатую поверхность, и второй тип — S-колонии (от англ. smooth — гладкий) круглой формы с гладкой поверхностью. В процессе диссоциации изменяется не только морфология колоний, но и физиолого-биохимические и другие свойства бактерий.

Мутации, вызываемые искусственно при помощи химических или физических агентов, которые поддаются контролю, называются индуцированными мутациями. Впервые индуцированные мутации дрожжей были получены при помощи рентгеновских лучей в 1925 г.          Г.А. Надсоном и Г.С. Филипповым.

В тех случаях, когда фактор, вызвавший мутацию, неизвестен, ее считают спонтанной. Вызывать мутации могут различные химические вещества: алкилирующие соединения (этил- и метилме-тансульфонат, диметил- и диэтилсульфат), этиленимин, азотные и серные аналоги иприта, аналоги оснований, соединения мышьяка и хрома, уретан, креозот, деготь, органические перекиси, минеральные масла, половые гормоны, растительные ауксины, ростовые вещества бактерий и растений и другие, а также физические факторы: рентгеновское и ультрафиолетовое излучение, ү-лучи и т. д. Механизм действия мутагенов различен.

До последнего времени геном бактерий рассматривали в определенной степени как пассивную мишень, подвергаемую повреждающему действию мутагенных факторов. При исследованиях бактерий выявлено, что их клетки обладают специальными системами, восстанавливающими повреждения ДНК. Восстановление, или репарацию, поврежденной ДНК осуществляют ферменты, которые находятся под контролем специальных генов. Клетки бактерий могут репарировать повреждения ДНК, вызванные как излучениями, так и химическими мутагенными веществами.

Единичный мутант у бактерий выявляют культивированием популяций в обстановке, благоприятной его росту. В практических условиях отбор форм измененного типа выполняют пересевом культуры на агаровую среду, где возможен рост только мутантов. Можно подобрать и жидкую избирательную среду, на которой мутант становится преобладающей частью популяции. В некоторых случаях мутации встречаются в достаточно большом количестве и их можно обнаружить без отбора.

Рекомбинации. У организмов развились и другие механизмы, способствующие возникновению в потомстве резко измененной наследственности. Эти механизмы заключаются в следующей за этим немедленной перетасовке - рекомбинации генов, принадлежащих близкородственным, но генотипически различным организмам. При генетической рекомбинации в хромосому одной микробной клетки, служащей реципиентом (от лат. recipientis - получающий), встраиваются фрагменты хромосомы микроорганизма, служащего донором (от лат. dono - дарю).

Генетические рекомбинации у эукариот - это образование индивидуумов с новым сочетанием признаков в результате полового процесса. Новая особь получает несколько генов от одного родителя и несколько — от другого, генетически отличающегося родителя. Благодаря процессу рекомбинации увеличивается число наследственных изменений, на которые может воздействовать отбор.

У прокариот генетическая рекомбинация относится к так называемым парасексуальным процессам. Способность к рекомбинации генов может быть представлена в виде следующей примерной схемы:

Донор      а  б в  г  д е  ж  з  

                                                              →  Рекомбинант   АБвгдЕЖЗ       

Реципиент    А Б В Г Д Е Ж З

У микроорганизмов известны три процесса, посредством которых генетический материал от двух различных родителей может рекомбинировать. Это трансформация, конъюгация и трансдукция. Однако ни при одном из этих процессов не происходит истинного слияния клеток или полного слияния нуклеоидов. Лишь часть генетического материала клетки-донора передается клетке-реципиенту.

В такой неполной зиготе, называемой мерозиготой, сформированной в результате переноса генов, генетический материал реципиентной клетки называется эндогенным, а генетический фрагмент, переданный от донора, — экзогенным. Обычно экзогенная и эндогенная части соединяются и обмениваются сегментами немедленно после переноса.

Трансформация. Это процесс переноса генов, при котором часть ДНК клетки-донора, полученная либо экстрагированием, либо при естественном лизисе клеток, может проникать в родственную (одного и того же вида или близкородственных видов) бактериальную клетку-реципиент. В результате в ДНК реципиента включаются фрагменты хромосомы ДНК донора, что обусловливает изменение признаков бактерии-реципиента.

Процесс трансформации можно подразделить на несколько стадий:

первая — контакт ДНК с поверхностью клетки;

вторая — проникновение ДНК в клетку;

третья — соединение трансформирующей ДНК с соответствующим фрагментом хромосомы реципиента.

Дальнейший процесс связан с рекомбинацией части экзогенной молекулы трансформирующей ДНК с реципиентной эндогенной хромосомной ДНК. Последняя стадия — репликация включенной в хромосому новой информации.

В лабораторных условиях искусственную трансформацию выполняют следующим образом. Извлекают ДНК определенного штамма бактерий, очищают и смешивают с клетками бактерий другого штамма, отличающегося от первого одним или несколькими наследственными свойствами. Культуру подопытного микроорганизма оставляют расти. Среди потомства можно обнаружить небольшое количество клеток с некоторыми свойствами штамма, из которого была извлечена ДНК.

Очень редко встречаются случаи, когда единичная бактериальная клетка приобретает в результате трансформации более чем одно новое свойство. Передача через ДНК большего числа признаков наблюдается лишь в том случае, если культура микроба-донора генетически близка к клеткам микроба-реципиента. При помощи трансформирующейся ДНК могут передаваться такие признаки, как капсулообразование, синтез необходимых клетке веществ, ферментативная активность, устойчивость к ядам, антибиотикам и другим лекарственным веществам.

Трансформация отмечена у многих видов бактерий, в частности у представителей родов Bacillus, Rhizobium, Streptococcus и др.                      С использованием трансформации получено много штаммов микроорганизмов, представляющих большое практическое значение.

Конъюгация - процесс, при котором сблизившиеся родительские клетки соединяются при помощи конъюгационных мостиков, через последние происходит обмен генетическим материалом. Конъюгацию исследовали у различных видов бактерий (Escherichia, Shigella, Salmonella, Pseudomonas), она хорошо изучена у Escherichia coli.

Возможность клетки стать донором определяется специфическим половым фактором F (от англ. fertility - плодовитость), который при конъюгации переносится из одной бактериальной клетки в другую. Клетки, связанные конъюгацией, называют F+-клеткам и. Клетки бактерий, не имеющие F-фактора, служат реципиентами генетического материала и обозначаются F-. Половой фактор F относится к числу конъюгативных плазмид и представляет собой кольцевую молекулу ДНК молекулярной массой 64*106 а.е.м.

F-плазмида обусловливает образование на поверхности клетки одной или двух так называемых половых фимбрий, получивших название         F-пили, способствующих соединению клеток-доноров с клетками-реципиентами, а также обеспечивает независимую от хромосомы репликацию собственной ДНК и образование продуктов, которые управляют переносом генетического материала как самой F- плазмиды, так и хромосомы клетки. F-плазмида располагается в цитоплазме автономно, вне бактериальной хромосомы. Бактерию с F-плазмидой называют плазмидосодержащим трансконъюгантом. F-плазмида обладает способностью включаться (интегрировать) в определенные места бактериальной хромосомы и становиться ее частью. В таком случае бактерия получает название хромосомального трансконъюганта.               F-плазмида может быть утрачена вследствие ее распада под действием дезоксирибонуклеазы. В последнем случае бактерия обозначается как абортивный транс-конъюгант.

В результате интеграции F-плазмиды в состав бактериальной хромосомы образуется так называемый Hƒr-штамм (от: High frequency of recombination — высокая частота рекомбинации). Когда происходит скрещивание Hƒr -штамма с F--бактериями, то, как правило, F-фактор не передается, а гены хромосомы бактерии передаются с довольно высокой частотой. В начале процесса конъюгации клетки-доноры F+ или Hƒr соединяются с клетками-реципиентами (благодаря наличию у доноров    F-пилей). Впоследствии между клетками образуется конъюгационный мостик, и через него из клетки-донора в клетку-реципиент передается генетический материал — F-плазмиды или хромосомы. Обычно при конъюгации передается только одна цепь ДНК-донора, а вторая цепь (комплементарная) достраивается в клетке реципиента. Перенос, как правило, начинается с одного конца хромосомы и продолжается с последующим переносом других участков ее.

Переносу генетического материала можно препятствовать в любое время, разделяя конъюгирующие пары при помощи сильного встряхивания суспензии микроорганизмов, находящихся в жидкой среде. В этом случае только некоторые свойства мужских клеток переносятся в женскую клетку и проявляются в потомстве. Рано или поздно перенос прекращается в большинстве конъюгирующих пар и тогда, когда их искусственно не разделяют. Это происходит потому, что конъюгационный мостик непрочен и легко разрушается, не влияя на жизнеспособность клеток.

Таким образом, в результате конъюгации реципиентная F-клетка превращается в мерозиготу, содержащую вследствие самопроизвольного прерывания переноса генетического материала только часть хромосомы F--донора в дополнение к собственной хромосоме. В результате кроссинговера (перекрест хромосом, при котором гены меняются местами) образуется новая комбинация генетическою материала. В зависимости от места расположения подвергающегося обмену генетического материала в потомстве могут возникнуть рекомбинанты неодинакового типа.

Трансдукция у бактерий. Это перенос генетического материала от одной бактериальной клетки к другой посредством бактериофага. Другими словами, фаг при этом играет как бы роль гаметы, перенося в клетку-реципиент фрагмент ДНК клетки-донора. Трансдукция происходит при участии умеренных фагов.

Известны три главных типа трансдукции: общая (неспецифическая), локализованная (специфическая) и абортивная. При неспецифической трансдукции различные фрагменты ДНК передаются от бактерий-доноров к бактериям-реципиентам с помощью умеренных трансдуцирующих фагов. При этом принесенный фагом фрагмент ДНК донора способен включаться в гомологическую область ДНК клетки-реципиента при рекомбинации.

Специфическая трансдукция характеризует способность фага переносить от бактерий-доноров к бактерии-реципиенту только определенные гены. Это обусловлено тем, что образование трансдукцирующего фага происходит в результате соединения его ДНК со строго определенными бактериальными генами, расположенными на хромосоме клетки-донора. Считают, что каждая частица фага переносит или только один бактериальный ген, или несколько близко расположенных генов.

При абортивной трансдукции принесенный фагом фрагмент хромосомы клетки-донора не включается в хромосому клетки-реципиента, а располагается в ее цитоплазме автономно и в таком виде функционирует. При делении клетки-реципиента трансдуцирован-ный фрагмент ДНК-донора может передаваться только одной из двух дочерних клеток, т. е. наследуется однолинейно, в связи с чем утрачивается в потомстве.

При трансдукции возможен перенос генов, контролирующих питательные особенности бактерий, их устойчивость к лекарственным веществам, ферментативную активность, наличие двигательного аппарата (жгутики) и другие свойства. Перенос признаков в процессе трансдукции обнаружен у представителей родов Bacillus, Pseudomonas, Salmonella, Escherichia и др.

Практическое использование достижений генетики микроорганизмов и генной инженерии в микробиологии

Получение наследственно измененных форм микроорганизмов расширило возможности их использования в сельскохозяйственном и промышленном производстве, а также в медицине. Основной метод получения новых форм микроорганизмов — индуцирование мутаций воздействием различными мутагенами на дикие, существующие в природе культуры. Таким методом удается создавать мутантов, которые выделяют в десятки и сотни раз большее количество ценных продуктов (антибиотиков, ферментов, витаминов, аминокислот и т. д.) по сравнению с дикими формами микроорганизмов.

Процесс получения высокопродуктивных штаммов микроорганизмов состоит из многих этапов. Сначала на культуру микроорганизма воздействуют различными мутагенными факторами с последующим отбором наиболее продуктивного штамма. Мутантный штамм могут подвергнуть дальнейшему воздействию мутагенов и последующему отбору еще более продуктивных форм. Часто из тысяч бесполезных мутантов отбирают только один высокопродуктивный штамм. В последние годы методом радиационного и химического мутагенеза микроорганизмов получено большое число промышленных штаммов микроорганизмов — продуцентов нужных человеку веществ.

Особенно широкие перспективы переделки наследственной природы организмов сулит развитие генной, или генетической, инженерии — раздела молекулярной генетики, разрабатывающего методы создания новых генетических структур с заданной информацией и способы их переноса в клетки прокариот и эукариот.

Полученные методом генной инженерии новые генетические молекулы представляют собой рекомбинантные ДНК, включающие два компонента — вектор (переносчик) и клонируемую «чужеродную» ДНК. Поскольку переносчик должен обладать свойствами репликона и обусловливать репликацию вновь созданной реком-бинантной ДНК, то вектором обычно служат такие репликоны, как плазмиды, умеренные фаги и вирусы животных. Все упомянутые переносчики имеют циркулярно замкнутую структуру ДНК. Клонируемая ДНК — это фрагмент ДНК, несущий необходимый ген (или гены), контролирующий образование нужного вещества.

Существуют различные приемы получения рекомбинантных молекул ДНК. Наиболее простой из них начинается с обработки изолированных молекул ДНК-вектора и ДНК, несущей необходимый ген, ферментами-рестриктазами (эндонуклеазы рестрикции), расщепляющими  взятые  молекулы ДНК в строго определенном месте с образованием однонитчатых, комплементарных друг другу концов, так называемых «липких концов». Таков первый этап получения рекомбинантных ДНК, его иначе называют «разрезание» молекул ДНК при помощи эндонуклеаз рестрикции. Второй этап заключается в обработке полученных линейных молекул ДНК ферментом полинуклеотидлигазой, которая «сшивает» две разные молекулы в одну рекомбинантную ДНК. На третьем этапе рекомбинантные молекулы вводят в клетки тех или иных бактерий (методом трансформации. На завершающем, четверто, этапе выполняют клонирование трансформированных клеток.

Методом генной инженерии уже получены рекомбинантные молекулы ДНК, несущие информацию для образования таких важных веществ, как интерферон, инсулин, гормон роста человека и другие, в клетках кишечной палочки. По-видимому, тем же метолом можно будет создать и такие бактерии, которые, потеряв свою болезнетворность, помогут выработать иммунитет против многих инфекционных болезней животных и человека. В промышленности благодаря использованию генной инженерии появятся высокопродуктивные микроорганизмы, создающие белки, ферменты, витамины, антибиотики, ростовые вещества и другие нужные продукты.

Возможно, будут получены новые сорта растений и породы животных, устойчивые к заболеваниям и в полной мере наделенные хозяйственно ценными свойствами. Метод генной инженерии поможет вывести формы растений, обладающие способностью к связыванию молекулярного азота атмосферы. Такие растения, вероятно, можно будет получить после введения в их геном генов от микроорганизмов, фиксирующих азот из воздуха.

В связи с разработкой и совершенствованием методов генной инженерии, показавших возможность передачи не только естественных генов живых организмов, но и искусственно синтезированных, открываются блестящие перспективы для научно-технического прогресса не только в медицине и промышленности, но и в сельскохозяйственном производстве.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

40278. Пользователи бухгалтерской информацией 25 KB
  В зависимости от основных интересов и целей это могут быть государственные органы и общественные организации юридические лица имеющие отношения к данной компании физические лица акционеры зарубежные партнеры и инвесторы. К тем которые не имеют прямого финансового интереса относятся органы государственного и международного регулирования и контроля органы налоговой службы органы государственной статистики органы государственных и международных целевых фондов органы государственных и международных комиссий и комитетов участники...
40280. Разработка системы автоматизированного расчета планирования установки системы видеонаблюдения 2.64 MB
  Цифровая система видеонаблюдения применяется в системах безопасности территориально распределённых объектов, а также в комплексах управления безопасностью
40282. ОТЧЕТ о прохождении преддипломной практики в фирме «ООО «Техно-Р»» 2.37 MB
  Как известно, кластеры позволяют решать проблемы, связанные с производительностью, балансировкой нагрузки и отказоустойчивостью. Для построения кластеров используются различные решения и технологии, как на программном, так и на аппаратном уровне.
40283. Кататоническая шизофрения 25.5 KB
  Кататонический ступор: больной длительное время сохраняет вычурную неестественную часто неудобную позу не чувствуя утомления симптом воздушной подушки симптом капюшона; тонус мышц резко повышен; принятая больным поза длительно сохраняется каталепсия. Растормаживаются примитивные рефлексы хватательный сосательный – симптом хоботка. Другие симптомы: стремление копировать движения мимику и высказывания собеседника эхопраксия эхомимия эхолалия манерность вычурность движений и мимики пассивнаяавтоматическая подчиняемость....
40284. Кататонический синдром 31.5 KB
  Кататоническое возбуждение. Экстатическое растеряннопатетическое возбуждение. Возбуждение может прерываться эпизодами ступора или субступора.
40286. Лечение алкогольных психозов 27 KB
  Лечение: 1 детоксикация применение поливидона декстрана70 декстрана40 препаратов трисоль и хлосоль изотонического раствора хлорида натрия раствора Рингера внутривенно капельно или 5 раствора глюкозы капельно по 500 1000 мл; 25 раствора сульфата магния 5 10 мл внутривенно с 10 раствором глюкозы капельно; тиосульфата натрия хлорида кальция внутривенно унитиола 5 10 мл внутримышечно; 2 немедикаментозная детоксикация очистительная клизма плазмаферез гипербарическая оксигенация поверхностная церебральная...