5542

Генетика микроорганизмов. Генетический материал бактерий

Реферат

Биология и генетика

Генетика микроорганизмов Генетика - наука об изменчивости и наследственности организмов. Основателем учения об изменчивости и наследственности является Ч. Дарвин, доказавший в 1859 году, что все существующие виды растений и животных произошли из...

Русский

2012-12-13

48 KB

19 чел.

Генетика микроорганизмов

Генетика – наука об изменчивости и наследственности организмов. Основателем учения об изменчивости и наследственности является Ч.Дарвин, доказавший в 1859 году, что все существующие виды растений и животных произошли из немногих исходных форм в результате изменчивости.

В 1906 – 1907 годах М.Нейссер и Р. Мансини описали появление «дочерних» колоний кишечных палочек, в отличии от материнских не ферментировавших лактозу. В настоящее время центральное место в генетике5 микроорганизмов по-прежнему занимает интенсивное изучение кишечной палочки и ее многочисленных вирусов-паразитов. Новым направлением в генетике микроорганизмов является генная инженерия, с помощью которой можно в определенной степени управлять наследственностью микроорганизмов.

Генетический материал бактерий

Явление наследственности связано со спецификой молекулы ДНК, которая программирует процессы индивидуального развития особей бактерий. У высших растительных и животных организмов вся генетическая информация заложена в ядре, содержащем полный набор хромосом. Аналог ядра у бактерий представлен нуклеотидом, состоящим из одной уложенной или развернутой молекулы ДНК. Генетический материал бактерий представлен ДНК, в молекулах которой закодирована информация о структуре клеточных белков.

Двунитевая молекула ДНК-хромосомы бактерии кишечной палочки состоит из 1,7х107 нуклеотидных пар. Ее молекулярная масса составляет примерно 3% сухой массы клетки бактерии. Единицей наследственности является ген, представляющий собой участок ДНК, в котором зашифрована последовательность аминокислот в полипептидной цепи, характеризующий отдельный признак особи. В отличии от растений и животных бактерии преимущественно являются гаплоидными – содержат одинарный набор генов и совмещают функции гаметы и особи.

Состав нуклеотида бактерий

Синтез каждого фермента, или более точно полипептидной цепи контролируется отдельным геном генома. Если в геноме бактерии отсутствует ген данного фермента, этот фермент не может быть синтезирован. ДНК представляет собой длинный полимер – полинуклеотид. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания – аденина, гуанина, цитозина или тимина и остатка сахара дезоксирибозы и фосфатной группы, с помощью которых нуклеотиды соединяются между собой.

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД – составляет особая последовательность нуклеотидов на определенном участке ДНК. Последовательность оснований в ДНК характеризует собой структурную единицу – кодон, который кодирует каждую из 20 аминокислот, входящих в состав белков.

ГЕНОТИП

ГЕНОТИП – это комплекс генов, наследственно переданный особи материнской клеткой. Комплекс внешних и внутренних признаков бактерий, таких как форма, размеры, окраска, химический состав, биохимические и микроскопические особенности соответствуют фенотипу, то есть внешнему проявлению генотипа.

Транскрипция

Процесс синтеза белка, закодированный молекулой ДНК, осуществляется в несколько этапов и требует участия трех типов РНК:

Информационной (матричной) – и-РНК, транспортной – т-РНК, рибосомальной – р-РНК. Информационная РНК образуется припомощи специфического фермента РНК-полимеразы на матрице молекулы ДНК. При этом генетическая информация, определяемая типом последовательности чередования нуклеотидов, копируется в молекуле и-РНК.

Рибосомы  бактерий

Информационная РНК направляется к рибосомам, находящимся в цитоплазме, которые  представляют собой рибонуклеопротеиды, содержащие 63% РНК и 37% белка.

Рибосомы бактерий содержат три типа собственной рибосомальной РНК 5S, 16S, 26S. Кроме РНК субъединицы рибосом имеют индивидуальные белки. Предполагают, что белки выполняют функции формирования структуры рибосом и центров связывания активизированных аминокислот, а также обеспечивают правильность считывания матрицы.

Трансляция

Перевод четырехбуквенного (А,Т,Г,Ц) языка нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) на язык протеинов называется трансляцией.  Реализация наследственной информации происходит в определенных условиях внешней среды. Различия в условиях среды накладывают свой отпечаток на развитие особей бактерий. Поэтому развитие бактерий необходимо рассматривать как следствие действий двух важнейших факторов – действия генотипа, влияния на особь факторов внешней среды. 

Гетероморфизм

Под влиянием физических, химических и биологических воздействий некоторые микроорганизмы могут изменять свои морфологические признаки, принимая формы больших шаров, утолщенных нитей, колбовидных образований, ветвлений и т.д. Явление морфологических изменений у микробов Н.Ф.Гамалея назвал гетероморфизмом.

Диссоциация

Гетероморфизм легко возникает под влиянием солей лития, а также фага, кофеина, сульфаниламидов, антибиотиков, различных излучений, действия магнитных полей и других факторов. Любое изменение морфологических признаков, как правило, сопровождается изменением и физиологических свойств. Например, при посеве на плотную питательную среду чистой культуры образуются колонии двух основных типов: гладкие – S –формы и шероховатые R-формы. Такого рода изменчивость получила название диссоциация.

Генетическая изменчивость микроорганизмов

Изменчивость бактерий затрагивает и их потребность в метаболитах. Под влиянием антибиотиков, химических веществ, ультрафиолетового излучения у некоторых микробов появляется потребность в витаминах, аминокислотах, факторах роста, в которых не нуждались исходные штаммы.

Таким образом, в отличие от исходных прототрофов эти микроорганизмы превращаются в ауксотрофов.

Ненаследственная фенотипическая изменчивость

Под действием некоторых веществ могут изменяться ферментативные свойства бактерий. Еще более важным моментом является то, что под влиянием различных факторов изменяется степень патогенности у болезнетворных микробов.

Изменчивость микроорганизмов, возникающая под действием факторов внешней или внутренней среды, которая не сопровождается изменением структуры генотипа называется ненаследственной фенотипической изменчивостью.

Аттенуация

В процессе снижения степени патогенности микроорганизмов – аттенуации происходят наследственные генотипические изменения химического состава бактерий. У микобактерий туберкулеза уменьшается содержание липидов, у возбудителя чумы – белка, у туляремийных бактерий и бруцелл – снижение способности липидов к комплексообразованию.

L-формы бактерий

При воздействии пенициллином, химическими веществами или иммунными сыворотками на стафилококки, микобактерии туберкулеза и многие другие бактерии, возникают L-формы бактерий у которых нарушается синтез клеточной стенки. Микробная клетка превращается в большой шар с вакуолями, гранулами, зернистостью.

МУТАЦИИ

При необратимой утрате определенных звеньев биосинтеза клеточной стенки, у бактерий наблюдается наследственная генотипическая изменчивость – мутационная изменчивость.

Нуклеоидная мутация – происходящая в нуклеоиде.

Цитоплазматическая мутация – в ДНК цитоплазмы.

Происхождение мутации

Спонтанные, образующиеся под воздействием внешних факторов без вмешательства экспериментатора.

Индуцированные, возникающие в следствии обработки микробной популяции мутагенными факторами.

По механизму действия мутации

1. Точечные или мелкие, при которых в результате замены, вставки или выпадения одной пары азотистых оснований ДНК внутри самого гена изменяется генетический признак бактериальной клетки. Наблюдается спонтанная или индуцированная реверсия, т.е. восстановление утраченного или утрата приобретенного признака.

По механизму действия мутации

2. Крупные или множественные мутации, при которых наблюдается, в основном, летальный исход.

3. Супрессорные мутации – это эффекты приобретения или утраты признака, непосредственно не связанного с действием мутагена на структурный ген, ответственный за этот признак. Закономерный исход супрессорных мутаций – восстановление исходного генетического статуса.

Генетические рекомбинации

Суть явления – в реципиентную клетку попадает фрагмент экзогенной ДНК бактерии-донора, который взаимодействует с цельной хромосомой реципиента, в результате чего происходит рекомбинация (перераспределение) генетического материала с образованием рекомбинанта, имеющего признаки обоих родителей. Его хромосома состоит из двух хромосом -  реципиента с фрагментами донора.

Фертильность

Для осуществления возможности скрещивания донор должен обладать свойствами фертильности (плодовитости).

Рекомбинация произойдет при наличии у реципиента рекомбинационных генов, а также при отсутствии факторов ограничения экспрессии чужеродной ДНК.

ТРАНСФОРМАЦИЯ

Это передача генетической информации, путем введения в клетку реципиента изолированной ДНК бактерии-донора. Трансформация эффективна в пределах одного вида.

Межвидовая трансформация получена у бактерии родов Neisseria, Bacillus, Streptoccocus.

ТРАНСДУКЦИЯ

Перенос генетической информации от донора реципиенту посредством умеренных бактериофагов, которые в отличие от вирулентных, не всегда вызывают лизис бактериальной клетки.

В трансдукции принимают участие бактерия-донор, трансдуцирующий фаг и бактерия-реципиент.

Различают три вида трансдукции:

Общая(неспецифическая) и специфическая трансдукция

Неспецифическая - передается любой участок хромосомы бактерий или несколько участков, определяющих целый ряд наследуемых признаков.

Специфическая – осуществляется группой фагов, которые способны трансдуцировать гены, расположенные рядом с местом включения генома фага в нуклеоид бактерий при ее лизогении.

Абортивная трансдукция

Когда внесенный фагом фрагмент нуклеоида не включается в нуклеоид реципиента и находится в цитоплазме, а при делении передается только одной клетке. У второй дочерней клетки остается генетический аппарат реципиента. Это проявляется в антигенной конверсии, влекущей за собой изменение антигенной структуры.  

КОНЪЮГАЦИЯ

Это половой путь передачи генетического материала при непосредственном контакте клеток донора и реципиента. Необходимое условие – наличие у донора фактора фертильности. У Гр.- бактерий есть этот фактор. Скрещивание F + донора и F- реципиента сопровождается плодовитостью, F- х F- бесплодностью.

Конъюгативная плазмида

Это внехромосомная генетическая структура бактерий, представляющая замкнутое кольцо двунитевой ДНК, находящейся в цитоплазме в автономном состоянии и ориентирующаяся на передачу хромосомы, будучи с нею в интегрированном состоянии.

ПЛАЗМИДЫ

Плазмиды несут необязательные для клетки-хозяина гены и придают бактериям дополнительные свойства, которые могут им обеспечить преимущества по сравнению с бактериями, не имеющими плазмид.

Плазмиды несут факторы фертильности, резистентности, токсигенности, гемолизиса.

Фактор передачи

У конъюгативных плазмид в структуре есть генетический элемент трансмиссивности, обеспечивающий передачу генетической информации.

Плазмиды, не имеющие такой частицы и неспособные к самопередаче незываются неконъюгативными.

К нам относятся туберкулоцины, пестицины, вибриоцины.

Плазмиды – это очень удобная модель для генной инженерии.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

39170. Базова апаратна конфігурація 68.75 KB
  Персональний компютер - універсальна технічна система. Його конфігурацію (склад устаткування) можна гнучко змінювати в міру необхідності. Тим не менш, існує поняття базової конфігурації, яку вважають типовою. У такому комплекті комп'ютер зазвичай поставляється. Поняття базової конфігурації може змінюватися. В даний час в базовій конфігурації розглядають чотири пристрої
39171. Основные положения по нормоконтролю и предварительной защите дипломных работ 729 KB
  Общие требования кафедры к содержанию и структуре дипломной работы 10 4.Общие требования кафедры к оформлению дипломной работы 11 5.Образцы оформления и требования к оформлению отдельных фрагментов дипломной работы: 13 титульный лист образец 1 14 реферат...
39172. ДЕРЖАВНЕ ПРАВО ЗАРУБІЖНИХ КРАЇН 3.29 MB
  Тимченко ДЕРЖАВНЕ ПРАВО ЗАРУБІЖНИХ КРАЇН Рекомендовано Міністерством освіти і науки України як навчальний посібник для студентів КИЇВ2005 вищих навчальних закладів УДК342187075. Б 86 Державне право зарубіжних країн: Навчальний посібник. 504 с ISBN 9663640545 Навчальний посібник являє собою комплекс навчальнометодичних матеріалів до курсу Державне конституційне право зарубіжних країн який є обов'язковим для викладання у вищих юридичних закладах IIIIV рівня акредитації. 2005 Центр навчальної літератури 2005...
39173. Аудит финансовых результатов предприятий торговли ООО «Рассвет» 513.5 KB
  Прибыль конечный финансовый результат слагается из финансового результата от реализации продукции работ услуг основных средств и иного имущества предприятия и доходов от прочих операций уменьшенных на сумму расходов по этим операциям. Они более полно чем прибыль отражают окончательные результаты хозяйствования потому что их величина показывает соотношение эффекта с наличными или использованными ресурсами. В результатах деятельности предприятия заинтересованы учредители предприятия которые получают дивиденды инвесторы...
39174. ПРАКТИЧЕСКИЙ АСПЕКТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СЕМЬИ И ШКОЛЫ 408 KB
  Это прежде всего падение жизненного уровня большинства семей решение проблем экономического а порой и физического выживания усилило социальную тенденцию самоустранения многих родителей от решения вопросов воспитания и личностного развития ребенка. Процесс взаимодействия семьи и школы направлен на активное включение родителей в учебновоспитательный процесс во внеурочную досуговую деятельность сотрудничество с детьми и педагогами. Это семьи где ребёнок живет в постоянных ссорах родителей где родители употребляют спиртные напитки и...
39175. Мектептерде музыка пәні арқылы халықтың тәрбие берудің мән-мағынасы 463.5 KB
  3 Музыка мен әдебиеттің байланысы 2 Тәжірибелік жұмыстағы әдістер 2.1 Музыкалық тәрбие берудің маңызы мен міндеттері 2.1 Музыкалық білім мен тәрбие берудің қалыптасуы мен дамуы 3.2 Музыка мектебінде білім мен тәрбие беру 3.
39176. РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА ОРГАНИЗАЦИИ ДОСТАВКИ КОНТЕЙНЕРНЫХ ГРУЗОВ ООО «СИСТОКСЕВИС» 7.52 MB
  Виды доставок и технологические схемы перевозки Особенности транспортно-логистических систем различных видов транспорта и их взаимодействие Логистическая информация как стратегический ресурс транспортного потока. Транспортные компании ищут пути повышения доходов от своей деятельности что особенно актуально в условиях острой конкуренции на транспортном рынке и не...
39177. Разработка автоматизированной системы планирования закупок 2.59 MB
  Подсистема сбыта позволяет работать с потребителями позволяет учитывать продажи товаров. При этом многообразие его параметров технологических и объемнопланировочных решений конструкций оборудования и характеристик перерабатываемой номенклатуры товаров относит склад к сложным системам. Технологический процесс на складах основу которого составляют материальные потоки должен отвечать оптимальным параметрам по скорости процесса обеспечивать сохранность товаров и экономичность затрат. Нормативная оборачиваемость товаров зависит от задач...
39178. ТЕОРІЯ ПРОГРАМНИХ АЛГЕБР КОМПОЗИЦІЙНОГО ТИПУ ТА ЇЇ ЗАСТОСУВАННЯ 3.84 MB
  Перераховані стилі виділяють певний (звичайно, дуже важливий, але один з багатьох) аспект та уточнюють саме його. Так, у структурному програмуванні це каталогізація методів побудови програм, у функціональному – опис програм системами функціональних рівнянь, у логічному – визначення програм специфікаціями певних формальних мов, як правило, першого порядку, в об‘єктно-орієнтованому (модульному) – трактування розмаїтості даних