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

73282. ПСИХИКА И МОЗГ: РЕЗУЛЬТАТЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 31.5 KB
  Широкий комплекс вопросов об отношении психики к деятельности головного мозга о характере связи явлений сознания с мозговой нейродинамикой и телесными изменениями образует кардинальную проблему современной науки. Решение вопроса о соотношении психики с деятельностью мозга обязательно включает философские предпосылки и вместе с тем оказывает существенное влияние на философское понимание природы сознания и духовной активности. ФИЗИКАЛИСТСКИЙ ПОДХОД Он заключается в стремлении провести принцип физикалистского монизма в объяснении явлений...