71565

ХАРАКТЕРИСТИКА СПОСОБОВ ГЕНЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА У БАКТЕРИЙ

Лекция

Биология и генетика

Трансформация имеет практическое использование: для картирования бактериальной хромосомы; для конструирования промышленнополезных штаммов микроорганизмов; для введения в геном бактерий определенных маркеров или элиминирования нежелательных мутаций; как один из этапов получения...

Русский

2014-11-08

755.5 KB

5 чел.

ТЕМА 21 «ХАРАКТЕРИСТИКА СПОСОБОВ ГЕНЕТИЧЕСКОГО ОБМЕНА У БАКТЕРИЙ»

1. Способы генетического обмена у бактерий

2. Бактериальная трансформация

3. Бактериальная конъюгация

4. Бактериальная трансдукция

1. Способы генетического обмена у бактерий

Рис. 1 - Схема мерозиготы

2. Трансформация

  •  Трансформация – перенос генетической информации, при котором ДНК, выделенная из клетки-донора, поступает в клетку-реципиент.
  •  Явление трансформации было открыто Ф. Гриффитом в 1928 г. в опытах на пневмококках (Streptococcus pneumoniae). В классической работе О. Эвери, К. Мак-Леода и М. МакКарти, опубликованной в 1944 году, было установлено, что трансформирующим началом является ДНК.

Рис. 2 - Схема процесса трансформации

  •  Трансформация имеет практическое использование:

для картирования бактериальной хромосомы;

для конструирования промышленно-полезных штаммов микроорганизмов;

для введения в геном бактерий определенных маркеров или элиминирования нежелательных мутаций;

как один из этапов получения трансгенных растений;

может выступать в качестве модели в различных генетических и молекулярно-биологических экспериментах на изолированной ДНК

3. Конъюгация

  •  Конъюгация генетический обмен, который сопровождается переносом генетической информации от клетки-донора к клетке-реципиенту, он происходит при их непосредственном контакте.

Рис. 3 - Схематическое изображение классического опыта по скрещиванию

ауксотрофных мутантов, проведенного Дж. Ледербергом и Э. Татумом

  •  Явление конъюгации было открыто Дж. Ледербергом и Э. Татумом в 1946 г. в экспериментах с полиауксотрофными штаммами бактерий E. сoli (рис. 3). В 1949 г. Б. Дэвис получил дополнительные данные, которые также доказывали, что для образования прототрофов необходим контакт родительских клеток (рис.4).

Рис. 4 - Схема эксперимента Б. Дэвиса

  •  Позднее У. Хейс показал, что существуют бактерии мужского и женского типа и вклад их в конъюгацию не равнозначен. Рекомбинанты наследуют большинство своих признаков от реципиента, а от донора получают только отдельные фрагменты генома.

Женская бактериальная клетка, обозначается как F--штамм [бактерии]. (F- fertility). Это бактериальная клетка, которая не содержит F-фактора и участвует в конъюгации в качестве рецепиента; рекомбинация может происходить только в Ж.б.к.

Мужская бактериальная клетка, F+-штамм [бактерии]. Обозначается как бактериальная клетка, которая несет половой F-фактор и участвует в процессе конъюгации в качестве донора генетического материала; рекомбинация в М.б.к. никогда не происходит.

  •  F-фактор представляет собой внехромосомную кольцевую двухцепочечную молекулу ДНК, которая автономно реплицируется, его относят к плазмидам. При конъюгации частота передачи F-фактора близка к 100%. Таким образом, клетки-реципиенты превращаются в потенциальных доноров.
  •  В зависимости от состояния F-фактора различают два типа донорных клеток:

- F+-доноры, у которых F-фактор находится в автономном от хромосомы состоянии. При скрещивании обычно передается только F-фактор;

- Доноры Hfr- типа (high frequency of recombination (высокая частота рекомбинации), у которых F-фактор интегрирован в хромосому. При скрещивании передаются хромосомные гены. Интеграция F-фактора в бактериальную хромосому обратима.

  •  F- факторы, которые содержат фрагменты хромосомной ДНК, получили название  - факторы (прим). Такие факторы могут нести в своем составе один ген – это малые  F́-факторы, если несут до половины бактериальной хромосомы – это большие. F́- факторы с высокой эффективностью передаются при конъюгации клеткам – реципиентам, и переносят при  этом бактериальные гены, которые включены в их состав. Такой тип передачи генов получил название сексдукции, или F- дукции.

Рис. 5 -  Микрофотография конъюгирующих клеток E. coli

  •  Конъюгация используется в следующих направлениях:

1. Передача многих генетических маркеров из одних клеток в другие. Показано, что при конъюгации вся хромосома бактерий E. coli передается за 100 мин.

2. Метод конъюгационного скрещивания удобен для картирования хромосомы. Он был первым методом, который использовался для этих целей. Карта хромосомы у бактерий строится в минутах (рис. 6). 

3. Изучение генетического аппарата у бактерий.

4. Конъюгация эффективно происходит в природе и поэтому является одним из факторов изменчивости бактерий.

Рис. 6 - Генетическая карта E. coli 

4. Трансдукция

  •  Трансдукция – перенос генетической информации (хромосомных генов или плазмид) от клетки-донора к клетке-реципиенту; происходит при участии бактериофагов.
  •  Трансдукция была открыта Дж. Ледербергом и Н.Циндером в 1952 у Salmonella typhimurium и фага Р22.
  •  Принято выделять два типа трансдукции: 1) общая (генерализованная, неспецифическая) (рис. 7); 2) специфическая (или ограниченная) (рис. 8).
  •  При общей трансдукции может переноситься любой фрагмент бактериальный хромосомы с частотой 10–5–10–6. Количество бактериальной ДНК, которое может переноситься фагом, обычно составляет 1–2 % от всей клеточной ДНК. Исключение составляет бактериофаг РBS1 B. subtilis, который может трансдуцировать до 8 % генома хозяина. В процессе общей трансдукции бактериальный вирус является только «пассивным» переносчиком генетического материала бактерий и содержит только фрагменты бактериальной ДНК. Механизм рекомбинации у трансдуцируемых бактерий соответствует общепринятой схеме (гомологичной рекомбинации).

 

Рис. 7 - Схема генерализованной трансдукции

  •  Специфическая трансдукция была открыта в 1956 г. М. Морзе и супругами Е. и Дж. Ледерберг.
  •  Для специфической трансдукции характерно:

1) каждый трансдуцирующий фаг передает только определенную, строго ограниченную область бактериальной хромосомы;

2) фаг не только переносит генетический материал, но и обеспечивает его включение в бактериальную хромосому;

3) вирус включает фрагмент ДНК бактерий-доноров  в свой геном и передает ее в ДНК бактерий-реципиентов в результате встраивания в хромосому.  

  •  Наиболее известным примером специфической трансдукции является трансдукция, которая выполняется фагом λ, который способен заражать клетки бактерий E. coli с последующей интеграцией его ДНК в геном бактерий.

Рис. 8 -  Схема специфической трансдукции

  •  Использовать трансдукцию можно в следующих направлениях:

для трансдуцирования плазмид и коротких фрагментов хромосомы донора;

для конструирования штаммов заданного генотипа;

для точного картирования бактериальных генов, установления порядка их расположения в оперонах, что осуществляют с помощью комплементационного теста.

PAGE  6


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

68212. ЕКСПОРТНИЙ ПОТЕНЦІАЛ ПІДПРИЄМСТВ ЛІСОПРОМИСЛОВОГО КОМПЛЕКСУ 662 KB
  Розвиток світового господарства у теперішній час вирізняється посиленням глобалізаційних процесів, які зумовили трансформацію моделей міжнародного співробітництва, зміну структури об’єктів і суб’єктів світового ринку
68213. ДЕРЖАВНА ПОЛІТИКА РОЗВИТКУ ІННОВАЦІЙНОГО ПОТЕНЦІАЛУ РЕГІОНІВ УКРАЇНИ 324.5 KB
  Курс на інноваційний розвиток в Україні визначає перехід економіки до нового якісного рівня. Він супроводжується активізацією інноваційної діяльності, яка сприяє реорганізації економіки на основі розвитку наукоємних виробництв, запровадження у виробництво прогресивних...
68214. СОЦІАЛЬНИЙ КАПІТАЛ ЯК ЧИННИК ПРОФЕСІЙНОЇ СОЦІАЛІЗАЦІЇ ПРАВООХОРОНЦІВ 225 KB
  Проте на жаль потенціал соціального капіталу в її реалізації практично не використовується. Тому в даній дисертації вперше пропонується комплексно розглянути феномен соціального капіталу правоохоронців та визначити можливості його використання для оптимізації процесу їх професійної соціалізації.
68215. СУЛЬФАТРЕДУКУЮЧІ, ТІОНОВІ, ДЕНІТРИФІКУЮЧІ БАКТЕРІЇ В ПРИБЕРЕЖНІЙ ЗОНІ ЧОРНОГО МОРЯ І ЇХНЯ РОЛЬ У ТРАНСФОРМАЦІЇ НАФТОВИХ ВУГЛЕВОДНІВ 532.5 KB
  В 80х роках минулого сторіччя у відділі морської санітарної гідробіології Інституту біології південних морів НАН України вивчали деякі групи анаеробних бактерій біля узбережжя Криму та в західній частині Чорного моря Миронов 1988.
68216. КРІОКОНСЕРВУВАННЯ ТРОМБОЦИТІВ ДОНОРСЬКОЇ КРОВІ ЛЮДИНИ У БАГАТОКОМПОНЕНТНИХ КРІОЗАХИСНИХ СЕРЕДОВИЩАХ 362.5 KB
  При розробці методів кріоконсервування та довгострокового зберігання тромбоцитів при низьких температурах головна увага дослідників була сконцентрована на виборі кріопротектора і створенні на його основі ефективного кріоконсерванта.
68217. Цукровий діабет 1 типу у дітей і підлітків: особливості перебігу та можливості оптимізації терапії 1.39 MB
  Особливою групою серед хворих на цукровий діабет ЦД 1 типу є діти і підлітки а також пацієнти що хворіють з дитинства через тяжкість гострих ускладнень ранній розвиток судинних і органних уражень які обумовлюють високий ступінь інвалідізації хворих та часті випадки смерті у молодому віці...
68218. ПРАВОВІ ЗАСАДИ ФІНАНСУВАННЯ МІЛІЦІЇ З ДЕРЖАВНОГО ТА МІСЦЕВИХ БЮДЖЕТІВ 178 KB
  Чинна правова основа фінансування міліції за рахунок коштів Державного бюджету України передбачена в ст. Необхідність реформування міліції приведення її у відповідність до суспільних потреб і можливостей держави визначалася з перших років незалежності України і досить широко декларувалася.
68219. ПІДГОТОВКА АСПІРАНТІВ ДО ІННОВАЦІЙНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ У ВИЩОМУ НАВЧАЛЬНОМУ ЗАКЛАДІ 170.5 KB
  Нові пріоритети та соціокультурні цінності, що зумовлюють необхідність інноватизації змісту, засобів, форм і методів підготовки аспірантів як майбутніх наукових і науково-педагогічних кадрів сучасної вітчизняної вищої школи, спрямованої на успішну інтеграцію в єдиний європейський науково-освітній простір...
68220. Конституційні гарантії особистої безпеки в Україні 153.5 KB
  На її основі ООН було підготовлено і 1966 року відкрито для підписання та ратифікації Міжнародний пакт про економічні соціальні та культурні права а також Міжнародний пакт про громадянські та політичні права які Україна ратифікувала 1973 року.