71571

Наследственность и изменчивость микроорганизмов. Мутации у бактерий и мутагенные факторы

Лекция

Биология и генетика

В результате постановки ряда экспериментов были получены данные, свидетельствующие о том, что у бактерий мутации носят спонтанный и ненаправленный характер. К их числу относятся, прежде всего, эксперименты С. Лурия, М. Дельбрюка, Г. Ньюкомба и супругов Е. и Дж. Ледерберг.

Русский

2015-01-19

235 KB

9 чел.

Тема 20 «Наследственность и изменчивость»

1. Изменчивость микроорганизмов, доказательства мутационной природы изменения наследственных признаков у бактерий

2.  Понятие об адаптации микроорганизмов

3. Мутации у  бактерий; мутагенные факторы

4. Мобильные генетические элементы бактерий

1. Изменчивость микроорганизмов, доказательства мутационной природы изменения наследственных признаков у бактерий

  •  Термин «мутация» введен Г. Де Фризом (1901), изучавшим изменчивость и наследственность у растений и определившим мутацию как «скачкообразное изменение наследственного признака». Это понятие М. Бейеринк (1912) позднее перенес на бактерии. Мутация – событие редкое и обычно спонтанно происходит с частотой 1·10–4–1·10–10.
  •  В результате постановки ряда экспериментов были получены данные, свидетельствующие о том, что у бактерий мутации носят спонтанный и ненаправленный характер. К их числу относятся, прежде всего, эксперименты С. Лурия, М. Дельбрюка, Г. Ньюкомба и супругов Е. и Дж. Ледерберг.

Рис. 1.-  Флуктуационный тест С. Лурия и М. Дельбрюка (1943 г.)

Принцип флуктуационного теста заключается в следующем: если устойчивые мутанты возникают при контакте с фагом (изменчивость адаптивная), то каждая культура независимо от того, из какой части она была взята, должна содержать приблизительно одинаковое количество устойчивых клеток. Если же устойчивые бактерии возникли спонтанно, до обработки фагом, то следствием этого является тот факт, что их количество в засеянных независимых культурах (100 пробирок) будет отличаться от количества, полученного при анализе образцов, из одной и той же (100 мл) культуры.

Независимо полученные результаты свидетельствуют о том, что культуры разного происхождения действительно обнаруживают более резкие колебания (флуктуации) в содержании устойчивых клеток (0, 103, 62, 3, 159 и т. п.), чем пробы, взятые из одного и того же образца (142, 140, 155, 146, 110 и т. п.), что подтверждает гипотезу о спонтанном характере возникновения мутаций.

Рис. 2. - Перераспределительный тест Ньюкомба (1949 г.)

Принцип, положенный в основу данного теста, предполагает, что устойчивые клетки возникают вследствие спонтанных мутаций до контакта с фагом, и на чашках, где бактерии были перераспределены, должно формироваться больше устойчивых колоний, чем на контрольных чашках, так как каждая клетка из микроколонии устойчивых бактерий после перераспределения сформирует колонию, устойчивую к фагу Т1 (рис. 2).

Метод реплик (в микробиологии) заключается в том, что с исходной чашки Петри, где на твердой среде растут колонии бактерий, делается отпечаток на ворсистую ткань, а затем с ткани бактерии переносятся на несколько других чашек, где рисунок их расположения оказывается тем же, что на исходной чашке.

Размножившиеся клетки рассевали на свежей питательной среде в чашках и после инкубации переносили с помощью стерильного бархатного штампа в две чашки (с обычной средой и со средой, засеянной фагом) (рис. 3).

Такую процедуру повторяли многократно, и в итоге была получена суспензия фагоустойчивых мутантов, никогда не имевших контакта с фагом. Этот эксперимент явился еще одним доказательством мутационной природы изменчивости у бактерий.

Рис. 3 - Непрямой отбор фагоустойчивых мутантов методом реплик

(предложен в 1952 г. супругами Е. и Дж. Ледерберг)

2.  Понятие об адаптации микроорганизмов

Модификационная изменчивость рассматривается как ответ на изменение условий окружающей среды и наблюдается до тех пор, пока действует фактор, вызывающий эти изменения. Модификационная изменчивость (ее называют еще фенотипической изменчивостью) проявляется на уровне фенотипа и не затрагивает генотип.

Фенотипическая изменчивость проявляется у подавляющего большинства особей в популяции, в то время как при мутационной изменчивости изменение генотипа происходит только у единичных клеток.

3. Мутации у  бактерий; мутагенные факторы

  •         Мутации – изменения, которые возникают в генетическом аппарате бактерий и передаются по наследству. Они бывают спонтанные и индуцированные. В среднем частота спонтанных мутаций составляет 10–4–10–10.
  •           Мутагенами могут быть химические, физические и биологические агенты, действующие на молекулу ДНК бактерий. К ним относятся: (физические) УФ-лучи, ионизирующее излучение, (химические) азотистая кислота, нитрозогуанидин, аналоги азотистых оснований, некоторые антибиотики, акридиновые красители, сернистый иприт, (биологические) транспозоны, IS-элементы, бактериофаг Mu и др.
  •  Классификация мутаций:
  •  По фенотипическим последствиям мутации подразделяют на прямые и обратные (или реверсии). Мутации, которые приводят к утрате или изменению какой-то функции клетки, относятся к классу прямых, так как они вызывают появление у клеток другого фенотипа, который отличает их от бактерий дикого типа. Например, бактерии E. coli, способные в норме сбраживать лактозу (Lac+- фенотип), могут утрачивать данный признак, и поэтому мутация Lac+   Lac  будет считаться прямой.

В результате обратной мутации у мутантного организма восстанавливается исходный (или дикий) фенотип: Lac–                 Lac+ – обратная мутация, или реверсия.

  •  По фенотипическим проявлениям мутации подразделяют на:

1) морфологические, в результате которых изменяется ряд морфологических признаков (наличие капсулы, утрата жгутиков, изменение особенностей колоний и др.);

2) биохимические (например, ауксотрофные; обеспечивают устойчивость к ингибиторам, антибиотикам, бактериоцинам, ядам или бактериофагам; связаны с чувствительностью к повышенной температуре (условно-летальные); нарушают регуляцию или синтез ферментов катаболизма либо анаболизма и др.)

  •  В соответствии с характером изменений в первичной структуре ДНК различают точковые и хромосомные мутации.

  •  В настоящее время расшифрованы механизмы действия некоторых мутагенов, таких как: 

- Азотистая кислота (HNO2),

- Гидроксиламин (NH2OH),

- Аналоги азотистых оснований. Они очень сходны по строению с нормальными пуриновыми и пиримидиновыми азотистыми основаниями и, поглощаясь клетками, способны включаться в ДНК. Часто для выделения мутантов используют 5-бромурацил (сходен с Тимином) и 2-аминопурин (сходен с Аденином). При переходе в енольную форму эти аналоги азотистых оснований неправильно спариваются.

Рис. 4 - Аналоги азотистых оснований (например,    5-бромурацил  и 2-аминопурин)

- Алкилирующие агенты,

- Акридиновые красители (например, акридиновый оранжевый, акрифлавин),

- УФ-лучи

4. Мобильные генетические элементы бактерий

  •  В качестве мутагенных факторов биологической природы рассматривают мобильные (=мигрирующие) генетические элементы бактерий – дискретные сегменты ДНК, способные к самостоятельному перемещению из одного участка в другой в пределах репликона, а также к перемещению из одного репликона (хромосомного, плазмидного или фагового) в другой. К таким элементам относятся: простые вставочные последовательности (IS-элементы), транспозоны (Tn-элементы) и фагитранспозоны (Mu, Д3112 и др.).

  •  Схематичное строение IS- элемента  можно изобразить следующим образом:

Различают несколько типов IS-элементов: IS1, IS2, IS3, IS4 и др. Они отличаются друг от друга по длине и структурой концевых повторов.

  •  Транспозоны – сложные мигрирующие элементы. Обозначаются как Tn 1, Tn 2,… Tn100, Tn 1002 и т.д.
  •  Частота миграции транспозонов и IS-элементов происходит с вероятностью 10–4–10–7 на одно деление бактериальной клетки. Она может зависеть от характера донорного и реципиентного репликонов; от генома клетки-хозяина; от факторов внешней среды (температура, УФ-лучи, химические соединения и др.).

Бактериофаг Mu относится к умеренным бактериофагам. Геном фага Mu (линейная двуспиральная ДНК – 38 т. п. н.) также, как IS-элементы, имеет на концах инвертированные повторы, но только всего из двух нуклеотидных пар:

5′ ТГ ……………… ЦА 3′ОН

PAGE  1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

58820. Українське відродження (кінець ХVIII – перша половина ХІХ ст.) 153.5 KB
  У межах цієї теми учні знайомляться з багатовіковими державотворчими традиціями українського народу. Але у процесі проведення уроку за темою у вчителя виникають певні труднощі: фрагментарність знань які учні отримують через брак часу...
58821. Урок ґендерної грамотності 92 KB
  Мета уроку: ознайомити учнів: з поняттями: ґендер ґендерна рівність ґендерна рівноправність; з міжнародними правовими документами про рівноправність жінок і чоловіків; з становищем жінок в різних державах та ставленням до ролі жінки...
58822. London sightseeing tour 115 KB
  Bank of England, Buckingham Palace, Big Ben, British Museum, bury C: crown, church, Covent Garden, column, Changing the Guards F: financial, fashionable, fortress, famous H: Houses of Parliament, Horse Guards, Hyde Park, House of Lords, House of Commons
58823. Подвійні зорі. Фізичні змінні зорі 68.5 KB
  Мета уроку: дати загальні уявлення про подвійні та фізичні змінні зорі їхні фізичні характеристики та процеси що в них проходять; про метод цефеїд визначення відстаней до галактик; розвивати вміння робити висновки; виховувати в учнів інтерес до астрономії; формувати науковий світогляд.
58824. Іменники-синоніми, іменники-антоніми. Багатозначні іменники. Пряме і переносне значення іменників 55 KB
  Вміти влучно використовувати слова в прямому і переносному значенні застосовувати в мовленні багатозначні іменники. Хвилинка каліграфії зашифроване слова праця з творчим завданням. Підберіть будьласка спільнокореневі слова до слова праця таким чином щоб вони були різними частинами мови...
58825. Дієслова-синоніми, дієслова-антоніми. Розпізнавання дієслів у реченнях 42 KB
  Мета: Закріплювати вміння відрізняти дієслова від інших частин мови правильно вживати їх у мовленні. Чи потрібні дієслова у нашому мовленні Прочитаємо текст. Визначіть дієслова в тексті і спробуйте прочитати його без дієслів.
58826. Свято Миколая: виховний захід для учнів 1-5кл 70 KB
  Ведучий2: Сядьно тихо мій глядаче І прислухайся на мить: Правда ж чути десь неначе Дивна музика бринить Звідки звуки долинають Здогадався ти чи ні Так звичайно витинають Музиканти чарівні . звучить пісня бременських музик...
58827. Тушение пожаров 1.21 MB
  Тушение пожара это действия, направленные на спасение людей, имущества и ликвидацию пожара (ликвидация горения). Тушение пожаров является одной из основных функций системы обеспечения пожарной безопасности.
58828. Процесс сбора, расчета, хранения, обработки и предоставления информации об проведенных судьями дел, судьях, подсудимых и мониторингах 969.5 KB
  При разработке программного продукта важным моментом является осознание того, в какой информационной среде он будет использоваться, полноценное исследование данной области позволит достичь максимального эффекта при его использовании. Именно поэтому на стадии анализа необходимо уделить большое внимание описанию предметной области функционирования продукта.