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

8 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

65675. Формування організаційно-економічного механізму управління агропромисловими підприємствами 690.5 KB
  В результаті проведення ринкових реформ сформувалися нові, специфічні умови функціонування аграрних підприємств. Жорсткість конкурентної боротьби, насичення ринків товарами та послугами, падіння попиту та сукупність інших чинників ускладнюють діяльність підприємств...
65676. Розробка нових покриттів металевих імплантатів для покращення толерантності тканин організму до них 495 KB
  Вплив імплантатів встановлених в організм експериментальних тварин на зміну рівня холестерину Среактивного білку та факторів згортання крові. Біофізичні та біохімічні методи оцінки реакції організму і тканин після...
65677. ПСИХОЛОГІЧНИЙ СУПРОВІД ПРОФЕСІЙНОГО РОЗВИТКУ МАЙБУТНЬОГО ПСИХОЛОГА У ВИЩОМУ НАВЧАЛЬНОМУ ЗАКЛАДІ 181.5 KB
  Стрімкий розвиток українського суспільства його науковотехнічної та гуманітарної сфер ставить нові завдання перед системою вищої освіти передусім щодо зміни орієнтації професійної підготовки майбутніх фахівців з формування професійних знань та вмінь на забезпечення комфортних умов...
65678. ПОРУШЕННЯ СЛУХОВОЇ ФУНКЦІЇ ПРИ НЕФРОГЕННОМУ ОСТЕОПОРОЗІ 761 KB
  Діагностика та лікування розладів слуху залишається важливою проблемою сучасної оториноларингології. У зв’язку із великою частотою розладів слуху заходи по боротьбі із приглухуватістю Всесвітньою організацією охорони здоров'я ВООЗ включено до спеціальної програми яка направлена...
65679. ЗАКОНОМІРНОСТІ АДСОРБЦІЇ І ІНГІБУЮЧОЇ ДІЇ КАТІОНОАКТИВНИХ ПОЛІЕЛЕКТРОЛІТІВ І ЇХ АСОЦІАТІВ З АЛКІЛСУЛЬФОНАТАМИ НАТРІЮ 1.93 MB
  Рішенням цієї проблеми може бути кероване конструювання безпосередньо в розчині асоціатів водорозчинних полімерів з іоногенними поверхневоактивними речовинами ПАР так званих поліелектролітних комплексів ПЕК. Утворення ПЕК може призвести до зростання...
65680. ПРИНЦИПИ ФОРМУВАННЯ ЖИТЛОВИХ БУДИНКІВ У КОМПЛЕКСІ З ОБ’ЄКТАМИ ОБСЛУГОВУВАННЯ (НА ТЕРИТОРІЯХ, НАБЛИЖЕНИХ ДО АЕРОПОРТІВ) 5.24 MB
  У найбільших містах України особливо у таких як Київ Харків Львів Одеса Донецьк Дніпропетровськ та інші організація територій залежить від багатьох містобудівних чинників серед яких суттєвим є розташування аеропортів. Тому актуальним є використання територій наближених до аеропортів для житла в комплексі з об’єктами обслуговування.
65681. ЛАНДШАФТНО-ГЕОГРАФІЧНІ ТА ЕКОЛОГІЧНІ ФАКТОРИ ДИФЕРЕНЦІАЦІЇ ПРИБЕРЕЖНО-МОРСЬКИХ ТЕРИТОРІЙ І АКВАТОРІЙ УКРАЇНИ 159.5 KB
  Актуальність теми обумовлена наростаючою потребою народногосподарського освоєння прибережноморських геосистем ПМГ України. Уперше на регіональному рівні виділені прибережноморські території і акваторії України як ПМГ які включають орогідрографічні системи суші системи шельфу з похованими палеорічковими долинами...
65682. МІФОТВОРЧІСТЬ СУЧАСНИХ МУСУЛЬМАНСЬКИХ ЕЛІТ ЯК СОЦІАЛЬНА ДІЯ 137 KB
  Внаслідок цього виникає необхідність філософського осмислення найважливіших суспільних процесів що відбуваються в сучасному мусульманському світі зокрема соціальної міфотворчості. За подібних обставин стає можливим підштовхування народних мас мобілізованих за допомогою міфотворчості до конфронтації...
65683. Гігієнічна оцінка процесів формування особливостей особистості студентів медичних вищих навчальних закладів та шляхи їх корекції 394.5 KB
  У цьому контексті надзвичайно важливим слід вважати наукове обґрунтування підходів до збереження і зміцнення здоров’я студентської молоді що засвоюють медичні спеціальності в умовах навчання у ВНЗ визначення закономірностей формування соціально і професійнозначущих особливостей особистості студентів...