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

40011. Оценка конкурентного окружения предприятия 319 KB
  Оценка конкурентного окружения предприятия Содержание занятия: 1. Микросреда предприятия – это система отношений предприятия с ее непосредственным окружением: поставщиками посредниками конкурентами прессой властными структурами общественными организациями деловыми кругами стратегическими партнерами в первую очередь инвесторами потребителями. Возможности предприятия по выбору поставщиков по работе со средствами массовой информации по формированию связей с властными структурами по взаимодействию с общественными организациями по...
40012. Оценка конкурентных преимуществ предприятия 266 KB
  Оценка конкурентных преимуществ предприятия Содержание занятия: 1. Анализ конкурентных преимуществ предприятия. Все эти преимущества сводятся к тому чтобы убедить покупателя в получении им больших выгод от приобретения продукции предприятия по сравнению с аналогичной продукцией конкурентов. Стратегия дифференциации – это стремление предприятия к уникальности в какомлибо аспекте существенном для большинства сегментов рынка или потребителей целевого рынка.
40013. Анализ целей и стратегий предприятия 232.5 KB
  Стратегия существования продукции. Проведение SWOTанализа в промышленном маркетинге связаны с прогнозированием и получением информации касающейся условий совершения покупки и характеристик покупаемой продукции. Маркетинговые исследования потребительских рынков охватывают широкие области особенно для производителей продукции с широким и сложным ассортиментом. Если руководство предприятия оценив текущее положение приходит к выводу о достаточности ресурсов для дальнейшего развития то встает проблема выбора наилучшего способа с большей...
40014. Современные информационные системы менеджмента и маркетинга в Российской Федерации 30.5 KB
  б Примерное содержание разрабатываемого материала: название информационной системы; назначение сфера применения информационной системы; состав и структура информационной системы; год выхода на рынок IPтехнологий Российской Федерации; разработчик информационной системы; решаемые информационной системой задачи; возможности информационной системы; достоинства информационной системы перед аналогами; недостатки информационной системы по сравнению с другими; занимаемый информационной системой сегмент рынка; перспективы...
40015. Оценка текущего состояния предприятия 311.5 KB
  Общие сведения о продукции предприятия. Расчет структуры выпуска продукции предприятия. Анализ выпуска товарной продукции. Факторный анализ выпуска товарной продукции.
40016. Анализ финансовых результатов деятельности предприятия 626 KB
  Выводы по финансовому состоянию ориентируют предприятие на выбор определенной стратегии: рост удержание положения или сворачивание производства.1 – Расчет основных показателей и их нормативные значения Показатели Формулы расчета Нормативные значение Показатели ликвидности предприятия Коэффициент покрытия коэффициент текущей ликвидности – показывает не обеспеченность обязательств предприятия оборотными средствами стр.290 баланса – стр.220 баланса – стр.
40017. Анализ маркетинговой среды предприятия 150.5 KB
  Анализ финансовых результатов от реализации продукции. Высоким темпам роста российской автомобильной промышленности будет способствовать сочетание развитого внутреннего рынка и значительного экспортного потенциала продукции с высокой добавленной стоимостью. Предполагаются следующие тенденции развития автомобильной промышленности: рост товарной продукции; рост инвестиций; рост экспорта автомобильной продукции; сохранение достаточно высокого уровня рентабельности производства; стабильный рост средней заработной платы; глобализация...
40018. Анализ издержек и безубыточности производства 132 KB
  Во второй строке определяется сумма затрат согласно условию 1 при неизменных структуре выпуска продукции сумме переменных затрат и сумме постоянных затрат затраты базового периода приводятся к объему выпуска отчетного фактического периода: ЗТтпУсл1 = ∑08 bуср08 IА УПЗ∑08. – абсолютных...
40019. База данных для учета информации об участниках гаражного кооператива 8.77 MB
  Аccess достаточно хорошо совместим с MS SQL Server и другими форматами баз данных. Аccess изначально представлялся как настольная база данных и в этой сфере ему трудно найти равного соперника. ccess позволяет разработать профессиональную базу данных в более короткие сроки и за меньшие деньги и вполне удовлетворить запросы заказчика. Кроме того такое решение обладает большей гибкостью настраиваемостью в него легко можно внести дополнения и изменения быстрее и дешевле чем в промышленные базы данных на основе Orcle и C.