рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Генетика микроорганизмов

Генетика микроорганизмов - раздел Биотехнологии, Генетика Микроорганизмов. До 40-Х Гг. 20 В. Считало...

Генетика микроорганизмов.

До 40-х гг. 20 в. считалось, что, поскольку у микроорганизмов нет ядерного аппарата и мейоза, на них не распространяются законы Менделя и хромосомная теория наследственности. С начала 40-х гг. микроорганизмы становятся объектом интенсивных генетических исследований. Именно на них были решены многие кардинальные вопросы современной генетики. Так, первое указание на то, что материальным носителем наследственности служит дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), было получено в опытах на пневмококках (американские генетики О. Т. Эйвери, К. Мак-Леод и М. Маккарти). Примерно в то же время были начаты интенсивные генетические исследования на хлебной плесени - нейроспоре. Изучение многочисленных биохимических мутантов нейроспоры (Дж. У. Бидл и Э. Л. Тейтем, США) привело к установлению очень важного положения: один ген - один фермент (ныне это положение более точно формулируется так: один ген - одна полипептидная цепь). Генетические исследования микроорганизмов особенно интенсивно стали развиваться после того, как американские генетики С. Лурия и М. Дельбрюк показали на кишечной палочке (Escherichia coli), что и бактерии подчиняются мутационным закономерностям. Ранее существовавшее представление об адекватной, адаптивной изменчивости у бактерий возникло вследствие методической ошибки, заключавшейся в изучении культуры как единицы изменчивости. Был предложен новый принцип изучения изменчивости у бактерий - клональный анализ, т. е. изучение потомства одной клетки - родоначальницы клона. Важной вехой в развитии генетики микроорганизмов явился разработанный американскими генетиками Дж. и Э. Ледербергами метод реплик, или отпечатков, позволивший доказать, что мутации возникают у бактерий независимо от условий культивирования, и, кроме того, значительно упростивший приёмы отбора вариантов микроорганизмов с желаемыми свойствами. Оказалось, что в больших популяциях бактериальных клеток мутации возникают спонтанно. В 1946 был открыт половой процесс у бактерий (конъюгация), что позволило применить для их исследования генетический анализ. В рсзультате установлены наличие у бактерий рекомбинации, существование у них генетических групп сцепления и построены генетические карты их хромосом.

Важнейшими признаками живых организмов являются измен­чивость и наследственность.

Основу наследственного аппарата бактерий, как и всех других организмов, составляет ДНК (у РНК-содержащих вирусов — РНК).

· бактерии — гаплоидные организмы, т. е. они имеют 1 хромосому. В связи с этим при наследовании признаков отсутствует явле­ние доминантности; · бактерии обладают высокой скоростью размножения, в связи счем за короткий… · Высокая разрешающая способность методов генетического анализа бактерий и вирусов, позволяющая обнаружить их…

IS-(инсерционные) последовательности(англ. insertion-вставка) – это короткие фрагменты ДНК, мигрирующие от одной хромосомы к другой, или между хромосомой и плазмидой. IS-элементы имеют обычно размеры, не превышающие 2 тысяч пар оснований, или 2 кб( килобаза-тысяча пар оснований). IS-элементы несут только один ген, кодирующий белок транспозазу, с помощью которой IS-элементы встраиваются в различные участки хромосомы. Их обозначают цифрами: IS1, IS2, IS3 и т.д. Содержат только гены, необходимые для собственной миграции. Фенотипических признаков не кодируют, самостоятельно не реплицируются.

Функции IS-элементов:

1. Координировать взаимодействие транспозонов, плазмид и умеренных фагов как между собой, так и с хромосомой бактериальной клетки и обеспечивать их рекомбинацию.

2. Вызывать инактивацию гена, в котором произошла интеграция IS-последовательности («выключение гена»), либо, будучи встроенными в определенном положении в бактериальную хромосому, служить промотором (участками ДНК, регулирующих экспрессию подлежащих структурных генов бактерий – реципиентов), который включает транскрипцию соответствующих генов, выполняя регуляторную функцию.

3. Индуцировать мутации типа делеций или инверсий при перемещении и дупликации в 5-9 парах нуклеотидов при включении в бактериальную хромосому.

 

Транспозоны – это более крупные молекулы ДНК. Так же как IS-последовательности являются мигрирующими генетическими элементами. Представляют собой нуклеотидные последовательности, включающие от 2000 до 20500 пар нуклеотидов, которые несут генетическую информацию, необходимую для транспозиции. При включении в бактериальную ДНК они вызывают в ней дупликации, а при перемещении – делеции и инверсии. Они реплицируются только в составе бактериальной хромосомы. При этом новые копии транспозонов могут мигрировать в некоторые плазмиды и ДНК фагов, которые, проникая в бактериальные клетки, способствуют их распространению в популяции. Т.о. важнейшим свойством транспозонов является их способность к перемещению с одного репликона (хромосомная ДНК) на другой (плазмида) и наоборот. Помимо генов, ответственных за транспози­цию, они содержат и структурный ген, кодирующий тот или иной признак.

Кроме того некоторые транспозоны, так же как плазмиды, выполняют регуляторную и кодирующую функцию. В частности, они могут нести информацию для синтеза бактериальных токсинов, а также ферментов разрушающих или модифицирующих антибиотики. Транспозоны имеют особые концевые структуры нескольких типов, которые являются маркерами, позволяющими отличать их от других фрагментов ДНК. При интеграции транспозонов в хромосому клетки животных или человека они приобретают удивительное сходство с провирусами, находящимися в составе их хромосом. Транспозоны, как и IS-последовательности обозначают порядковым номером:Tn1, Tn2, Tn3 и т.д. Транспозоны могут существовать и вне хромосомы (автономно), но неспособны к автономной репликации.

 

Эписомы (умеренные лизогенные и дефектные фаги).Встраиваясь в хромосому, эти фаги вызывают лизогению бактерий, которые могут приобретать новые признаки. Собственно эписомы – это вирусы, обладающие, подобно другим транспонируемым элементам, способностью в интактной форме переходить из одного генома в другой. Изменчивость лизогенных бактерий связана либо с приобретением генов, переносимых данными фагами от их предыдущих хозяев (бактерий-доноров), либо с экспрессией «молчащих» генов бактерий-реципиентов. В последнем случае фаговая ДНК, встраиваясь вблизи поврежденного промотора, заменяет его. При этом синтезируются определенные продукты, например протоксины дифтерийных бактерий, ряда клостридий и др.

Плазмиды – дополнительный внехромосомный генетический материал. Представляет собой кольцевую, двунитевую молекулу ДНК, гены которой кодируют дополнительные свойства, придавая селективные преимущества клеткам. Плазмиды способны к автономной репликации, т. е. независимо от хромосомы или под слабым ее контролем. За счет автономной репликации плазмиды могут давать явление амплификации: одна и та же плазмида может находиться в нескольких копиях, тем самым усиливая проявление данного признака.

Многие плазмиды имеют в своем составе гены трансмиссивности и способны передаваться от одной клетки к другой при конъюгации (обмене генетической информацией). Такие плаз­миды называются трансмиссивными или конъюгативными, которые имеют более крупные размеры и наряду с генетической областью, контролирующей их репликацию, содержат также так называемую tra-область или tra-оперон(англ. transfer перенос). который определяет способность клетки, содержащей плазмиду, быть генетическим донором, т.е. вступать в конъюгацию с другой клеткой (реципиентом) и передавать ей свой генетический материал (плазмидную либо хромосомную ДНК). Под контролем tra-генов синтезируются поверхностные «половые» ворсинки (F-пили) клетки-донора, необходимые для ее конъюгации с клеткой-реципиентом, а также ферменты, обеспечивающие метаболизм ДНК в процессе конъюгации. Неконъюгативные плазмиды. обычно не содержат tra-оперона и поэтому не могут самостоятельно передаваться из одной клетки в другую. Однако передача неконъюгативной плазмиды возможна за счет продуктов (белков) tra-генов конъюгативной плазмиды, находящейся вместе с неконъюгативной плазмидой в одной и той же клетке. Конъюгативные плазмиды переносятся от бактерии к бактерии внутри вида или между представителями близкородственных видов в процессе конъюгации. Чаще всего конъюгативными плазмидами являются F - или R -плазмиды. Подобные плазмиды относительно крупные (25-150 млн Д) и часто выявляются у грамотрицательных палочек. Большие плазмиды обычно присутствуют в количестве 1-2 копий на клетку и их репликация тесно связана с репликацией бактериальной хромосомы.

Неконъюгативные плазмиды обычно имеют небольшие размеры и характерны для грамположительных кокков, но встречаются также у некоторых грамотрицательных микроорганизмов (например, у Haemophilus influenzae, Neisseria gonorrhoeae ). Мелкие плазмиды могут присутствовать в больших количествах (более 30 на клетку), так как только наличие такого количества обеспечивает их распределение в потомстве во время клеточного деления. При наличии в бактерии одновременно конъюгативных и неконъюгативных плазмид донор может передавать и неконъюгативные плазмиды за счет связывания генетического материала последних с факторами, обеспечивающими их перенос в процессе конъюгации.

Самостоятельная репликация плазмидной ДНК способствует ее сохранению и распространению в потомстве. Встраивание плазмид, так же как и профагов, происходит только в гомологичные участки бактериальной хромосомы, в то время как IS-последовательностей и транспозонов – в любой ее участок.

 

В зависимости от свойств признаков, которые кодируют плазмиды, различают:

1) R-плазмиды. Известно большое количество R-плазмид, определяющих устойчивость бактерий-хозяев к разнообразным лекарственным препаратам. Передача R-плазмид от одних бактерий к другим привела к их широкому распространению среди патогенных и условно-патогенных бактерий, что чрезвычайно осложнило химиотерапию вызываемых ими заболеваний.

R-плазмиды имеют сложное молекулярное строение. В их состав входят: r-ген, который может содержать более мелкие мигрирующие элементы – IS-последовательности, транспозоны и tra-опероны. R-ген, ответственнен за устойчивость бактерий к какому-либо антибиотику или модификацию. Значительное число r-генов является транспозонами, которые могут перемещаться от плазмиды- носителя в другие репликоны. В одном r-гене может содержаться несколько транспозонов, контролирующих устойчивость к разным антибиотикам. Этим объясняется множественная лекарственная резистентность.

Tra-оперон, обеспечивающий конъюгативность плазмиды, входит в состав –плазмид грамотрицательных бактерий. Грамположительные бактерии содержат в основном неконъюгативные плазмиды, которые могут передаваться от одной бактерии к другой путем трансдукции.

 

2) F-плазмиды. Представляет собой циркулярно замкнутую нить ДНК. Она контролирует синтез половых ворсинок (sex или F-pili), которые способствуют эффективному спариванию бактерий-доноров с реципиентными клетками при конъюгации. Данная плазмида реплицируется в независимом от хромосомы состоянии и передается при конъюгации в клетки бактерий-реципиентов. Перенос генетического материала (ДНК) детерминируется tra-опероном F-плазмиды (англ. transfer перенос), обеспечивающим ее конъюгативность. F-плазмиду можно удалить (элиминировать) из клетки, обработав последнюю некоторыми веществами, например акриловым оранжевым, в результате чего клетки теряют свойства донора. Сравнительно легкая элиминация и очень быстрая и эффективная передача F-плазмиды реципиентным клеткам дали основание считать, что она располагается в цитоплазме бактерий вне хромосомы. Однако F-плазмида может встраиваться в бактериальную хромосому и находиться с ней в интегрированном состоянии

 

3) Col-плазмиды. Кодируют синтез бактериоцинов. Это бактерицидные вещества, действующие на близкородственные бактерии;

Бактериоцины обнаружены у кишечных бактерий (колицины), бактерий чумы (пестицины), холерных вибрионов (вибриоцины), стафилококков (стафилоцины).

Колицины энтеробактерий (продуцируемые под контролем колициногенных плазмид) представляют собой вещества белковой природы. Известно более 25 типов колицинов, различающихся по своим физико-химическим свойствам и по способности адсорбироваться на определенных участках поверхности бактериальных клеток. Они обозначаются латинскими буквами A, B, C, D, E1, E2, K и т.д. При обычных условиях культивирования в большинстве клеток бактериальной популяции, содержащей колициногенные особи, синтеза колицина не происходит. Примерно в одной из 1000 клеток отмечается так называемая спонтанная продукция колицина. Однако количество колицинпродуцирующих клеток может быть резко увеличено при обработке бактерий УФ-лучами и некоторыми другими агентами. Механизм бактерицидного действия колицинов неодинаков. Показано, что после адсорбции на рецепторах наружной мембраны бактерий один из колицинов (Е3) нарушает функцию рибосом, другой (Е) является ферментом – эндодезоксирибонуклеазой. Имеются колицины, действующие на цитоплазматическую мембрану бактерий. Колициногенные (Col) плазмиды находятся в клетках энтеробактерий в автономном состоянии и передаются при конъюгацииибез сцепления с хромосомой. Однако некоторые из них (ColV, ColB) могут встраиваться в бактериальную хромосому и находиться в ней в интегрированном состоянии. Они так же как F-плазмиды, передаются путем конъюгации в реципиентные клетки, благодаря имеющемуся у них tra-оперону.

Широкое распространение бактериоциногении среди микрофлоры организма человека имеет экологическое значение как один из факторов, влиляющих на формирование микробных биоценозов. Вместе с тем колицины, продуцируемые кишечной палочкой – нормальным обитателем кишечника, могут губительно действовать на патогенные энтеробактерии, попавшие в кишечник, способствуя нормализации его естественного микробиоценоза.

Способность продуцировать различные типы колицинов используется для эпидемиологического маркирования. Такое типирование осуществляется путем определения типа Col-плазмиды (колициногенотипирование) или типа колицина, образуемого патогенными бактериями (колицинотипирование).

4) Плазмиды патогенности:

· Tox-плазмиды. Кодируют выработку экзотоксинов;

· Hly-плазмиды.Кодирует синтез гемолизинов

 

5) Плазмиды биодеградации. Кодируют ферменты деградации (утилизации) природных (мочевина, углеводы) и неприродных (толуол, камфора, нафталин) соединений, необходимых для использования в качестве источников углерода или энергии, что обеспечивает им селективные преимущества перед другими бактериями данного вида. Патогенным бактериям подобные плазмиды придают преимущества перед представителями аутомикрофлоры.

Например, урологические штаммы кишечных палочек содержат плазмиду гидролизации мочевины. Плазмиды биодеградации несут информацию об утилизации ряда сахаров ( лактоза, сахароза, раффиноза и др.) и образовании протеолитических ферментов.

 

Криптические(скрытые) плазмиды не содержат генов, которые можно было бы обнаружить по их фенотипическому проявлению.

Потеря клеткой плазмиды не приводит к ее гибели. В одной и той же клетке могут находиться разные плазмиды.

 

Изменчивость у бактерий

Различают два вида изменчивости – фенотипическую и генотипическую. Ненаследственная, фенотипическая изменчивость, или модификация,… Модификации затрагивают большинство особей в популяции. С течением времени наблюдается реверсия, т. е. возвращение к…

Генотипическая изменчивость затрагивает генотип. В основе ее лежат мутации и рекомбинации.

  По происхождению бактериальные мутации могут быть: 1. спонтанными (самопроизвольными)

Делеция.

Различают терминальные (утрата концевого участка хромосомы) и интеркалярные (утрата участка на внутреннем участке хромосомы) делеции.

Исследованные делеции редко захватывают протяженные участки хромосом, обычно такие аберрации летальны.

 

Дупликация.

 

Дупликации появляются в результате неравного кроссинговера (в этом случае второй гомолог несет делецию) или в результате ошибки в ходе репликации.

 

 

Хромосомная инверсия

Инверсия. a — нормальная хромосома, b — парацентрическая инверсия, c — перицентрическая инверсия.   Различают парацентрические (инвертированный фрагмент лежит по одну сторону от центромеры) и перицентрические…

Транслокации

Реципрокная транслокация 4 и 20 хромосом человека.   Помимо переносов участков с одной негомологичной хромосомы на другую, классифицируют также реципрокные транслокации…

Последствия мутаций для клетки и организма

Мутации, которые ухудшают деятельность клетки в многоклеточном организме, часто приводят к уничтожению клетки (в частности, к программируемой смерти…   Мутация в соматической клетке сложного многоклеточного организма может привести к злокачественным или…

Мутагены

Классификация

 

Мутагенами могут быть различные факторы, вызывающие изменения в структуре генов, структуре и количестве хромосом. По происхождению мутагены классифицируют на эндогенные, образующиеся в процессе жизнедеятельности организма и экзогенные — все прочие факторы, в том числе и условия окружающей среды.

 

По природе возникновения мутагены классифицируют на физические, химические и биологические:

Физические мутагены

ионизирующее излучение;

радиоактивный распад;

ультрафиолетовое излучение;

чрезмерно высокая или низкая температура.

Химические мутагены

алкилирующие агенты (например, иодацетамид); пестициды (например гербициды, фунгициды); некоторые пищевые добавки (например, ароматические углеводороды, цикламаты);

Биологические мутагены

специфические последовательности ДНК — транспозоны;

некоторые вирусы (вирус кори, краснухи, гриппа);

продукты обмена веществ (продукты окисления липидов);

антигены некоторых микроорганизмов.

 

Генетические рекомбинации

  Прокариотам не свойственно половое размножение. Рекомбинация у них происходит…  

R-S-диссоциации

  Своеобразной формой изменчивости является R-S-диссоциация бактерий. Она…  

Генетика вирусов

  Модификации  

Практическое значение учения о генетике микроорганизмов и генная инженерия в медицинской микробиологии

  Развитие молекулярной генетики явилось мощным стимулом для исследований,…  

Основы биотехнологии. Задачи биотехнологии. Структура современной биотехнологии

Биотехнология – это область человеческой деятельности, которая характеризуется широким использованием биологических систем всех уровней в самых…   Традиционные биотехнологии, существующие уже тысячи лет, используют существующие в природе микроорганизмы

Структура современной биотехнологии

  К основным разделам современной биотехнологии относятся: микробиологический…  

– Конец работы –

Используемые теги: Генетика, микроорганизмов0.048

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Генетика микроорганизмов

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

Генетика микроорганизмов как наука. Преимущества микроорганизмов в генетических исследованиях
ГЕНЕТИКА МИКРООРГАНИЗМОВ... Генетика микроорганизмов как наука Преимущества микроорганизмов в... Понятие о бактериальной хромосоме и синтезе белка...

ПРЕДМЕТ, МЕТОДЫ И ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ГЕНЕТИКИ. ЗНАЧЕНИЕ ГЕНЕТИКИ ДЛЯ ПРАКТИКИ.
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ... ФЕДЕРАЦИИ...

Генетика человека с основами медицинской генетики
Атлас... Для подготовки к семинарским занятиям по дисциплине... Генетика человека с основами медицинской генетики...

История развития генетики. Значение генетики для медицины
Кировская государственная медицинская академия... Кафедра медицинской биологии и генетики...

Генетика – наука о наследственности и изменчивости. Предмет, объекты и задачи генетики
Генетика наука о наследственности и изменчивости Предмет объекты и... Генетическая информация е свойства...

ГЕНЕТИКА МИКРООРГАНИЗМОВ
ГЕНЕТИКА МИКРООРГАНИЗМОВ... Генетика микроорганизмов как наука Преимущества микроорганизмов в... Понятие о бактериальной хромосоме и синтезе белка...

Генетика человека. Генетика и медицина
Генетика человека Генетика и медицина Основные вопросы теории Формирование медицинской... Родословная семьи с аутосомно доминантным типом... короткопалость...

Генетика және оның биологияда алатын орны. Генетика пәнінің мақсаты мен міндеттері
Т ым уалау тірі организмдерді аса ма ызды ерекшеліктеріні атарына жатады Т ым... Гентотип фенотип аллель Ген... Генотип терминін жылы даниялы генетик В Иогансен сын ан О ан барлы геном...

Электронное пособие По дисциплине «Генетика человека с основами медицинской генетики»
Среднего профессионального образования... Красноярский медицинский техникум... Электронное пособие...

Генетика микроорганизмов
До х гг в считалось что поскольку у микроорганизмов нет ядерного аппарата и мейоза на них не распространяются законы Менделя и... Важнейшими признаками живых организмов являются измен чивость и... IS инсерционные последовательности англ insertion вставка это короткие фрагменты ДНК мигрирующие от одной...

0.041
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам