рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Гомологичная рекомбинация

Гомологичная рекомбинация - Лекция, раздел Биотехнологии, Лекции № 6 Генетика микроорганизмов-1 При Гомологичной Рекомбинации В Процессе Раз­Рыва И Воссоединения Днк Происхо...

При гомологичной рекомбинации в процессе раз­рыва и воссоединения ДНК происходит обмен меж­ду участками ДНК, обладающими высокой степенью гомологии. Гомологичная рекомбинация происхо­дит через образование промежуточного соединения, в котором осуществляется комп­лементарное спаривание между одноцепочечными участками, принадлежащими разным родительским молекулам ДНК. Процесс гомологичной рекомби­нации находится под контролем генов, объединенных в REC-систему, состоящую из генов recA,B,C,D. Продукты этих генов производят расплетание нитей ДНК и их переориентацию с образованием структу­ры Холидея, а также разрезают структуру Холидея для завершения процесса рекомбинации.

Сайт-специфическая рекомбинация

Происходит в определенных участках генома и не требует высокой степени гомологии ДНК. Этот тип рекомбинации не зависит от функционирования генов recA,B,C,D. Примером этого типа рекомби­нации является встраивание плазмиды в хромосому бактерий, которое происходит между идентичными IS-элементами хромосомы и плазмиды, интеграция ДНК фага в хромосому Е. coli. Сайт-специфическая рекомбинация, происходящая в пределах одного репликона, участвует также в переключении активности генов. Например, у сальмонелл следствием этого процесса являются фазовые вариации жгути­кового Н-антигена.

Незаконная или репликативная рекомбинация

Незаконная или репликативная рекомбинация не зависит от функционирования генов recA,B,C,D. Примером ее является транспозиция подвижных ге­нетических элементов по репликону или между репликонами, при этом, как уже было отмечено, транспозиция подвижного генетического эле­мента сопровождается репликацией ДНК.

Передача генетической информации у бактерий

Рекомбинация у бактерий является конечным эта­пом передачи генетического материала между бакте­риями, которая осуществляется тремя механизмами: конъюгацией (при контакте бактерий, одна из кото­рых несет конъюгативную плазмиду), трансдукцией (при помощи бактериофага), трансформацией (при помощи высокополимеризованной ДНК).

Конъюгация

Передача генетического материала от клетки-донора в клетку-реципи­ент путем непосредственного контакта клеток называется конъюгацией.

Передача генетического материала от клет­ки-донора в клетку-реципи­ент впервые была обнаружена Дж. Ледербергом и Э. Тейтумом в 1946 г.

Необходимым условием для конъюгации является наличие в клетке-доноре транс­миссивной плазмиды.

Трансмиссивные плазмиды кодируют по­ловые пили, образующие конъюгационную трубочку между клеткой-донором и клеткой-реципиентом, по которой плазмидная ДНК передается в новую клетку.

Фактор плодовитости (F), или половой фактор был открыт у кишечной палочки ещё в 1968 г. Было установлено, что после смешивания двух различных штаммов бактерий F+ и F- происходит рекомбинация бактериальных признаков. F+ - это «мужской» или донорский генетический материал, а F- - «женский» или реципиентный. В настоящее время известно, когда вступают в контакт клетки F+ и F -, при этом могут осуществляться два совершенно разных процесса: в одних случаях передавать только фактор плодовитости, F-фактор, в других, переносить часть генетического материала донорской клетки в клетку-реципиент.

Первый процесс, когда сам F-фактор способен переходить из бактерий F+ в бактерию F-, превращая её в клетку F+ (клетка становится донором), но никакого переноса генов, локализованных в хромосоме, при этом не происходит.

Второй процесс, это когда из донорской клетки в реципиентную может переходить часть (редко вся) хромосомы.

Многочисленными исследованиями установлено, что первый процесс осуществляется тогда, когда F-фактор находится в цитоплазме бактериальной клетки обособленно от хромосомы. В этом случае F-фактор ведёт себя, как «паразит», который способен переходить от одной бактерии к другой и не приносит никакой очевидной пользы бактерии-хозяину.

Для осуществления второго процесса, однако, необходимо, чтобы F-фактор сначала включился в бактериальную хромосому хозяина. Бактерии в таком состоянии обозначаются Hfr(высокая частота рекомбинации). Встроенный в хромосому F-фактор способен вызывать перенос бактериальной хромосомы в клетку F- , где затем может происходить рекомбинация бактериальных генов. Обычно процесс прерывается до того, как успевает перейти целая хромосома донорской клетки. Более того, та часть F-фактора, которая ответственна за перенос, находится у дистального конца переносимой хромосомы и обычно остается в донорской клетке. Из-за того, что F-фактор может встраиваться в хромосому клетки, его называют эписомой. Однако не все плазмиды обладают свойствами эписом, т.к. не все способны встраиваться в бактериальные хромосомы.

Перенос генетического материала детерминируется tra-опероном F-плазмиды (от англ. transfer – перенос). Механизм пере­дачи плазмидной ДНК из клетки в клетку заключается в том, что специальный белок, кодируемый tra-опероном, «узнает» опреде­ленную последовательность в ДНК плазмиды, называемую origin – начало переноса, англ. (О-ген), вносит в эту последовательность одноцепочечный разрыв и ковалентно связывается с 5'-концом. Затем цепь ДНК, с которой связан белок, переносится в клетку-реципи­ент, а неразорванная комплементарная цепь остается в клетке-доноре.

Таким образом, при конъюгации передается только одна цепь ДНК-донора. Клеточный аппарат синтеза ДНК достраивает одиночные цепи и в доноре и в реципиенте до двухцепочечной структуры.

Белок, связанный с 5'-концом пе­ренесенной цепи, способствует замыканию плазмиды в реципиентной клетке в кольцо. Этот процесс представлен на рисунке на примере переноса в реципиентную клетку плазмиды F (fertility – плодовитость, англ.), которая является как трансмиссивной, так и интегративной плазмидой. Клетки-доноры, обладающие F-фактором, обозначаются как Р+-клетки, а клетки-реципиенты, не имею­щие F-фактора, обозначаются как F--клетки. Если F-фактор находится в клетке-доноре в автономном состоянии, то в результате скре­щивания: F+ × F- клетка-реципиент приобре­тает донорские свойства (см. рис. 5.4, 1А).

Если F-фактор или другая трансмиссивная плазмида встраиваются в хромосому клетки-донора, то плазмида и хромосома начинают функционировать в виде единого трансмис­сивного репликона, что делает возможным пе­ренос бактериальных генов в бесплазмидную клетку-реципиент, т. е. процесс конъюгации. Штаммы, в которых плазмида находится в интегрированном состоянии, переносят свои хромосомные гены бесплазмидным клеткам с высокой частотой и поэтому называются Hfr (от англ. high frequency of recombination – высо­кая частота рекомбинации).

Процесс переноса хромосомных генов в слу­чае скрещивания: Hfr×F- всегда начинается с расщепления ДНК в одной и той же точке, месте интеграции F-фактора или другой транс­миссивной плазмиды. Одна нить донорской ДНК передается через конъюгационный мос­тик в реципиентную клетку. Процесс сопро­вождается достраиванием комплементарной нити до образования двунитевой структуры. Перенос хромосомных генов при конъюга­ции всегда имеет одинаковую направленность, противоположную встроенной плазмиде. Сама трансмиссивная плазмида передается послед­ней.

Переданная в реципиентную клетку и достроенная до двунитевой структуры нить ДНК донора рекомбинирует с гомологичным участ­ком реципиентной ДНК с образованием стабильной генетической структуры.

Конъюгационный мостик непрочен, он легко разрывается, не нарушая жизнеспособности конъюгирующих клеток. Соответственно в процессе передачи может нарушаться целостность передаваемой хромосомы. Все это объясняет чрезвычайно редкую передачу фактора F от Hfr-бактерий к Fклеткам, так как для этого необходимо приобретение реципиентом как начального, так и конечного участка хромосомы донора.

Обычно Hfr-штаммы передают с высокой частотой не всю хромосому, а лишь близколежащие к О-точке гены. Путем включения F-фактора в различные участки хромосомы получены разнообразные Hfr-штаммы, различающиеся по локализации О-точек и направлению передачи хромосомы.

Т.о, вследствие хрупкости конъюгационного мостика половой фактор F редко передается в клетку-реципиент, Поэтому образовавшийся рекомбинант донор­скими функциями, как правило, не обладает.

Вследствие направленности передачи генов ко­нъюгация используется для картирования генома бактерий и построения генетической карты.

Трансдукция

Передача генетического материала от одних бактерий другим с помощью фагов называется трансдукцией. Трансдуцирующий фаг – это в своем роде «трамвай», т.к. внутри своей белковой оболочки он перевозит «безбилетного пассажира» - часть ДНК из предыдущего фага хозяина и вводит эту ДНК таким же образом, как и свою собственную ДНК, в чувствительную к фагу бактериальную клетку.

Главным признаком процессов трансдукции является способность некоторых созревающих фаговых частиц (созревание происходит спонтанно, либо в результате индукции) захватывать ограниченный участок генома бактерии-хозяина и переносить его в родственную клетку, чувствительную к этому фагу. Свойством переносить генетический материал от бактерий доноров к бактериям реципиентов обладают умеренные фаги и их мутанты.

Трансдукцией называют передачу бактериальной ДНК посредством бактериофага.

Этот процесс был открыт в 1951 г. Н.Циндером и Дж. Ледербергом. В процессе репликации фага внутри бактерий фрагмент бактериальной ДНК проникает в фаговую частицу и переносится в реципиен­тную бактерию во время фаговой инфекции. Существует три типа трансдукции:

общая трансдукция (или неспецифическая) – перенос бактериофа­гом фрагмента любой части бактериальной хромосомы – происходит вследствие того, что бактериальная ДНК фрагментируется после фаговой инфекции и кусочек бактериальной ДНК того же размера, что и фаговая ДНК, проникает в вирусную, формируя дефектную фаговую частицу с частотой приблизительно 1 на 1000 фаговых частиц. При инфицировании клетки-реципиента дефек­тной фаговой частицей ДНК клетки-донора «впрыскивается» в нее и рекомбинирует го­мологичной рекомбинацией с гомологичным участком хромосомы-реципиента с образова­нием стабильного рекомбинанта. Этим типом трансдукции обладают Р-фаги;

специфическая трансдукция – наблюдается в том случае, когда фаговая ДНК интегрирует в бактериальную хромосому с образованием профага. В процессе исключения

ДНК-фага из бактериальной хромосомы в результате случайного процесса захватывается приле­гающий к месту включения фаговой ДНК фрагмент бактериальной хромосомы, стано­вясь дефектным фагом. Так как большинство умеренных бактериофагов интегрирует в бактериальную хромосому в специфических участках, для таких бакте­риофагов характерен перенос в клетку-ре­ципиент определенного участка бактериаль­ной ДНК клетки-донора. ДНК дефектного фага рекомбинирует с ДНК клетки-реципи­ента сайт-специфической рекомбинацией. В частности, бактериофаг передает специфической трансдукцией gal-ген у Е. coli.

абортивнаятрансдукция – привнесенный фагом фрагмент ДНК бактерии-донора не включается в хромосому бактерии-реципиента, а располагается в её цитоплазме и может в таком виде функционировать. Во время деления бактериальной клетки трансдуцированный фрагмент ДНК-донора может передаваться только одной из двух дочерних клеток, т.е. наследоваться однолинейно и в конечном итоге утрачиваться в потомстве.

Трансдукция обнаружена у E.coli, B. subtilis, сальмонелл, холерного вибриона и др. Передаются самые различные свойства бактерий: устойчивость к антибиотикам, синтез факторов роста, сбраживание углеводов, синтез пенициллиназы и др.

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Лекции № 6 Генетика микроорганизмов-1

Кафедра микробиологии иммунологии и вирусологии... Лекции Генетика микроорганизмов... История...

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

Что будем делать с полученным материалом:

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

Все темы данного раздела:

Лекция обсуждена на
кафедральном совещании « »____________ 2009 г   д.м.н. Т.В. Таран   Ставрополь, 2009 Всякое живое существо по большинству своих

Изменчивость бактерий
Различают два вида изменчивости – фенотипическую и генотипическую. Фенотипическая изменчивость – модификации

Мутации у бактерий
Мутации– это изменения в последовательности отдельных нуклеотидов ДНК, которые ведут к таким проявлениям, как изменения морфологии бактериальной клетки, возникновение потребнос

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
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги