ГЕНЕТИЧЕСКОЕ КАРТИРОВАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ ВНЕХРОМОСОМНЫЕ ФАКТОРЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ ПЛАЗМИДЫ ТРАНСПОЗОНЫ

ГЕНЕТИЧЕСКОЕ КАРТИРОВАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ. ВНЕХРОМОСОМНЫЕ ФАКТОРЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ: ПЛАЗМИДЫ, ТРАНСПОЗОНЫ, IS-ПОСЛЕДОВАГЕЛЬНОСТИ. ГЕНЕТИКА БАКТЕРИЙ И ВИРУСОВ. Подготовила: Лаптиева А. Н. 257 ОМ Астана 2011

ПЛАН Введение Генетическое картирование актиномицетов Генетика вирусов. Внехромосомные факторы наследственности - Плазмиды - Транспозоны - Is-последовательности Заключение. Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ Молекулярная биология, изучающая фундаментальные основы жизни, является в значительной степени детищем микробиологии. В качестве основных объектов изучения в ней используют вирусы и бактерии, а основное направление- молекулярная генетика основана на генетике бактерий и фагов.

ГЕНЕТИЧЕСКОЕ КАРТИРОВАНИЕ АКТИНОМИЦЕТОВ Генетика актиномицетов исследована достаточно хорошо. Для наиболее изученных видов еще с конца 50 -х гг. составлялись на основании конъюгационных скрещиваний подробные генетические карты с множеством нанесенных на них маркеров. Эти карты были кольцевыми.

Генетическое картирование проводится с помощью Днк – гибридизации. Данный метод основан на способности ДНК и РНК специфически соединяться (гибридизироваться) с комплементарными олигонуклеотидными фрагментами, искусственно синтезированными и меченными ферментом, флюорохромом или изотопом. Эти фрагменты называются зондами. Для проведения молекулярной гибридизации молекулу исследуемой ДНК расплетают, одну нить закрепляют на специальном фильтре, который помещают в раствор, содержащий меченый зонд. Создаются условия, благоприятные образованию двойных спиралей. При наличии комплементарности между зондом и исследуемой ДНК они образуют между собой двойную спираль. После окончания гибридизации и отмывания несвязавшихся продуктов проводится детекция образовавшегося комплекса при помощи соответствующей метки.

Поскольку ДНК актиномицетов имеет высокий ГЦ-состав (70 -74%) , для получения макрофрагментов хромосомной ДНК используются эндонуклеазы рестрикции, сайты узнавания которых содержат лишь АТ-пары. А в результате картирования актиномицетов определяют размеры хромосомной ДНК исследуемых штаммов как сумму размеров обнаруженных макрофрагментов ДНК, а также определяют длину молекулы ДНК. Дальнейшие исследования в этой области позволят сделать новые открытия в этой области.

ГЕНЕТИКА ВИРУСОВ. Геном вирусов содержит или РНК, или ДНК (РНК- и ДНК- вирусы соответственно). Выделяют позитивную (+) РНК, обладающую матричной активностью и соответственноинфекционными свойствами, и негативную ( – ) РНК, не проявляющую инфекционные свойства, которая для воспроизводства толжна транскрибироваться (превращаться) в +РНК. Механизмы репродукции различных вирусов очень сложные и существенно отличаются. Основные их схематические варианты представлены ниже.

1. вирионная (матричная) +РНК à комплементарная РНК (в рибосомах) à вирионная +РНК. 2. – РНК à вирусная (информационная) +РНК à – РНК (формируется на геноме зараженной клетки). 3. однонитевая ДНК: +ДНК à +ДНК -ДНК à +ДНК à +ДНК. 4. ретровирусная однонитевая РНК: РНК à ДНК (провирус) à РНК. 5. двунитевая ДНК: разделение нитей ДНК и формирование на каждой комплементарной нити ДНК.

Генофонд вирусов создается и пополняется из четырех основных источников: двух внутренних (мутации, рекомбинации) и двух внешних (включение в геном генетического материала клетки хозяина, поток генов из других вирусных популяций). Комплементация- функциональное взаимодействие двух дефектных вирусов, способствующее их репликации и горизонтальной передаче. Фенотипическое смешивание- при заражении клетки близкородственными вирусами с образованием вирионов с гибридными капсидами, кодируемыми геномами двух вирусов. Популяционная изменчивость вирусов связана с двумя разнонаправленными процессами – мутациями и селекцией, связанными с внешней средой как индуктором мутаций и фактором стабилизирующего отбора. Гетерогенность вирусных популяций- адаптационный генетический механизм, способствующий пластичности (устойчивости, приспособляемости) популяций, фактор эволюции и сохранения видов во внешней среде.

ВНЕХРОМОСОМНЫЕ ФАКТОРЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ Внехромосомные факторы наследственности входят в состав многих микроорганизмов, особенно бактерий. Они представлены плаз-мидами, транспозонами и Isпоследовательностями (англ. insertion - вставка, sequence - последовательность), которые являются молекулами ДНК, отличающимися друг от друга молекулярной массой, объемом закодированной в них информации, способностью к автономной репликации и другими признаками. Плазмиды, транспозоны и Is-последовательности не являются генетическими элементами, жизненно необходимыми для бактериальновой клетки, поскольку они не несут информации о синтезе фермен-в «. участвующих в пластическом или энергетическом метаболизме. Вместе с тем они могут придавать бактериям определенные селективные преимущества, например резистентность к антибиотикам.

ПЛАЗМИДЫ Плазмиды несут две функции - регуляторную и кодирующую. Первая состоит в компенсации нарушений метаболизма ДНК клетки хозяина. Кодирующая функция плазмид состоит во внесении в бактериальную клетку новой информации, о которой судят по приобретенному признаку, например образованию пилей (F-плазмида), резистентности к антибиотикам (R-плазмида), выделению бактериоцинов (Col-плазмида) и т. д.

ТРАНСПОЗОНЫ Транспозоны представляют собой нуклеотидные последовательности, включающие от 2000 до 20 500 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. Транспозоны могут находиться в свободном состоянии в виде кольцевой молекулы, неспособной к репликации. Она реплицируется только в составе бактериальной хромосомы. Транспозоны имеют особые концевые структуры нескольких типов, которые являются маркерами, позволяющими отличать их от других фрагментов ДНК. Это позволило обнаружить их не только у бактерий и дрожжей, но и в клетках растений, насекомых, позвоночных животных и человека. При интеграции транспозонов в хромосому клеток животных или человека они приобретают удивительное сходство с провирусами, находящимися в составе их хромосом.

IS-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ Is-последовательности (англ. insertion вставка, sequence - последовательность) представляют собой транспозируемые элементы, которые также называются «вставки последовательностей оснований» . Это фрагменты ДНК длиной 1000 пар нуклеотидов и более. В Is-последовательностях содержится информация, необходимая только для их транспозиции, т. е. перемещения в различные участки ДНК.

Вследствие такого рода перемещений Isпоследовательности могут выполнять ряд функций. Координировать взаимодействие транспозонов, плазмид и уме ренных фагов как между собой, так и с хромосомой бактериальной клетки и обеспечивать их рекомбинацию. Вызывать инактивацию гена, в которой произошла интеграция Ь-последовательности ( «выключение» гена), либо, будучи встроен ными в определенном положении в бактериальную хромосому, слу жить промотором (участками ДНК, регулирующих экспрессию под лежащих структурных генов бактерий-реципиентов), который вклю чает или выключает транскрипцию соответствующих генов, выполняя регуляторную функцию. Индуцировать мутации типа делеций или инверсий при перемещении и дупликации в 5 -9 парах нуклеотидов при включении в бактериальную хромосому.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Таким образом, на настоящий момент у актиномицетов описана передача генетического материала с помощью плазмид, причем для данной группы микроорганизмов характерны не только кольцевые плазмиды, но также и линейные. Хорошо изучен процесс трансдукции, осуществляемый с помощью актинофага, а рекомбинация еще находится на стадии изучения.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Айала Ф. , Кайгер Дж. Современная генетика / Ф. Айала, Дж. Кайгер. М. : Мир, 1987. - 368 с. 2. Гершковиш И. Генетика / И. Гершковиш. - М. : Мир, 1970. – 280 с. 3. Захаров И. А. , Мацелюх Б. П. Генетические карты микроорганизмов / И. А. Захаров, Б. П. Мацелюх. - М. : Наука, 1986. – 250 c. 4. Прозоров А. А. Строение генома бактерий: единство или многообразие? // Генетика. – 1995. – Т. 31. – № 6. – С. 741– 752. 5. Прокофьева-Бельговская А. А. Строение и развитие актиномицетов / А. А. Прокофьева-Бельговская. – М. , 1963. – 250 с. 6. Рыбчин В. Н. Основы генетичесой иженерии. / В. Н. Рыбчин. - С. -П. : Издательство СПб. ГТУ, 1999. - 350 с. 7. Сингер М. , Берг Б. Гены и геномы. / М. Сингер, Б. Берг. - М. : Мир, 1998. 394 с.