Генетика микроорганизмов кафедра техносферной безопасности Тюм. ГАСУ
План 1. Наследственные факторы микроорганизмов 2. Механизмы, вызывающие изменения генетической информации
Наследственные факторы микроорганизмов § В бактериальной клетке ДНК имеет форму нити, замкнутой в виде кольца. Эта нить называется бактериальной хромосомой. Данная хромосома, как и хромосомы всех живых организмов, имеет отдельные участки — гены (фраг менты молекулы ДНК). Ген — главный фактор, отвечающий за наследственные свойства микроорганизмов. Каждый наследственный признак контролируется соответствующими генами.
Наследственные факторы микроорганизмов § Генетические исследования показали также, что конкретные признаки микроорганизмов обусловливают ферменты. Это послужило в свое время основанием для теории «один ген — один фермент» , которая утверждает, что каждый ген определяет образование специфичного фермента
Наследственные факторы микроорганизмов § Генетический материал микроорганизмов может содержаться не только в хромосоме, но и во внехромосомных структурах — плазмидах, расположенных автономно в цитоплазме или в интегриро ванном с хромосомой состоянии.
Наследственные факторы микроорганизмов Плазмиды — не обязательный генетический материал бактерий, необходимый для проявления ее жизнедеятельности. Плазмиды могут определять весьма сложные свойства бактерий: способность к пере даче генетического материала от донорских клеток к реципиентным клеткам при конъюгации;
Наследственные факторы микроорганизмов устойчивость к антибиотикам, сульфаниламидным препаратам; способность к синтезу токсинов; образование фимбрий, которыми энтеробактерии прикрепляются к кишеч ному эпителию, и др.
Наследственные факторы микроорганизмов § Все известные плазмиды подразделяют на конъюгативные и неконъюгативные. § Конъюгативные плазмиды переносят собственную ДНК от клетки донора в клетку реципиент при конъюгации. § Неконъюгативные плазмиды такой способностью не обладают.
Наследственные факторы микроорганизмов § При делении бактериальной клетки плазмиды, как правило, равномерно распределяются между дочерними клетками. § Наследование плазмид в процессе жизненного цикла популяции бактерий обусловливается полуконсервативной репликацией плазмидной ДНК.
Наследственные факторы микроорганизмов § Один ген может контролировать наследование одного признака или определять несколько или многие признаки, затрагивающие различные части клетки микроорганизма. Несколько генов могут также совместно контролировать проявление какого либо одного признака.
Наследственные факторы микроорганизмов § В бактериальной хромосоме все гены расположены в линейной последовательности. Гены определенных признаков лежат в соответствующих местах хромосомы, называемых локусами. Бактерии обычно гаплоидны, т. е. имеют только один набор генов.
Наследственные факторы микроорганизмов § Полный набор генов, которым обладает клетка микроорганизма, составляет генотип данного микроорганизма. Проявление наследуемых морфологических признаков и физиологических процессов у индивидуумов называется фенотипом. Фенотипические различия между микроорганизмами, одинаковыми по генотипу, называют модификациями (фенотипическими адаптациями).
Наследственные факторы микроорганизмов § В изменчивости микроорганизмов важную роль играют транспозоны — подвижные генетические элементы, представляющие со бой сегменты ДНК, способные к внутри и межхромосомным перемещениям (транспозициям), а также к перемещениям от плазмиды к плазмиде и от плазмиды к хромосоме.
Наследственные факторы микроорганизмов § Транспозоны обладают рядом особых свойств. Они могут переносить фрагменты ДНК, заключенные между двумя транспозонами, и генерировать в ДНК мутации. § Транспозоны способны также «включать» и «выключать» соседние с ними гены, поскольку в транспозонах есть промоторы и терминаторы транскрипции.
Механизмы, вызывающие изменения генетической информации А. Мутации. Изменения генотипа, называемые мутациями, происходят спонтанно, т. е. случайно. Такие мутации вызывают резкие изменения единичных генов. § Мутация происходит, если в ДНК химически изменяется или выпадает нуклеотид, а также если в нее включается лишний нуклеотид в гене, что обусловливает проявление измененной информации, а следовательно, измененного белка и соответственно измененного признака организма.
Механизмы, вызывающие изменения генетической информации § Выделяют генные и хромосомные мутации, различающиеся по числу мутировавших генов и характеру изменений в первичной структуре ДНК. § Генные мутации обычно затрагивают только один ген, хромосомные распространяются на несколько генов. § Генные мутации, при которых происходит химическое изменение лишь одного нуклеотида, называют точковыми.
Механизмы, вызывающие изменения генетической информации § Хромосомные мутации связаны с крупными перестройками в отдельных фрагментах ДНК. Они проявляются в результате: выпадения меньшего или большего числа нуклеотидов (делеция), поворота участка ДНК на 180° (инверсия), повторения какого либо фрагмента ДНК (дупликация).
Механизмы, вызывающие изменения генетической информации § Мутации, вызываемые искусственно при помощи химических или физических агентов, которые поддаются контролю, называются индуцированными мутациями. § В тех случаях, когда фактор, вызвавший мутацию, неизвестен, ее считают спонтанной.
Механизмы, вызывающие изменения генетической информации § Вызывать мутации могут различные химические вещества: алкилирующие соединения (этил и метилметансульфонат, диметил и диэтилсульфат), соединения мышьяка и хрома, креозот, деготь, нитрозамин, органические перекиси, минеральные масла и другие; физические факторы: рентгеновское и ультрафиолетовое излучение, γ лучи и т. д.
Механизмы, вызывающие изменения генетической информации Б. Рекомбинации. Они заключаются в перетасовке — перерекомбинации генов, принадлежащих близкородственным, но генотипически различным организмам. При генетической рекомбинации в хромосому одной микробной клетки, служащей реципиентом, встраиваются фрагменты хромосомы микроорганизма, служащего донором.
Механизмы, вызывающие изменения генетической информации § Благодаря процессу рекомбинации увеличивается число наследственных изменений, на которые может воздействовать отбор. § У микроорганизмов известны три процесса, посредством которых генетический материал от двух различных родителей может рекомбинировать: трансформация, конъюгация и трансдукция.
Механизмы, вызывающие изменения генетической информации § Однако ни при одном из этих процессов не происходит истинного слияния клеток или полного слияния нуклеоидов. Лишь часть генетического материала клетки донора передается клетке реципиенту. § Трансформация. Это процесс переноса генов, при котором часть ДНК клетки донора, полученная либо экстрагированием, либо при естественном лизисе клеток, может проникать в родственную (одного и того же вида или близкородственных видов) бактериальную клетку реципиент.
Механизмы, вызывающие изменения генетической информации § В результате в ДНК реципиента включаются фрагменты хромосомы ДНК донора, что обусловливает изменение признаков бактерии реципиента. § При помощи трансформирующейся ДНК могут передаваться признаки: - капсулообразование, синтез необходимых клетке веществ, ферментативная активность, устойчивость к ядам, антибиотикам и другим лекарственным веществам.
Механизмы, вызывающие изменения генетической информации Б. Конъюгация — процесс, при котором сблизившиеся родительские клетки соединяются при помощи конъюгационных мостиков, через последние происходит обмен генетическим материалом. Возможность клетки стать донором определяется специфическим половым фактором F, который при конъюгации переносится из одной бактериальной клетки в другую.
Механизмы, вызывающие изменения генетической информации § Клетки, связанные конъюгацией, называют F+ клетками (донорами). § Клетки бактерий, не имеющие F фактора, служат реципиентами генетического материала и обозначаются F-.
Механизмы, вызывающие изменения генетической информации § Половой фактор F (F плазмида) обусловливает образование на поверхности клетки половых фимбрий, получивших название F пили, способствующих соединению клеток доноров с клетками реципиентами, а также обеспечивает независимую от хромосомы репликацию собственной ДНК. F плазмида располагается в цитоплазме автономно, вне бактериальной хромосомы.
Механизмы, вызывающие изменения генетической информации § Обычно при конъюгации передается только одна цепь ДНК донора, а вторая цепь (комплементарная) достраивается в клетке реципиента. В. Трансдукция – это перенос генетического материала от одной бактериальной клетки к другой посредством бактериофага.
Механизмы, вызывающие изменения генетической информации § Известны три главных типа трансдукции: неспецифическая, специфическая и абортивная. § При неспецифической трансдукции различные фрагменты ДНК передаются от бактерий доноров к бактериям реципиентам с помощью трансдуцирующих фагов. При этом принесенный фагом фрагмент ДНК донора способен включаться в гомологическую область ДНК клетки реципиента при рекомбинации.
Механизмы, вызывающие изменения генетической информации § Специфическая трансдукция характеризует способность фага переносить от бактерий доноров к бактерии реципиенту только определенные гены. Это обусловлено тем, что образование трансдуцирующего фага происходит в результате соединения его ДНК со строго определенными бактериальными генами, расположенными на хромосоме клетки донора.
Механизмы, вызывающие изменения генетической информации § При абортивной трансдукции принесенный фагом фрагмент хромосомы клетки донора не включается в хромосому клетки реци пиента, а располагается в ее цитоплазме автономно и в таком виде функционирует. При делении клетки реципиента трансдуцированный фрагмент ДНК донора может передаваться только одной из двух дочерних клеток, т. е. наследуется однолинейно, в связи с чем утрачивается в потомстве.
Механизмы, вызывающие изменения генетической информации § При трансдукции возможен перенос генов, контролирующих: питательные особенности бактерий, устойчивость к лекарственным веществам, ферментативную активность, наличие двигательно го аппарата (жгутики)
Скачать презентацию Генетика микроорганизмов кафедра техносферной безопасности Тюм ГАСУ
7 генетика микроорганизмов.ppt