Тема: Генетика микроорганизмов
Понятие о генотипе и фенотипе
Ген – наследственный фактор, единица наследственного материала – определенный участок молекулы ДНК у высших организмов (РНК у ряда вирусов), ответственный за синтез определенного белка.
Генотип - совокупность всех генов организма, его наследственная материальная основа.
Фенотип - совокупность всех признаков и свойств организма, сформировавшихся на основе взаимодействия генотипа с условиями внешней среды.
Генетический материал у бактерий содержится в нуклеоиде (бактериальной хромосоме) и в внехромосомных генетических элементах — плазмидах и мигрирующих генетических элементах.
ДНК
нуклеоид (бактериальная хромосома)
жизненно важные признаки
внехромосомные генетические элементы
не жизненно важные признаки
Внехромосомные факторы наследственности
автономные – являются репликоном
плазмиды
неавтономные - реплицируются только в составе репликона (нуклеоида или плазмиды)
IS-последовательности
транспозоны
умеренные и дефектные фаги
Внехромосомные молекулы ДНК (инсерционные элементы, плазмиды, транспозоны) не являются жизненно важными для бактерий, но придают им новые свойства.
Инсерционные элементы (IS) (от англ. insertion sequence) — простейший тип генетических элементов, мигрирующих от одной бактериальной хромосомы к другой, или между хромосомой и плазмидой. IS-элементы несут только один ген, кодирующий белок транспозазу, с помощью которой IS-элементы встраиваются в различные участки хромосомы. Содержат только гены, необходимые для собственной миграции. Фенотипических признаков не кодируют, самостоятельно не реплицируются.
Свойства is-последовательностей
Небольшие размеры – 800-1400 пар нуклеотидов.
В свободном состоянии не существуют.
Способны перемещаться по геному. При этом первичный элемент остается на месте, а копия встраивается в мишень.
Функции IS-элементов:
координация взаимодействия внехромосомных факторов наследственности между собой и с бактериальной хромосомой для обеспечения их рекомбинации
регуляторная (регуляция транскрипции генов путём их «включения/выключения»)
индукция мутаций (инверсии, дупликации на протяжении 5-9 пар нуклеотидов) координация взаимодействия плазмид, умеренных фагов, транспозонов.
Транспозоны — нуклеотидные последовательности, способные менять место своей локализации в молекуле ДНК и мигрировать из одной молекулы ДНК в другую.
Свойства транспозонов
Относительно большие генетические элементы. Состоят из 2000-25000 пар нуклеотидов.
Могут находиться в свободном состоянии в виде кольцевой молекулы.
Могут мигрировать с одного репликона на другой.
Окружены с обоих сторон (фланкированы) последовательностями ДНК, напоминающими IS-последовательности.
Могут нести информацию о синтезе бактериальных токсинов и ферментов, модифицирующих антибиотики.
Могут проникать в хромосому клеток животных сходно с провирусами.
Умеренные и дефектные фаги
Встраиваясь в бактериальную хромосому, умеренные или дефектные фаги вызывают лизогенизацию бактерий, которые могут приобретать новые признаки. Изменчивость лизогенных бактерий может быть связана:
с приобретением генов, переносимых фагами от их предыдущих хозяев;
с экспрессией «молчащих» генов бактерий-реципиентов. Фаговая ДНК, встраиваясь вблизи поврежденного промотора, заменяет его. При этом синтезируются определенные продукты, например протоксины дифтерийных бактерий.
Плазмиды — кольцевидные молекулы ДНК, способные к саморепликации. Их возможные состояния:
автономное (в цитоплазме);
интегрированное (в нуклеоиде).
Конъюгативные плазмиды способны к самопереносу из одной клетки в другую. Неконъюгативные плазмиды способны к переносу с помощью конътативных плазмид и бактериофагов.
Функции плазмид:
регуляторная – компенсирует нарушение функции ДНК нуклеоида
кодирующая – вносит в генотип новую информацию
Категории плазмид |
Кодируемое свойство |
F-плазмида (половой фактор или фактор фертильности) |
Способность к переносу плазмидных и хромосомных генов при конъюгации бактерий через половые ворсинки |
R-плазмида (фактор множественной лекарственной устойчивости) |
Придает бактериям устойчивость к нескольким антибиотикам и другим лекарственным веществам |
Плазмиды бактериоциногении |
Кодируют синтез бактериоцинов (особых белков), вызывающих гибель близкородственных бактерий. Например, бактериоцины E.coli вызывают гибель патогенных энтеробактерий. |
Ent-плазмида |
Синтез энтеротоксинов |
Hly-плазмида |
Синтез гемолизинов |
К-88, К-99 |
Кодируют синтез поверхностных антигенов у бактерий |
Биодеградативные плазмиды |
Разрушение различных органических и неорганических соединений |
F-плазмида, или половой фактор. Контролирует синтез половых ворсинок (sex или F-pili), которые способствуют эффективному спариванию бактерий-доноров с реципиентными клетками при конъюгации. F-плазмида реплицируется в независимом от хромосомы состоянии и передается при конъюгации в клетки бактерий-реципиентов.
Перенос генетического материала (ДНК) детерминируется tra-опероном F-плазмиды (от англ. transfer — перенос), обеспечивающим конъюгативность. F-плазмиды содержат только tra-оперон, в их составе нет никаких других генов.
F-плазмида может встраиваться в бактериальную хромосому и находиться с ней в интегрированном состоянии.