[Мікробіологія] Лекції / #3 med Генетика

Нобелевская премия по физиологии и медицине — 2012

для перепрограммирования дифференцированной клетки в плюрипотентную стволовую достаточно повышения экспрессии всего четырех генов : Oct3/4, Sox2, Klf4 и c-Myc.

Схема экспериментов Яманаки. Гены четырех белков (1) засовываются в дифференцированный фибробласт, полученный от мыши (2). Этот фибробласт превращается в плюрипотентную стволовую клетку (3), из которой можно потом получить взрослый мышиный организм (4).

Differentiated cells can be obtained from a patient with a specific disease and reprogrammed to become iPS cells.

The resulting iPS cells can then be in vitro differentiated to various specialised cell fates, such as neurons, cardiomyocytes or hepatocytes.

Особенности генетики бактерий

Генетическая система бактерий имеет по крайней мере 4 особенности, присущие только этим организмам.

•1. Бактериальная ДНК располагается свободно в цитоплазме, не отграничена от нее никакими мембранами. Длина хромосомы (у Е. coli около 1,6 мм) во много раз превышает длину бактериальной клетки (1,5—3,0 мкм в среднем), хромосома компактно в ней упакована: ДНК находится в суперспирализованной форме и свернута в виде петель (12—80 на хромосому)- ДНК+4.5 S РНК+гистоно-подобные белки.

•2. Хотя бактерии являются гаплоидными организмами, т. е. имеют один набор генов, содержание ДНК у них непостоянно, оно может при благоприятных условиях достигать значений, эквивалентных по массе 2, 4, 6 и даже 8 хромосомам. У всех прочих живых существ содержание ДНК постоянное, и оно удваивается (кроме вирусов и плазмид) перед делением.

Особенности генетики бактерий

•3. У бактерий в естественных условиях передача генетической информации происходит не только по вертикали, т. е. от родительской клетки дочерним, но и по горизонтали с

помощью различных механизмов: конъюгации,

трансдукции, трансформации.

•4. У бактерий очень часто помимо хромосомного генома имеются внехромосомные факторы

наследственности (напр.плазмиды,

транспозоны, вставочные последовательности),

наделяющие их важными биологическими свойствами, устойчивостью к различным антибиотикам и другим химиопрепаратам

передача генетической информации по горизонтали

ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОГО ДНК МАТЕРИАЛА У БАКТЕРИЙ

1.нуклеоид (бактериальная хромосома)

–жизненно важные признаки

2.внехромосомные факторы наследственности

–не жизненно важные признаки

•автономные – являются репликоном

–плазмиды

•неавтономные - реплицируются только в составе репликона (нуклеоида или плазмиды)

–транспозоны

–IS - вставочные последовательности

–умеренные фаги

Островки	• Большинство генетических
патогенности	детерминант факторов
	патогенности располагается на
	хромосомах отдельными
	кластерами из
	функционально связанных
	генов – pathogenicity islands.
	Эти фрагменты генома
	отличаются по процентному
	содержанию G+C от основного
	генома, несут гены фаговых
	интеграз, транспозаз и других
	фрагментов транспозонов или IS-
	элементов.
	Известны островки патогенности,
	несущие гены адгезинов,
	инвазинов, токсинов, генов
	лекарственной устойчивости,
	белков системы секреции.

Основные свойства островков патогенности:

1.Содержат от 1 до нескольких 10 генов вирулентности и имеют большие размеры 10 000 – 200 000 п.о. (10 –200 генов). У

уропатогенных E. coli ОП достигает размера 190 000 п.о.

2.Отсутствуют у непатогенных родственных видов.

3.Имеют иное содержание G + C, чем в остальном геноме бактерии - следствие горизонтального переноса.

4.Располагаются вблизи генов, кодирующих тРНК. Поскольку гены тРНК бактерий сходны, то участки донорской ДНК, содержащие гены тРНК, могут встраиваться в клетку-реципиента.

5.В состав входят мобильные элементы (IS элементы,

транспозоны, фаги), а на концах находятся прямые повторы. Прямые повторы распознаются ферментами, вырезающими островки патогенности.

6.Содержат гены «подвижности» (интегразу, транспозазу, участки инициации считывания).

7.Имеют мозаичное строение: их участки приобретены в разное время и от разных хозяев.

•определение ПЛАЗМИДЫ

–внехромосомные автономные факторы наследственности у

бактерий

•функции

1.регуляторная –компенсирует нарушение функции ДНК нуклеоида

2.кодирующая – вносит в генотип новую информацию

•возможные состояния

–автономное (в цитоплазме)

–интегрированное (в нуклеоиде)

•содержание tra-оперона

(transfer genes)

–конъюгативные плазмиды

(содержат)

–неконъюгативные плазмиды (не содержат)

Хромосомная ДНК

(1) и плазмиды (2) в бактериальной клетке

С вирусами плазмиды объединяют следующие общие фундаментальные признаки:

1.подобно вирусам, плазмиды

не имеют собственной белоксинтезирующей системы; 2. как и у вирусов, у них нет

собственной системы мобилизации энергии; 3.плазмиды, как и вирусы, не способны к росту и бинарному делению, они размножаются путем саморепликации; 4.плазмиды, подобно вирусам, являются

абсолютными

внутриклеточными паразитами.

Главные отличия плазмид от вирусов следующие:

1. Геном плазмид представлен только дц ДНК, у вирусов же имеется более 10 вариантов РНК- и ДНК-геномов.

2. Плазмиды в отличие от вирусов вообще не имеют никакой оболочки. Они представляют собой «голые» геномы. Это их главная особенность. 3. В связи с отсутствием белковой оболочки размножение плазмид происходит только путем саморепликации их ДНК и не требует синтеза структурных белков.

4. Средой обитания вирусов являются клетки бактерий, растений и животных. Среда обитания плазмид — только бактерии.

5. Плазмиды обладают системами генов, которые наделяют их способностью к самопереносу из клетки в клетку.