Билет 8.

Горизонтальный перенос генов у прокариот. Механизмы. Роль плазмид и транспозонов.

Горизонтальный перенос генов (ГПГ) — процесс, в котором организм передаёт генетический материал другому организму, не являющемуся его потомком. В отличие от горизонтального, о вертикальном переносе генов говорят, если организм получает генетический материал от своего предка. В области интересов генетики основное место занимает вертикальный перенос генов. Однако в настоящее время горизонтальному переносу уделяется всё больше внимания.

Искусственный горизонтальный перенос генов используется в генной инженерии.

Горизонтальный перенос генов можно выявить по ряду показателей. Во-первых, по нуклеотидному составу ДНК. Отличие в нуклеотидном составе отдельного сегмента от остальной части генома является указанием на присутствие "чужих" генов. Во-вторых, по частоте встречаемости в гене определенных кодонов. Третий важный критерий – существенное отличие в положении анализируемого гена на филогенетическом (эволюционном) дереве от большинства других генов. О "чужеродном" происхождении гена может говорить высокая степень его сходства с гомологичным (т.е. соответствующим) геном из отдаленного таксона при отсутствии подобного гена у близких "родственников".

Некоторые общие закономерности горизонтального переноса у прокариот:

· Доля латерально полученных генов варьирует у разных видов и может достигать 10-15%. По последним данным, может быть и больше.

· Наибольшее количество переносов характерно для свободноживущих бактерий с широкими экологическими ареалами.

· Наименьшее число переносов обнаружено у патогенных бактерий, живущих в узких эконишах.

· Реже всего в горизонтальные переносы вовлечены гены информационных систем (транскрипции, трансляции, репликации), составляющие базовый геном. Продукты этих генов входят в сложные белковые комплексы, где "чужие" белки не встраиваются или не функционируют.

· Чаще всего в горизонтальном переносе участвуют гены, связанные с метаболизмом, транспортными путями и передачей сигналов.

· В составе приобретенных сегментов ДНК часто обнаруживаются профаги, плазмиды, гены белков, участвующих в процессах рекомбинации.

Горизонтальная передача генов реализуется через различные каналы генетической коммуникации.

Мембранотоксины бактерий, механизмы действия, примеры бактерий-продуцентов. Методы выявления мембранотоксинов in vitro.

Билет 9.

Паразитические генетические элементы бактерий: транспозоны, плазмиды, бактериофаги.

Токсины, нарушающие внутриклеточную передачу сигнала: холерный токсин, коклюшный токсин, отечный фактор возбудителя сибирской язвы.

Билет 10.

Трансформация у бактерий, естественная и искусственная компетентность реципиентных клеток.

Суперантигены бактерий. Механизм действия. Примеры бактерий-продуцентов.

Билет 11.

Конъюгация у бактерий, механизм, ее значение для бактериальных популяций.

Эндотоксины. Примеры бактерий, обладающих эндотоксином. Механизм действия.

В отличие от экзотоксинов, эндотоксины характеризуются меньшей специфичностью действия. Эндотоксины всех грамотрицательных бактерий (E.coli, S.Typhi, N.meningitidis, Brucella adortus) угнетают фагоцитоз, вызывают падение сердечной деятельности, гипотонию, повышение температуры тела, гипогликемию.

Некоторые бактерии образуют одновременно как экзо-, так и эндотоксины (холерный вибрион, некоторые патогенные кишечные палочки).

Билет 12.

Трансдукция как вид горизонтального переноса генов, ее виды.

Молекулярные механизмы действия бактериальных токсинов. АДФ-рибозидирующие токсины. Токсины-протеазы.

Билет 13.

Бактериофаги, их взаимодействие с бактериальными клетками. Умеренные бактериофаги, фаговая конверсия.

Молекулярные мишени действия бактериальных токсинов. Ингибиторы синтеза белка. Ингибиторы внутриклеточной передачи сигнала.

Билет 14.

Генная инженерия прокариот.Ферменты, используемые для создания генетических конструкций: ДНК-лигаза, эндонуклеазы рестрикции.

Ферменты генетической инженерии - это ферменты, позволяющие проводить различные манипуляции с молекулами ДНК: разрезать в определенных местах, соединять различные по происхождению фрагменты, синтезировать новые, не существующие в природе последовательности, и т.д. Рассмотрим основные свойства ферментов, наиболее часто используемых в генно-инженерных работах.

ДНК-лигаза

В 1961 г. М. Мезельсон и Дж. Вейгл на примере л показали, что рекомбинация включает разрыв и последующее воссоединение молекул ДНК. Эта работа дала импульс поиску ферментов, участвующих в процессе рекомбинации. Вскоре при изучении фагов л и Т4 были выявлены фагоспецифичные нуклеазы, необходимые для осуществления фаговой рекомбинации. Это указывало на правильность предложенной гипотезы о механизме кроссинговера. Начались интенсивные поиски фермента, участвующего в воссоединении расщепленных нуклеазами молекул ДНК. В 1967 г. Независимо в нескольких лабораториях был открыт фермент, названный ДНК-лигазой, который катализирует синтез фосфодиэфирной связи в двухцепочечной ДНК.

Удалось обнаружить два типа ДНК-лигаз: фермент, синтезируемый в клетках E.coli, и фермент, появляющийся в клетках E.coli, инфицированных фагом Т4. Они различались по потребностям в кофакторах. ДНК-лигаза E.coli в качестве кофактора требует дифосфопириидиддуклеотид, в то время как лигаза фага Т4- аденозинтрифосфат. Кроме того, ДНК-лигаза фага Т4 в отличии от ДНК-лигазы E.coli способна катализировать реакцию воссоединения двухцепочечных фрагментов ДНК с тупыми концами, т.е. фрагментов без перекрывающихся одноцепочечных комплементарных участков. Поэтому в настоящее время в генно-инженерных экспериментах предпочитают использовать ДНК-лигазу фага Т4, как более универсальный фермент.

ДНК-лигаза фага Т4 является мономерным полипептидом с молекулярной массой 68 кДа и катализирует образование фосфодиэфирной связи между прилегающими 5-фосфатным и 3- гидроксильным концами цепей ДНК. При этом возможны два типа реакций: 1) легирование липких концов; 2) легирование тупых концов.

Особенности формирования микрофлоры новорожденных. Влияния типа вскармливания на состав микрофлоры и здоровья ребенка.