Лекция № 6. Генетика бактерий и вирусов.

Молекулярная биология, изучающая фундаментальные базы жизни, является в значимой степени детищем микробиологии. В качестве главных объектов исследования в ней употребляют вирусы и бактерии, а основное направление- молекулярная генетика базирована на генетике микробов и фагов.

Бактерии- удачный материал для генетики. Их отличает:

- относительная простота генома (сопокупности нуклеотидов хромосом);

- гаплоидность (один набор Лекция № 6. Генетика бактерий и вирусов. генов), исключающая доминантность признаков;

- разные встроенные в хромосомы и обособленные куски ДНК;

- половая дифференциация в виде донорских и реципиентных клеток;

- легкость культивирования, быстрота скопления биомасс.

Общие представления о генетике.

Ген- уникальная структурная единица наследственности, носитель и хранитель жизни. Он имеет три фундаментальные функции.

1.Непрерывность наследственности- обеспечивается механизмом репликации Лекция № 6. Генетика бактерий и вирусов. ДНК.

2.Управление структурами и функциями организма - обеспечивается при помощи одного генетического кода из 4 оснований (А- аденин, Т- тимин, Г- гуанин, Ц- цитозин). Код триплетный, так как кодон- многофункциональная единица, кодирующая аминокислоту, состоит из 3-х оснований (букв).

3.Эволюция организмов- благодаря мутациям и генетическим рекомбинациям.

В узкоспециальном плане ген в большинстве случаев Лекция № 6. Генетика бактерий и вирусов. представляет структурную единицу ДНК, размещение кодонов в какой детерминирует первичную структуру соответственной полипептидной цепи (белка). Хромосома состоит из особенных многофункциональных единиц- оперонов.

Главные этапы развития (усложнения) генетической системы можно представить в виде последующей схемы:

кодон à ген à оперон à геном вирусов и плазмид à хромосома прокариот (нуклеоид) à хромосомы эукариот (ядро).

Генетический материал микробов.

1.Ядерные Лекция № 6. Генетика бактерий и вирусов. структуры бактерий- хроматиновые тельца либо нуклеоиды (хромосомная ДНК). У микробов одна замкнутая кольцевидная хромосома (до 4 тыщ отдельных генов). Бактериальная клеточка гаплоидна, а удвоение хромосомы (репликация ДНК) сопровождается делением клеточки. Вегетативная репликация хромосомной (и плазмидной) ДНК обусловливает передачу генетической инфы по вертикали- от родительской клетки- к дочерней. Передача Лекция № 6. Генетика бактерий и вирусов. генетической инфы по горизонтали осуществляется разными механизмами- в итоге конъюгации, трансдукции, трансформации, сексдукции.

2.Внехромосомные молекулы ДНК представлены плазмидами, мигрирующими генетическими элементами- транспозонами и инсервационными (вставочными) либо IS- последовательностями.

Плазмиды- экстрахромосомный генетический материал (ДНК), более просто устроенные по сопоставлению с вирусами организмы, наделяющие бактерии дополнительными полезными качествами. По молекулярной Лекция № 6. Генетика бактерий и вирусов. массе плазмиды существенно меньше хромосомной ДНК, содержат от 40 до 50 генов.

Их объединение в одно королевство жизни с вирусами связано с наличием ряда общих свойств- отсутствием собственных систем мобилизации энергии и синтеза белка, саморепликацией генома, абсолютным внутриклеточным паразитизмом.

Их выделение в отдельный класс определяется существенными отличиями от вирусов.

1.Среда их Лекция № 6. Генетика бактерий и вирусов. обитания- только бактерии (посреди вирусов , не считая вирусов бактерий- бактериофагов имеются вирусы растений и животных).

2.Плазмиды сосуществуют с микробами, наделяя их дополнительными качествами. У вирусов эти характеристики могут быть только у умеренных фагов при лизогении микробов, почаще же всего вирусы вызывают отрицательный последствия, лизис клеток.

3.Геном представлен двунитевой ДНК.

4.Плазмиды представляют Лекция № 6. Генетика бактерий и вирусов. собой “нагие” геномы, не имеющие никакой оболочки, их репликация не просит синтеза структурных белков и процессов самосборки.

Плазмиды могут распространяться по вертикали (при клеточном делении) и по горизонтали, сначала методом конъюгационного переноса. Зависимо от наличия либо отсутствия механизма самопереноса (его держут под контролем гены tra- оперона) выделяют конъюгативные и неконъюгативные Лекция № 6. Генетика бактерий и вирусов. плазмиды. Плазмиды могут встраиваться в хромосому бактерий- интегративные плазмиды либо находиться в виде отдельной структуры- автономные плазмиды ( эписомы).

Систематизация и био роль плазмид.

Многофункциональная систематизация плазмид базирована на свойствах, которыми они наделяют бактерии. Посреди них- способность продуцировать экзотоксины и ферменты, устойчивость к фармацевтическим продуктам, синтез бактериоцинов.

Главные Лекция № 6. Генетика бактерий и вирусов. категории плазмид.

1.F- плазмиды - донорские функции, индуцируют деление (от fertility - плодовитость). Встроенные F - плазмиды- Hfr- плазмиды (высочайшей частоты рекомбинаций).

2.R- плазмиды (resistance) - устойчивость к фармацевтическим продуктам.

3.Col- плазмиды- синтез колицинов (бактериоцинов)- причин конкуренции близкородственных микробов (антогонизм). На этом свойстве основано колицинотипирование штаммов.

4.Hly- плазмиды- синтез гемолизинов.

5.Ent- плазмиды- синтез энтеротоксинов Лекция № 6. Генетика бактерий и вирусов..

6.Tox- плазмиды- токсинообразование.

Близкородственные плазмиды не способны размеренно сосуществовать, что позволило соединить их по степени родства в Inc- группы (incompatibility- несопоставимость).

Био роль плазмид разнообразна, в том числе:

- контроль генетического обмена микробов;

- контроль синтеза причин патогенности;

- улучшение защиты микробов.

Бактерии для плазмид- сфера обитания, плазмиды для них Лекция № 6. Генетика бактерий и вирусов.- переносимые меж ними дополнительные геномы с наборами генов, благоприятствующих сохранению микробов в природе.

Мигрирующие генетические элементы - отдельные участки ДНК, способные определять собственный перенос меж хромосомами либо хромосомой и плазмидой при помощи фермента рекомбинации транспозазы. Простым их типом являются инсерционные последовательности (IS- элементы) либо вставочные элементы, несущие только один ген транспозазы, при помощи Лекция № 6. Генетика бактерий и вирусов. которой IS- элементы могут встраиваться в разные участки хромосомы. Их функции- координация взаимодействия плазмид, умеренных фагов, транспозонов и генофора для обеспечения репродукции, регуляция активности генов, индукция мутаций. Величина IS- частей не превосходит 1500 пар оснований.

Транспозоны (Tn- элементы) включают до 25 тыщ пар нуклеотидов, содержат кусок ДНК, несущий специальные Лекция № 6. Генетика бактерий и вирусов. гены, и два Is- элемента. Каждый транспозон содержит гены, привносящие принципиальные для бактерии свойства, как и плазмиды (множественная устойчивость к лекарствам, токсинообразование и т.д.). Транспозоны- самоинтегрирующиеся куски ДНК, могут встраиваться и передвигаться посреди хромосом, плазмид, умеренных фагов, т.е. владеют возможной способностью распространяться посреди разных видов микробов Лекция № 6. Генетика бактерий и вирусов..

Понятие о генотипе и фенотипе.

Генотип- вся совокупа имеющихся у организма генов.

Фенотип- совокупа реализованных (т.е. наружных) на генном уровне детерминированных признаков, т.е. личное (в определенных критериях наружной среды) проявление генотипа. При изменении критерий существования фенотип микробов меняется при сохранении генотипа.

Изменчивость у микробов может быть ненаследуемой (модификационной Лекция № 6. Генетика бактерий и вирусов.) и генотипической (мутации, рекомбинации).

Временные, наследственно не закрепленные конфигурации, возникающие как адаптивные реакции микробов на конфигурации среды, именуются модификациями (почаще - морфологические и биохимические модификации). После устранения предпосылки бактерии реверсируют к начальному фенотипу.

Стандартное проявление модификации- рассредотачивание однородной популяции на две либо более 2-ух типов- диссоциация. Пример- нрав роста на Лекция № 6. Генетика бактерий и вирусов. питательных средах: S- (гладкие) колонии, R- (шероховатые) колонии, M- (мукоидные, слизистые) колонии, D- (карликовые) колонии. Диссоциация протекает обычно в направлении Sà R. Диссоциация сопровождается переменами биохимических, морфологических, антигенных и вирулентных параметров возбудителей.

Мутации- скачкообразные конфигурации наследного признака. Могут быть спонтанные и индуцированные, генные (конфигурации 1-го гена) и хромосомные (конфигурации 2-ух либо Лекция № 6. Генетика бактерий и вирусов. более 2-ух участков хромосомы).

Сразу у микробов имеются разные механизмы репарации мутаций, в том числе с внедрением ферментов- эндонуклеаз, лигаз, ДНК- полимеразы.

Генетические рекомбинации- изменчивость, связанная с обменом генетической инфы. Генетические рекомбинации могут осуществляться методом трансформации, трансдукции, конъюгации, слияния протопластов.

1.Трансформация- захват и поглощение фрагментов чужой ДНК Лекция № 6. Генетика бактерий и вирусов. и образование на этой базе рекомбинанта.

2.Трансдукция- перенос генетического материала фагами (умеренными фагами- специфичная трансдукция).

3.Конъюгация- при конкретном контакте клеток. Контролируется tra (transfer) опероном. Главную роль играют конъюгативные F- плазмиды.

Генетика вирусов.

Геном вирусов содержит либо РНК, либо ДНК (РНК- и ДНК- вирусы соответственно). Выделяют позитивную (+) РНК, владеющую матричной активностью и Лекция № 6. Генетика бактерий и вирусов. соответственно- заразными качествами, и нехорошую ( - ) РНК, не проявляющую заразные характеристики, которая для воспроизводства толжна транскрибироваться (преобразовываться) в +РНК. Механизмы репродукции разных вирусов очень сложные и значительно отличаются. Главные их схематические варианты представлены ниже.

1. вирионная (матричная) +РНК à комплементарная -РНК (в рибосомах) à вирионная +РНК.

2. - РНК à вирусная (информационная) +РНК Лекция № 6. Генетика бактерий и вирусов. à - РНК (формируется на геноме зараженной клеточки).

3. однонитевая ДНК: +ДНК à +ДНК -ДНК à +ДНК -ДНК +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 дополняется из 4 главных источников:

2-ух внутренних (мутации, рекомбинации) и 2-ух наружных (включение в геном Лекция № 6. Генетика бактерий и вирусов. генетического материала клеточки владельца, поток генов из других вирусных популяций).

Комплементация- функциональное взаимодействие 2-ух дефектных вирусов, способствующее их репликации и горизонтальной передаче.

Фенотипическое смешивание- при инфецировании клеточки близкородственными вирусами с образованием вирионов с гибридными капсидами, кодируемыми геномами 2-ух вирусов.

Популяционная изменчивость вирусов связана с 2-мя разнонаправленными процессами - мутациями Лекция № 6. Генетика бактерий и вирусов. и селекцией, связанными с наружной средой как индуктором мутаций и фактором стабилизирующего отбора. Гетерогенность вирусных популяций- адаптационный генетический механизм, содействующий пластичности (стойкости, приспособляемости) популяций, фактор эволюции и сохранения видов во наружной среде.

Генофонд вирусных популяций сохраняется за счет нескольких устройств:

- восстановления изменчивости за счет мутаций;

- резервирующих устройств (возможность Лекция № 6. Генетика бактерий и вирусов. перехода всех, даже негативных мутаций в последующую генерацию)- комплементация, рекомбинация;

- буферных устройств (образование дефектных вирусных частиц, иммунных комплексов и др.), содействующие сохранению вируса в изменяющихся наружных критериях.


lekciya-9-osnovnie-principi-i-zadachi-sanitarno-epidemiologicheskogo-obespecheniya-v-chrezvichajnih-situaciyah-stranica-2.html
lekciya-9-povedenie-firmi-v-usloviyah-oligopolii.html
lekciya-9-pyatij-period-evolyucii-ot-ravnih-prav-k-ravnim-vozmozhnostyam-ot-institucializacii-k-integracii.html