Организация генетического аппарата бактериальной клетки.
Исторические этапы становления генетики микроорганизмов.
Эвристический (донаучный) период.
Судя по археологическим данным, 6000 лет назад надписи на глиняных табличках гласили: «физические признаки могут передаваться от одного поколения другому»; в частности, вавилонские глиняные таблички указывают на возможные признаки при скрещивании лошадей, улучшение породы других животных и сортов растений.
I . Эмпирический (научный) период (середина XIX века).
Исходной точкой становления генетики как науки послужили труды Г. Менделя. В 1865 г . австрийский монах Грегор Мендель обнародовал труды по скрещиванию сортов гороха: «наследственные признаки не смешиваются, а передаются от родителей к потомкам в виде обособленных (дискретных) единиц». Однако эти работы настолько опередили развитие биологии того времени, что оказались невостребованными.
Однако корни генетики бактерий берут свое начало от первых попыток систематики бактерий. Работы Л. Пастера и Р. Коха побудили открытие новых микроорганизмов, необходимо было их систематизировать, то есть сопоставить сходные признаки и различия. И здесь мнения ученых разделились. Существовало мнение полиморфистов (плеоморфисты), которые считали, что все свойства бактерий изменяются, и мономорфистов, которые утверждали, что свойства микроорганизмов неизменны. После длительной дискуссии победу одержали плеоморфисты, а результаты почти векового спора двух направлений послужили основой для генетики бактерий.
|
|
|
II . Классический период (начало XX века).
В 1900 г . К. Корренс, Э. фон Чермак, Г. Де Фриз в работах по гибридизации бактерий переоткрывают законы Менделя, которые к тому времени были забыты. С этого момента начинается бурное развитие генетики высших организмов (растений, животных).
В 1903 г . Иогансен предложил термин «ген».
В 1906 г . Бетсон дал определение «генетики».
В 1925 г . Надсон, Филипов изучили действие рентгеновских лучей на дрожжи, в 1927 г. изучены термические мутации.
В 1928 г . Фредерик Гриффитс обнаружил молекулу наследственности, которая передается от бактерии к бактерии.
III . Период молекулярной генетики (с середины XX века).
Основные открытия в генетике бактерий приходятся на середину XIX века, когда у ученых появилась возможность не просто систематизировать сведения об изменчивости и наследственности, но и расшифровать их «тонкие» механизмы. В этот период была проведены расшифровка структуры ДНК, триплетного кода, описание механизмов синтеза белка, обнаружение рестриктаз и секвенирование ДНК.
В 1944 г . О. Эвери, К. Мак Леод, М. Мак Карти изолируют ДНК, осуществив трансформацию бескапсульных пневмококков в капсульные in vitro, тем самым доказав, что материальной единицей наследственности (генетическим материалом) у бактерий является ДНК.
|
|
|
В 1952 г . Чейз доказывает, что генетическая информация бактериофагов содержится также в ДНК.
В 1953 г . Ф. Крик, Д. Уотсон смоделировали структуру и репликацию ДНК, обосновали приложимость этой модели к наследственности и изменчивости микроорганизмов.
В 40-50 гг. – были выявлены системы рекомбинации у бактерий: трансдукция, трансформация и конъюгация. Затем открыты внехромосомные факторы наследственности: плазмиды, транспозоны, Is-элементы и т.д.
В 1958 г . Шталь доказал, что удвоение ДНК у бактерий носит полуконсервативный характер.
В 1961 г . Ф. Крик, Бернет и Д. Уотсон сформулировали общие принципы организации генетического кода на примере генетического кода E. coli (код является триплетным, вырожденным и неперекрывающимся).
В 1970 г . у бактерий палочки инфлюэнцы обнаружены ферменты рестриктазы.
В 1977 г . лаборатория Зангера полностью секвенировала геном бактериофага.
В 1983 г . Кэри Мелис открывает ПЦР для простой и быстрой амплификации ДНК.
В 1995 г . полностью секвенирован геном организма невирусной природы – бактерии Haemophylus influenzae.
|
|
|
В 1996 г . впервые секвенирован геном пекарских дрожжей (Saccharomyces cerevisiae).
В 1998 г . секвенирован геном многоклеточного организма – нематоды.
В 2001 г . сделаны первые «наброски» полной последовательности генома человека.
В 2003 г . секвенировано 99% генома человека.
В настоящее время развивается биотехнология, инженерная энзимология – использование микробных ферментов на носителе (разработан препарат иммобилизованная стрептокиназа – «стрептодеказа», который вводят в сосуд для растворения тромба; растворимая в воде полисахаридная матрица с привязанной стрептокиназой повышает устойчивость фермента, снижает его токсичность, аллергическое действие, повышает способность растворять тромбы). Бурными темпами развивается клеточная инженерия (гибридомы), тканевая инженерия (способ получения кератоноцитов), генная инженерия (получен промышленный штамм микроорганизма-сверхпродуцента, синтезирующего аминокислоту «треонин» для добавления в корм животным с целью наращивания мышечной ткани).
Недостатки высших организмов как моделей для генетических исследований:
v длительность эксперимента (продолжительный срок жизни экспериментального животного);
|
|
|
v ограниченное число особей, используемое в эксперименте;
v диплоидный набор хромосом;
v требования ухода и специального содержания животных;
v экономические затраты.
Преимущества бактерий как моделей для генетических экспериментов:
v сходная с высшими организмами структура наследственности – ДНК;
v относительная простота культивирования;
v возможность получения популяций, содержащих миллиарды микробных клеток, в короткие сроки;
v гаплоидный набор хромосом (исключает явление доминантности и позволяет выявлять мутации с высокой частотой);
v наличие автономных и интегрированных фрагментов ДНК (плазмиды, транспозоны, Is-элементы и др.);
v половая дифференциация в виде донорских и реципиентных клеток.
Организация генетического аппарата бактериальной клетки.
Материальной единицей наследственности, определяющей генетические свойства всех живых организмов, в том числе бактерий и вирусов (исключение РНК-содержащие вирусы), является ДНК.
Хромосома бактериальной клетки представляет собой кольцевую двухцепочечную молекулу ДНК, организованную в нуклеоид.
Молекула ДНК бактерий, как и других организмов, представляет собой длинные двойные цепи мономеров – нуклеотиды. Каждый мононуклеотид содержит одно из азотистых оснований (аденин/гуанин, цитозин/тимин), одну молекулу сахара (дезоксирибозу) и остаток фосфорной кислоты. Нуклеотиды в ДНК соединены между собой фосфодиэфирными связями. Мононуклеотиды формируют полинуклеотиды, а те цепочки ДНК. Две полинуклеотидные цепи, закрученные правильными ветками вокруг общей оси, соединены между собой водородными связями, которые устанавливаются между пуриновым основанием одной цепи и пиримидиновым основанием другой (аденин из одной цепи связывается с тимином другой, а гуанин с цитозином). При этом, суммарное отношение А+Т/Г+Ц является величиной постоянной для каждого вида микроорганизмов (правило Чаргафа) и колеблется от 0,45 до 2,73.
Информация о видовых признаках и свойствах бактерий заключена в генах.
Ген – это участок молекулы ДНК, несущий информацию о первичной структуре полипептида белка или РНК.
Гены, несущие информацию о синтезируемых микроорганизмами ферментах или структурных белках, называются структурными. Гены, регулирующие функционирование (транскрипцию) структурных генов, называются регуляторными (регуляторные элементы – операторы, промоторы, регуляторы).
До недавнего времени считалось, что последовательность гена непрерывна. Однако исследования показали, что она может прерываться вкрапленными в нее нетранслируемыми участками (интронами). Соответственно, ген может состоять из отдельных фрагментов, соединяющихся воедино во время генной экспрессии. Таким образом, структура гена сложнее, чем ранее предполагалось.
Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 519; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!