Тема 3: Генетика микроорганизмов. Методы молекулярно-генетической диагностики инфекционных заболеваний.
Цель занятия: знать наследственность и изменчивость микроорганизмов, способы их изучения; виды изменчивости, принципы биотехнологии и методы генной инженерии.
уметь учитывать опыт определения процессов диссоциации кишечной палочки, интерпретировать результаты молекулярно-генетической идентификации микроорганизмов методом полимеразной цепной реакции (ПЦР), молекулярной гибридизации (МГ).
Задание на дом:
1. Вопросы для самоподготовки:
1. Строение ДНК и РНК, генетический код, его свойства
2. Хромосомные и внехромосомные носители генетической информации бактерий
3. Мутации микроорганизмов, мутагены
4. Виды изменчивости. Генетические рекомбинации (трансформация, коньюгация, трансдукция)
5. Методы генетической идентификации (ПЦР, МГ)
6. Генная инженерия и биотехнология
II.Базовый текст
Строение ДНК и РНК, генетический код, его свойства
Основу наследственного аппарата бактерий, как и всех других организмов, составляет ДНК (у РНК-содержащих вирусов — РНК).
Наряду с этим наследственный аппарат бактерий и возможности его изучения имеют ряд особенностей:
бактерии — гаплоидные организмы, т. е. они имеют 1 хромосому. В связи с этим при наследовании признаков отсутствует явление доминантности;
• бактерии обладают высокой скоростью размножения, в связи с чем за короткий промежуток времени (сутки) сменяется несколько десятков поколений бактерий. Это дает возможность изучать огромные по численности популяции и достаточно легко выявлять даже редкие по частоте мутации.
|
|
|
В бактериальной клетке присутствуют все типы РНК: иРНК, тРНК, рРНК. Пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды – это те строительные блоки, из которых синтезируются нуклеиновые кислоты. Пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды также входят в состав многих коферментов и служат для активации и переноса аминокислот, моносахаров, органических кислот.
ДНКвыполняет в бактериальной клетке наследственную функцию. Молекула ДНК построена из двух полинуклеотидных цепочек. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара дезоксирибозы и фосфатной группы. Азотистые основания представлены пуринами (аденин, гуанин) и пиримидинами (тимин, цитозин). Каждый нуклеотид обладает полярностью. У него имеется дезоксирибозный 3'-конец и фосфатный 5'-конец. Нуклеотиды соединяются в полинуклеотидную цепочку посредством фосфодиэфирных связей между 5'-концом одного нуклеотида и 3'-концом другого. Сцепление между двумя цепями обеспечивается водородными связями между комплементарными азотистыми основаниями: аденина с тимином, гуанина с цитозином. Нуклеотидные цепи антипараллельны: на каждом из концов линейной молекулы ДНК расположен 5'-конец одной цепи и 3'-конец другой цепи. Процентное содержание количества гуанин-цитозин (ГЦ) – пар в ДНК определяет степень родства между бактериями и используется при определении таксономического положения бактерий.
|
|
|
Гены – это сегменты ДНК, которые кодируют белки. Генетическая информация сначала переводится на язык рибонуклеотидов (ДНК транскрибируется в РНК), а затем аминокислот (РНК транслируется в белки).
Хромосомные и внехромосомные носители генетической информации бактерий.
Наследственный аппарат бактерий представлен хромосомой. У бактерий она одна. Хромосома бактерий — это молекула ДНК. Длина этой молекулы достигает 1,0 мм и, чтобы "уместиться" в бактериальной клетке, она не линейная, как у эукариотов, а суперспирализована в петли и свернута в кольцо. Это кольцо в одной точке прикреплено к цитоплазматической мембране. В бактериальной хромосоме располагаются отдельные гены. У кишечной палочки, например, их более 2 тыс. Как и у других организмов, совокупность генов бактериальной клетки – геном – определяет ее свойства и признаки (генотип). Фенотип бактериальной клетки – результат взаимодействий между бактерией и окружающей средой, контролируемый геномом. Генотип (геном) бактерий представлен не только хромосомными генами. Функциональными единицами генома бактерий, кроме хромосомных генов, являются:
|
|
|
• IS-последовательности;
• транспозоны;
• плазмиды.
Таким образом, генетическая информация у микроорганизмов заключена в нуклеоиде и внехромосомных носителях генетической информации – плазмидах, IS – последовательностях, транспозонах, а также в умеренных и дефектных бактериофагах.
Нуклеоид - эквивалент ядра у бактерий. Он расположен в центральной зоне бактерий в виде двунитевой ДНК, замкнутой в кольцо и плотно уложенной наподобие клубка. Ядро бактерий, в отличие от эукариот, не имеет ядерной оболочки, ядрышка и основных белков (гистонов). Нуклеоид выявляется в световом микроскопе после окраски специфическими для ДНК методами: по Фельгену или по Романовскому-Гимзе.
Плазмида бактерий – фрагменты ДНК размером 103 – 106 п.н., несущие генетическую информацию (40-50 генов), кодирующие не основные для жизнедеятельности бактериальной клетки функции, но придающие бактерии преимущества при попадании в неблагоприятные условия существования.
|
|
|
Выделяют автономные (не связанные с хромосомой бактерии) и интегрированные (встроенные в хромосому плазмиды).
· Автономные плазмиды существуют в цитоплазме бактерий и способны самостоятельно репродуцироваться, в клетке одновременно могут присутствовать несколько их копий;
· Интегрированные плазмиды репродуцируются одновременно с бактериальной хромосомой.
Плазмиды также подразделяют на трансмиссивные (F- и R-плазмиды), способные передаваться посредством конъюгации, и нетрансмиссивные.
Плазмиды выполняют регуляторные и кодирующие функции.
Регуляторные плазмиды участвуют в компенсировании тех или иных дефектов метаболизма бактериальной клетки посредством встраивания в поврежденный геном и восстановлении его функций. Кодирующие плазмиды привносят в бактериальную клетку новую генетическую информацию, кодирующую новые, необычные свойства. Плазмиды подразделяют по признакам ими кодируемыми.
F-плазмиды (от англ. fertility, плодовитость) контролируют синтез F-пилей, способствующих спариванию бактерий-доноров (F+) с бактериями-реципиентами (F-). F-плазмиды могут быть автономными и интегрированными.
R-плазмиды (от англ. resistance, устойчивость) кодируют устойчивость к лекарственным препаратам (антибиотикам, сульфаниламидам, тяжелым металлам). R-плазмиды включают все гены, ответственные за перенос факторов устойчивости из клетки в клетку.
Плазмиды бактериоциногении кодируют синтез бактериоцинов – белковых продуктов, вызывающих гибель бактерий того же или близких видов. Репликация этих плазмид тесно связана с репликацией бактериальной хромосомы.Например, Col-плазмидыкодируют способность синтезировать колицины.
Плазмиды патогенности (Тох-плазмиды) контролируют вирулентные свойства многих видов, особенно энтеробактерий. Tox-гены в кодируют токсинообразование. Также выделяют скрытые плазмиды, плазмиды биодеградации, неконъюгативные плазмиды.
Плазмиды биодеградациикодируютспособность бактерии разрушать тот или иной субстрат и т. д.
IS (вставочная, инсерционная) – последовательность бактерий - это простейший тип мигрирующих элементов, их величина не превышает 1500 пар оснований. IS-элементы самостоятельно не реплицируются и не кодируют распознаваемых фенотипических признаков. Содержащиеся в них гены обеспечивают только их перемещение из одного участка в другой.
Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 628; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!