Особенности бактериального генома
- В нуклеоиде различима фибриллярная структура ДНК.
- ДНК хромосомы – ковалентно замкнутая кольцевая структура.
- БХ состоит из 2Н кольцевой ДНК и компонентов транскрипционно-трансляционного комплекса (ДНК-связывающих белков и РНК).
- Нити ДНК прикреплены к белкам и РНК и образуют сложные агрегаты в виде нитей бус.
- ДНК-связывающие белки относят к группе гистоноподобных белков. Гистоноподобные белки регулируют процессы с участием ДНК, например конденсацию и деспирализацию.
Гистоны содержатся только в эукариотических хромосомах.
ДНК хромосомы: 2-цепочечная ДНК - длина 1,2 мм. Находится в клетке длиной около 1-2 мкм.
У E.coli длина ДНК составляет 1,5 мм и включает 4700 кв (пар нуклеотидов). У Myxococcus xanthus – 9454 кв. У Mycoplasma genitalium ~ 600 кв – очень мало.
Каждый ген в хромосоме представлен в единственном числе, поэтому у бактерий так много рибосом. В бактериальной клетке может быть несколько копий хромосом: У E.coli - 7 копий. У B. subtilis – 10 копий. У Mycoplasma genitalium - 1 копия.
Основные и дополнительные признаки:
Гены большей части бактериальной хромосомы отвечают за основные - видоспецифические признаки.
Часть генома содержит гены, определяющие дополнительные - факультативные признаки: устойчивость к токсическим агентам, метаболическую активность, факторы патогенности.
Оперон - группа генов - особая структура в бактериальной хромосоме, организованная в единицу транскрипции.
Локализация дополнительных признаков
Гены факультативных признаков локализованы в подвижных генетических элементах – транспозонах (Tn) – это мобильные сегменты ДНК. Tn могут существовать только в интегрированном в хромосому состоянии. Структура Tn варьирует.
|
|
|
Подвижные генетические элементы
1) Транспозоны (Tn)
1. Is (insertion seguencies) - инсерционные последовательности;
2. Tn (transposable element) - более сложноорганизованные элементы
3. СTn (conjugative transposable element) - конъюгативные транспозоны
Функция транспозонов
1. Механизм перестройки собственной ДНК.
2. Основной фактор изменчивости ДНК.
3. Свободно перемещаются из одного сайта хромосомы в другой или во внехромосомную ДНК, но в пределах одной клетки.
4. Влияют на геном бактерии, поскольку внедряются в гены, нарушая генную структуру, или подчиняя экспрессию генов новым регуляторным факторам.
2) Более сложно организованные подвижные генетические элементы:
1. плазмиды
2. острова патогенности (группа генов, отвечающих за проявление патогенных свойств)
Вопрос 46. Плазмиды
Плазмиды - независимые генетические элементы, содержащие дополнительные гены, входят в геном наряду с хромосомой. Короткие молекулы ДНК, могут быть кольцевыми или линейными. 1-50 копий плазмид/БК. Иногда плазмид столько же сколько хромосом ДНК. Могут перемещаться из клетки в клетку. Автономно реплицирующиеся элементы ДНК, т.е. их можно назвать репликонами.
|
|
|
Строение плазмид: состоят из 3-х модулей (ДНК-фрагментов):
Обязательный модуль – «основной репликон»
Модуль распределения (одна и более систем распределения)
Модуль переноса (у конъюгативных плазмид)
Модули ответственны за существование и распространение плазмид.
Функции плазмид:
- кодируют различные биохимические признаки.
- кодирует различные функции, позволяющие бактериям выживать в постоянно изменяющихся условиях окружающей среды.
- физиологическая вариабельность бактерий в значительной степени обусловлена плазмидами.
Классификация плазмид (по функциям):
1. Криптические плазмиды
Природные плазмиды - состоят из одного основного репликона - не оказывают влияния на фенотип клетки хозяина. Не известно за какие функции они отвечают.
2. Эписомы - Особые плазмиды - способны встраиваться в бактериальную хромосому.
Некоторое время могут существовать отдельно от хромосомы.
3. R-плазмиды резистентности (R-resistance)
Нерациональное использование АМП привело к распространению устойчивых к ним бактерий.
Устойчивость к АМП обусловлена генами в составе R-плазмид – резистентности
R-плазмиды могут передавать устойчивость одновременно к нескольким (до 10) АМП и металлам. Именно R-плазмиды определяют устойчивость бактерий в окружающей среде.
|
|
|
4. Плазмиды вирулентности (PV).
Несут гены, определяющие вирулентность (степень патогенности). Плазмиды E.coli могут содержать гены энтеротоксинов.
Обусловливают образование пилей, способствующих адгезии – 1-го фактора патогенности.
5. Плазмиды бактериоцинов.
Кодируют белки - бактериоцины, вызывающие гибель других бактерий, что позволяет бактериям выжить в борьбе за существование.
Бактериоцины: обладают антагонистическим воздействием на бактерии того же или других видов, не оказывают воздействия на клетки, продуцирующие белки-бактериоцины.
E.coli – колицины, Y.pestis – пестицины, лактобациллы– лактоцины.
Механизм действия бактериоцинов: (Мишени воздействия различны!)
Колицин Е1 – повышает проницаемость ЦПМ
Колицин Е2 – вызывает деградацию ДНК
Колицин Е3 – разрушает рибосомальную РНК.
6. Плазмиды деградации
Обеспечивают метаболитическую деструкцию (биодеградацию) различных веществ- ксенобиотиков. Бактерии рода Pseudomonas биодеградируют углеводороды, нефтепродукты, различные пестициды.
|
|
|
7. Плазмиды F–фертильности.
Передача F-плазмиды происходит при конъюгации с клеткой, в которой такой плазмиды нет. F–плазмида может находиться в составе хромосомы.
При переходе в другую клетку она может захватывать с собой другие гены.
Вопрос 47. Способы передачи генетической информации
Быстрая реакция на изменения условий окружающей среды и приобретение необходимых генетических признаков (напр. изменение вирулентных свойств, устойчивость к АМП). Обмен генетической информацией (ОГИ)- механизм, обеспечивающий многообразие микробного мира.
ОГИ способствует быстрой адаптации бактерий.
ОГИ приводит к образованию рекомбинантной ДНК.
ОГИ служит важным фактором эволюции бактерий.
3 способа передачи генетической информации:
1. Конъюгация – внедрение ДНК из бактерии – донора в клетку реципиента
2. Трансформация – поглощение свободной ДНК из внешней среды
3. Трансдукция – распространение генов бактерий умеренными фагами
Схема конъюгации
Конъюгация
Конъюгация – однонаправленный перенос генетического материала (хромосомной и плазмидной ДНК) от донора к реципиенту при непосредственном контакте клеток.
Донор – бактерия, содержащая конъюгативную плазмиду или конъюгативный транспозон, способная передавать ДНК реципиенту путем горизонтального переноса генов.
Реципиент – любая бактериальная клетка, способная принимать ДНК от бактерии-донора путем горизонтального переноса генов.
Механизм передачи конъюгативных плазмид между Гр- бактериями:
1. Образование межклеточного контакта - конъюгативных пилей
2. Сайт-специфическое разрезание одной цепочки ДНК
3. Сборка особой структуры - релаксосомы для переноса ДНК
4. Перемещение разделенных цепей ДНК в клетку реципиента
5. Синтез комплементарных цепей ДНК
6. Терминация переноса ДНК и разделение конъюгирующих клеток
Трансформация
Трансформация -поглощение бактерией ДНК из окружающей среды и включение в свой геном, при этом бактерия становится генетически трансформированной.
Впервые этот феномен описан у Streptococcus pneumoniae, когда непатогенные живые мутантные клетки стали патогенными для мышей при одновременной инъекции с убитыми нагреванием вирулентными клетками S.pneumoniae.
Изменение происходило в результате трансформирующего действия ДНК из убитых нагреванием вирулентных клеток S.pneumoniae.
Схема трансформации
1. Адсорбция ДНК на клетке (клеточной стенке)
2. Проникновение внутрь клетки
3. Рекомбинация с ДНК клеточной хромосомы
Трансдукция
Трансдукция - обмен генетическим материалом с участием бактериофагов.
Бактериофаги – вирусы бактерий - молекулярные паразиты, использующие для самовоспроизводства аппарат репликации ДНК и синтеза белка зараженных ими клеток.
Трансдукцию осуществляют бактериофаги, содержащие невирусную генетическую информацию. Подобно плазмидам, бактериофаги могут выступать в качестве векторов переноса ДНК от клеток-хозяев. Перенос фаговой информации может служить механизмом обмена генетическим материалом между бактериями. Бактериофаги E.coli
Виды трансдукции:
1. Специфическая трансдукция – перенос генов клетки-хозяина из строго определенных участков хромосомы бактериальной клетки. (Например, 5 из 11 фагов возбудителя дифтерии Corynebacterium diphtheriae – переносчики генов дифтерийного токсина).
2.Неспецифическая трансдукция (общая) - случайный перенос различных генов клетки-хозяина, расположенных в разных участках генома бактерии..Схема трансдукции 
Вопрос 48. Размножение бактерий (клеточный цикл)
У всех живых организмов рост клеток – это увеличение массы и последующее деление с образованием двух идентичных клеток. Не являются исключением и бактерии.
У бактерий генетический материал - в ковалентно замкнутой кольцевой молекуле ДНК.
Молекула ДНК – хромосома. Хромосома расположена в нуклеоиде.
Деление клетки Neisseria gonorrhoeae
Период от деления до деления называется вегетативным клеточным циклом (ВКЦ), он включает несколько этапов:
Репликация ДНК – удвоение генетического материала
Расхождение двух наборов хромосом
Деление клетки
Особенности клеточного цикла прокариот: ВКЦ прокариот и эукариот во многом сходен. Однако есть отличие: Во время быстрого роста в одной бактериальной клетке может происходить 2 - 3 цикла репликации хромосом одновременно.
3 этапа (В, С, Д) клеточного цикла E.coli.До начала деления клетка накапливает массу и объем.
Затем наступает период деления:
В – не происходит синтез ДНК.
С – репликация ДНК – 42 мин.
Д– расхождение дочерних хромосом - 64-67 мин.
Деление клетки – 22-25 мин.
Главное условие деления клетки - удвоение ДНК!!!
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 607; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!