Рекомбинация может быть гомологичной, при которой в процессе разрыва и воссоединения ДНК происходит обмен между участками ДНК, обладающими высокой степенью гомологии. Встречается также сайт-специфическая рекомбинация, которая происходит только в определенных участках (сайтах) генома и не требует высокой степени гомологии ДНК, например включение плазмиды в хромосому бактерии. Рекомбинация представляет собой конечный этап процесса передачи и обмена генетического материала между бактериями.
Передача генетического материала между бактериями осуществляется 3 механизмами: конъюгацией, трансдукцией, трансформацией.
Archive for the ‘Генетика микробов, биотехнология’ Category
Рекомбинация
Воскресенье, сентября 13, 2009Рекомбинации у бактерий
Воскресенье, сентября 13, 2009Генетическая рекомбинация — это взаимодействие между двумя геномами, т.е. между ДНК, обладающими различными генотипами. Оно приводит к образованию рекомбинаций ДНК, формированию дочернего генома, сочетающего гены обоих родителей.
Отсутствие истинного полового процесса и мейоза у прокариот, а также гаплоидный набор генов определяют особенность рекомбинации у бактерий. В процессе рекомбинации бактерии условно делятся на клетки-доноры, которые передают генетический материал, и клетки-реципиенты, которые этот материал воспринимают. В клетку-реципиент проникает не вся, а только часть хромосомы клетки-донора, т.е. один или несколько генов. Образуется только один рекомбинант, генотип которого представлен в основном генотипом реципиента с включением фрагментов хромосомы (одного или нескольких генов) донора.
Мутации у бактерий
Воскресенье, сентября 13, 2009Мутации — это изменения в последовательности отдельных нуклеотидов ДНК, которые приводят к появлению дефектных, т.е. не свойственных микробу белков или к отсутствию их синтеза.
Фенотипическим проявлением мутации могут быть: изменение морфологии бактериальной клетки, возникновение потребностей в факторах роста (например, в аминокислотах, витаминах), т.е. ауксотрофность; появление устойчивости к антибиотикам; изменение чувствительности к температуре; снижение вирулентности (аттенуация).
Мутации могут быть спонтанными, т.е. возникающими самопроизвольно, без воздействия извне, и индуцированными. Спонтанные мутации появляются в результате ошибок репликации ДНК и вследствие перемещения подвижных генетических элементов в процессе роста и размножения популяции бактерий.
Индуцированные мутации возникают под влиянием внешних факторов, которые называются мутагенами. Мутагены бывают физическими (УФ-лучи, у-радиация), химическими (аналоги пуриновых и пиримидиновых оснований, например, 2-амино-пурин, азотистая кислота и ее аналоги и др.) и биологическими (транспозоны).
По протяженности повреждений мутации бывают точечными, когда повреждения ограничиваются одной парой нуклеотидов, и протяженными (аберрации). В этом случае может наблюдаться выпадение нескольких пар нуклеотидов, которое называется делецией, или добавление нуклеотидных пар, т.е. дупликация.
Изменчивость генома бактерий
Воскресенье, сентября 13, 2009Изменения бактериального генома, а следовательно, и свойств бактерий могут происходить в результате мутаций и рекомбинаций.
Перемещаясь по репликону или между репликонами
Воскресенье, сентября 13, 2009Перемещаясь по репликону или между репликонами, подвижные генетические элементы вызывают: 1) инактивацию генов тех участков ДНК, куда они, переместившись, встраиваются; 2) образование повреждений генетического материала; 3) слияние репликонов, т.е. встраивание плазмиды в хромосому; 4) распространение генов в популяции бактерий, что может приводить к изменению биологических свойств популяции, смене возбудителей инфекционных заболеваний, а также способствует эволюционным процессам среди микробов.
Воспроизведение генетического материала бактерий осуществляется в процессе репликации, которая у бактерий протекает по полуконсервативному механизму. Это означает, что каждая из двух цепочек ДНК хромосомы или плазмиды служит матрицей для синтеза комплементарной дочерней цепочки ДНК. В процессе репликации участвует комплекс ферментов. Репликация начинается с момента расплетения двунитевой структуры ДНК, которое осуществляется ферментом ДНК-гиразой. При этом формируются две репликативные вилки, которые двигаются в противоположных направлениях, пока не встретятся. Формирование новой дочерней цепи осуществляется ферментом ДНК-полимеразой. Особенностью функционирования ДНК-полимеразы является ее способность присоединять комплементарные матрице нуклеотиды к свободному З'-концу растущей цепочки. Поэтому для осуществления реакции полимеризации нуклеотидов на матрице родительской цепочки ДНК-полиме-разе требуется затравка, которая называется праймером (от англ. primer — запал). Праймер представляет собой короткую нукле-отидную цепочку, комплементарную матричной цепочке со свободным З'-концом.
На этом свойстве ДНК-полимеразы основан новый диагностический метод — полимеразная цепная реакция.
Подвижные генетические элементы
Воскресенье, сентября 13, 2009Подвижные генетические элементы входят в состав бактериального генома, бактериальной хромосомы и плазмиды, К подвижным генетическим элементам относятся вставочные последовательности в ДНК и транспозоны. Вставочные последовательности, или /s-элементы (от англ. — insertion sequences) — это участки ДНК, способные как целое перемещаться из одного участка репликона в другой, а также между репликонами. Они содержат только гены, необходимые для перемещения. Транспозоны (7л) — это сегменты ДНК, обладающие теми же свойствами, что и вставочные последовательности, но имеющие структурные гены, т.е. гены, обеспечивающие синтез молекул, которые обладают специфическим биологическим свойством (например, токсичностью) или обеспечивают устойчивость к антибиотикам.
R-плазмиды
Воскресенье, сентября 13, 2009R-плазмиды (факторы резистентности) содержат гены, детерминирующие синтез ферментов, которые разрушают антибактериальные препараты (например, антибиотики).
В результате наличия такой плазмиды бактериальная клетка становится устойчивой (резистентной) к действию .целой группы лекарственных веществ. Многие /?-плазмиды являются трансмиссивными, распространяясь в популяции бактерий и делая бактерию недоступной к воздействию антибактериальных препаратов. Бактериальные штаммы, несущие /?-плазмиды, очень часто являются этиологическими факторами «госпитальных» инфекций, который возникают в замкнутом коллективе в неинфекционной клинике: родильных домах, детских и хирургических отделениях больниц.
Плазмиды, детерминирующие синтез факторов патогенности, в настоящее время обнаружены у многих бактерий, являющихся возбудителями инфекционных заболеваний человека. В частности, у шигелл, возбудителей бактериальной дизентерии начальные этапы инфекционного процесса связаны с функционированием крупной плазмиды, детерминирующей синтез белков, необходимых для взаимодействия бактерий с поверхностным эпителием кишечника человека.
Существует Ent-плазмида, определяющая синтез энтероток-сина. Развитие инфекционного процесса, вызванного возбудителями чумы, сибирской язвы, кишечного иерсиниоза, клещевого иксодового боррелиоза связано с функционированием плазмид патогенности.
Плазмиды могут использоваться в практической деятельности человека, в частности в генной инженерии, при конструировании специальных рекомбинантных бактериальных штаммов, вырабатывающих в больших количествах биологически активные вещества.
Количество плазмид в бактериальной клетке
Воскресенье, сентября 13, 2009Количество плазмид в бактериальной клетке может быть от 1 до 200 в зависимости от согласованности репликации плазмиды и бактериальной хромосомы, а также взаимосовместимости плазмид.
Некоторые плазмиды могут встраиваться в бактериальную хромосому и функционировать в виде единого репликона, такие плазмиды называются интегративными. Другие плазмиды способны перемещаться из одной бактериальной клетки в другую, даже принадлежащую к иной таксономической единице. Такие плазмиды называются трансмиссивными {конъюгативными).
Особое значение в медицинской микробиологии имеют плазмиды, ответственные за устойчивость бактерий к антибиотикам (R-плазмиды), и плазмиды, обеспечивающие продукцию факторов патогенности, которые способствуют развитию инфекционного процесса в макроорганизме.
Плазмиды бактерий
Воскресенье, сентября 13, 2009Плазмиды бактерий представляют собой двунитевые молекулы ДНК размером от 103 до 106 н.п. Они кодируют не основные для жизнедеятельности бактериальной клетки функции, но дающие бактерии преимущества при попадании в неблагоприятные условия существования. Фенотипическими признаками, сообщаемыми плазмидами бактериальной клетке, являются, например, устойчивость к антибиотикам, расщепление сложных органических веществ, выработка факторов бактериоциногенно-сти, продукция факторов патогенности и др.
Бактериальный геном
Воскресенье, сентября 13, 2009Бактериальный геном состоит из генетических элементов, способных к самостоятельной репликации (син. воспроизведение), т.е. репликонов. Репликонами являются бактериальная хромосома и плазмиды.
Бактериальная хромосома представлена одной двунитевой молекулой ДНК кольцевой формы. Размеры бактериальной хромосомы у различных представителей царства Procaryotae варьируют от 3х108 до 2,5х 109. У Е.соН бактериальная хромосома содержит 5хЮ6 н.п. Бактериальная хромосома имеет гаплоидный набор генов. Она кодирует жизненно важные для клетки функции.