І Генетика мікроорганізмів

Генетика мікроорганізмів вивчає закономірності спадковості і мінливості у бактерій. Спадковість – це відтворення у нащадків ознак предків, зумовлене передачею генетичної інформації. Спадковість має 2 ознаки: консервативність – збереження нащадками спадкових особливостей протягом багатьох поколінь, та мінливість – здатність нащадків набувати ознак, які їх відрізняють ві попередніх поколінь.

Ген – функціональна одиниця спадковості. Це ділянка ДНК, у якій зашифрована послідовність амінокислот у поліпептидному ланцюжку, що контролює певну ознаку організму.

.Мінливість – це виникнення у кожного послідуючого покоління ознак, що відрізняють його від попереднього. Причинами мінливості можуть бути фізичні, хімічні та біологічні чинники навколишнього середовища: різні види випромінювання, магнітні поля, низька або висока температура, хіміотерапевтичні препарати, антибіотики тощо.

Розділяють фенотипову та генотипову мінливість.

Фенотипова мінливість або модифікація – фенотипічні зміни, що не передбачають зміни у генетичному апараті клітини.

Модифікації виникають під дією різноманітних факторів навколишнього середовища при рості та розмноженні на певному середовищі. Ці зміни не спадкуються та втрачаються при припиненні дії чинника.

Морфологічні модифікації – зміна форми, розміру клітин, властивості утворювати капсули, спори, утворення L - форми в залежності від складу та якості поживного середовища, температури та часу вирощування бактерії.

Культуральні модифікації зміна інтенсивності утворювання пігменту, та зміна типу колонії. Існує декілька форм колоній: S – форми – рівні, гладкі, округлі, з рівними краями, блискучі, однорідні, невеликі. R – форми – шероховаті, тусклі, непрозорі, М – форми – слизові, G – форми – карликові. Колонії S – форми може перейти у R – форму, та навпаки.

Модифікація біохімічних та фізіологічних властивостей – утворення адаптивних ферментів.

Утворення ферментів бактерією визначається її генотипом. Але одночасно усі ферменти в клітині мікроорганізму не синтезуються, а лише ті, які необхідні для розщеплення саме тих речовин, що на даний час присутні в середовищі.

Генотипова мінливість -це зміни в генотипі клітини, які стосуються інформації, закладеної у ДНК мікроорганізму.

Спадкова інформація заключена у хромосомах, яка є носієм генів. Хімічна структура генів – нуклеїнові кислоти ДНК та РНК. Генотипова мінливість відбувається за рахунок мутацій або генетичних рекомбінацій.

Мутації – зміни молекули ДНК, що виникають під дією різноманітних причин, та призводить до змін інформації, яка міститься в ній. Так виникають нові властивості мікроорганізмів.

Спонтанні мутації - виникають під впливом неконтрольованих факторів. Середня частота мутація – 1 мутація на 1 000 000 нормальних клітин.

Індуктовані – спрямовані мутації, які виникають внаслідок штучного впдивуна мікроорганізми спеціальних мутагенів: іонізуючої радіації, ультрафіолетового випромінювання, антибіотиків, температури, хімічних речовин тощо.

За величиною змін розрізняють генні (точкові) та хромосомні (геномні перебудови) мутації.

Бактерія що має ДНК, яка різниться від ДНК початкової клітини, називається мутант. Якщо вийшла мутація корисна для організму, вона дає перевагу у боротьбі за існування. Мутанти виживають та мають нащадків. Не корисні мутації призводять до загибелі мутанту.

Під дією мутацій можуть змінюватись: форма колоній, морфологія клітин, властивість утворювати пігменти, капсули, спори, тощо.

Генетичні рекомбінації - це обмін генетичним матеріалом між пивнесеною ДНК та хромосомою клітини-реципієнта. Тобто поява нових генів, що призводить до появи нових ознак.Такі рекомбінації відбуваються шляхом кон’югації, трансформації та трансдукції.

Кон’югація –обмін генетичним матеріалом при безпосередньому контакті двох клітин. В цьому випадку між двома бактеріями утворюється міст та хромосома з однієї клітини переходить у іншу.

Існують культури-донори (F + - чоловічий тип), які віддають генетичний матеріал та культури реципієнти (F - - жіночий тип), які приймають його. Передача генетичного матеріалу завжди лише одностороння – від донора до реципієнта. Здатність передавати генетичний матеріал залежить від F – фактору, який відноситься до плазмід.

F – фактор це невелика хромосома яка зазвичай розташована автономно у цитоплазмі, та містить гени, що відповідають за відтворення на поверхні бактерій спеціальних ворсинок.

F – ворсинки (пілі) – крізь них здійснюється передача генетичного матеріалу.

Клітина реципієнт яка прийняла генетичний матеріал перетворюється на клітину донора. В цьому випадку спадкові ознаки клітини донора реципієнту не передаються.

Виявляються випадки коли F – фактор включений до хромосоми господаря та розташований на одному з кінців хромосоми. Передача хромосоми здійснюється з протилежного кінця (О - точка), яка може перерватися у будь яку мить. Клітина реципієнт отримує в такому випадку лише частину інформації.

Трансформація – це передача ДНК з однієї клітини до іншої без безпосереднього контакту. Клітина – реципієнт поглинає із зовнішнього середовища фрагмент чужорідної ДНК.

Це можливо при вирощувані культур на середовищах які містять мертві клітини, фільтрати, або екстракти інших культур. Придбані ознаки передаються потомкам. Трансформація може бути спонтанною та індукованою.

Трансдукція – це перенесення частини геному від однієї клітини до іншої за допомогою бактеріофага.

Невірулентний фаг включений до геному бактерій, але під впливом різних факторів (УФО - опромінення) виносить з матеріальної клітини деякі гени. Потім стає вірулентним, проникає у іншу бактеріальну клітину та передає їй генетичний матеріал.

Неспецифічна ( з агальна) трансдукція –ф аги переносять різні ділянки генів, що контролюють різні властивості бактеріальної клітини.

Специфічна (локалізована) трансдукція – помірні фаги, що локалізуються у певному місці хромосоми та переносять певну ознаку.

Абортивна трансдукція – фрагмент бактеріальної ДНК, що проникає у клітину реципієнта, не включається у її геном. В подальшому при поділі бактеріальної клітини ця інформація передається лише одній з дочірніх клітин.

Бактеріальні плазміди – це невеликі позахромосомні набори генів у цитоплазмі клітин. Це суперспіралізовані молекули двониткової ДНК, замкнуті в кільце. Найчастіше вони знаходяться в цитоплазмі у вільному стані. Плазміди не є життєво необхідними для бактеріальної клітини. Найчастіше вони надають бактеріям стійкість до антибіотиків та хіміотерапевтичних препаратів, здатність утворювати токсини.

Багато плазмід мають здатність вбудовуватися у хромосому клітини господаря.

Типи плазмід:

1 F – плазміда відповідає за утворення F – ворсинок та приймання участі у кон’югації.

2 R - плазміда відповідає за численну резистентність мікроорганізмів до лікарських засобів.

3 Фактор бактеріоциногенності – визначає властивість бактерії утворювати особливі речовини, які викликають загибель близькоспоріднених штамів.

4 Плазміди патогенності контролюють утворення факторів патогенності бактерій.

Транспозони, як і плазміди, є суперспіралізованими двонитковими молекулами ДНК, замкнутими в кільце. Транспозони, як носії генетичної інформації здатні передавати гени токсигенності, резистентності до лікарських препаратів, ферментів метаболізму тощо.

Поиск по сайту: