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
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.
Источник
Передача генетической информации у бактерий
Передача генетического материала от клетки-донора в клетку-реципиент путем непосредственною контакта клеток называется конъюгацией.
Передача генетического материала от клетки-донора в клетку-реципиент впервые была обнаружена Дж. Ледербергом и Э. Тейтумом в 1946 г.
Необходимым условием для конъюгации является наличие в клетке-доноре трансмиссивной плазмиды.
Трансмиссивные плазмиды кодируют половые пили, образующие конъюгационную трубочку между клеткой-донором и клеткой-реципиентом, по которому плазмидная ДНК передается в новую клетку. Механизм передачи плазмидной ДНК из клетки в клетку заключается в том, что специальный белок, кодируемый tra-опероном, «узнает» определенную последовательность в ДНК плазмиды (называемую origin — начало, англ., перено-
са), вносит в эту последовательность однопе-почечный разрыв и ковалентно связывается с 5′-концом. Затем цепь ДНК, с которой связан белок, переносится в клетку-реципиент, а неразорванная комплементарная цепь остается в клетке-доноре. Клеточный аппарат синтеза ДНК достраивает одиночные цепи и в доноре и в реципиенте до двухцепочечной структуры. Белок связанный с 5′-концом перенесенной цепи, способствует замыканию плазмиды в реципиентной клетке в кольцо. Этот процесс представлен на рис. 5.4, 1А на примере переноса в реципиентную клетку плазмиды F
клетка-реципиент приобретает донорские свойства (см. рис. 5.4, 1А).
Если F-фактор или другая трансмиссивная плазмида встраиваются в хромосому клетки-донора, то плазмида и хромосома начинают функционировать в виде единого трансмиссивного репликона, что делает возможным перенос бактериальных генов в бесплазмидную клетку-реципиент, т. е. процесс конъюгации. Штаммы, в которых плазмида находится в интегрированном состоянии, переносят свои хромосомные гены бесплазмидным клеткам с высокой частотой и поэтому называются Hfr (от англ. high frequency of recombination — высокая частота рекомбинации)
Процесс переноса хромосомных генов в случае скрещивания: Hfr xF
всегда начинается с расщепления ДНК в одной и той же точке, месте интеграции F-фактора или другой трансмиссивной плазмиды. Одна нить донорской ДНК передается через конъюгационный мостик в реципиентную клетку. Процесс сопровождается достраиванием комплементарной нити до образования двунитчатой структуры. Перенос хромосомных генов при конъюгации всегда имеет одинаковую направленность, противоположную встроенной плазмиде. Сама трансмиссивная плазмида передается последней. Переданная в реципиентную клетку и до-
строенная до двунитчатой структуры нить ДНК донора рекомбинирует с гомологичным участком реципиентной ДНК с образованием стабильной генетической структуры. Вследствие хрупкости конъюгационного мостика половой фактор редко передается в клетку-реципиент, поэтому образовавшиеся рекомбинант донорскими функциями как правило не обладает.
Вследствие направленности передачи генов конъюгация используется для картирования генома бактерий и построения генетической карты.
Трансдукцией называют передачу бактери-альной ДНК посредством бактериофага.
Этот процесс был открыт в 1951 г. Н. Циндером и Дж. Ледербергом. В процессе репликации фага внутри бактерий (см. разд. 3.5) фрагмент бактериальной ДНК проникает в фаговую частицу и переносится в реципиен-тную бактерию во время фаговой инфекции. Существует два типа трансдукции:
общая трансдукция — перенос бактериофагом фрагмента любой части бактериальной хромосомы — происходит вследствие того, что бактериальная ДНК фрагментируется после фаговой инфекции и кусочек бактериальной ДНК того же размера, что и фаговая ДНК, проникает в вирусную, формируя дефектную фаговую частицу с частотой приблизительно 1 на 1000 фаговых частиц (рис. 5.4, 2А). При инфицировании клетки-реципиента дефектной фаговой частицей ДНК клетки-донора «впрыскивается» в нее и рекомбинирует гомологичной рекомбинацией с гомологичным участком хромосомы-реципиента с образованием стабильного рекомбинанта. Этим типом трансдукции обладают Р-фаги;
специфическая трансдукция — наблюдается в том случае, когда фаговая ДНК интегрирует в бактериальную хромосому с образованием профага. В процессе исключения ДНК-фага из бактериальной хромосомы в результате случайного процесса захватывается прилегающий к месту включения фаговой ДНК фрагмент бактериальной хромосомы, становясь дефектным фагом (рис. 5.4, 2Б). Так как большинство умеренных бактериофагов
интегрирует в бактериальную хромосому в специфических участках, для таких бактериофагов характерен перенос в клетку-реципиент определенного участка бактериальной ДНК клетки-донора. ДНК дефектного фага рекомбинирует с ДНК клетки-реципиента сайт-специфической рекомбинацией. Рекомбинант становится меродиплоидом по привнесенному гену. В частности, бактери-офагпередает специфической трансдукцией gal-ген у Е. coli.
Феномен трансформации впервые был описан в 1928 г. Ф. Гриффитсом, обнаружившим превращение бескапсульного R-штамма пневмококков (Streptococcus pneumoniae) в штамм, образующий капсулу S-формы. Гриффите ввел мышам одновременно небольшое количество авирулентных R-клеток и убитых нагреванием S-клеток. R-клетки были получены от штамма, капсульное вещество которого принадлежало к типу S II, а убитые нагреванием S-штаммы принадлежали к типу SIII. Из крови погибших мышей были выделены вирулентные пневмококки с капсулой S III.
Природу трансформирующего фактора в 1944 г. установили О. Эвери, К. Мак-Леод, М. Мак-Карти, которые показали, что ДНК, экстрагированная из инкапсулированных пневмококков, может трансформировать не-капсулированные пневмококки в инкапсулированную форму. Таким образом, было доказано, что именно ДНК является носителем генетической информации.
Процесс трансформации может самопроизвольно происходить в природе у некоторых видов бактерий, чаще у грамположительных, когда ДНК, выделенная из погибших клеток, захватывается реципиентными клетками.
Процесс трансформации зависит от компетентности клетки-реципиента и состояния донорской трансформирующей ДНК. Компетентность — это способность бактериальной клетки поглощать ДНК. Она зависит от присутствия особых белков в клеточной мембране, обладающих специфическим аффинитетом к ДНК. Состояние компетентности у грамположительных бактерий связано с определенными фазами кривой роста.
Трансформирующей активностью обладает только двунитчатая высокоспирализо-ванная молекула ДНК.
Это связано с тем, что в клетку-реципиент проникает только одна нить ДНК, тогда как другая — на клеточной мембране — подвергается деградации с освобождением энергии, которая необходима для проникновения в клетку сохранившейся нити. Высокий молекулярный вес трансформирующей ДНК увеличивает шанс рекомбинации, так как внутри клетки трансформирующая нить ДНК подвергается воздействию эндонуклеаз. Интеграция с хромосомой требует наличия гомологичных с ней участков у трансформирующей ДНК. Рекомбинация происходит на одной нити, в результате чего образуется гетеродуплексная молекула, одна нить которой имеет генотип реципиента, а другая — рекомбинантный генотип. Рекомбинантные трансформанты формируются только после цикла репликации (рис. 5.4, 3).
В настоящее время этот метод является основным методом генной инженерии, используемым при конструировании рекомбинант-ных штаммов с заданным геномом.
Дата добавления: 2016-02-04 ; просмотров: 2523 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник
14 Способы передачи наследственной информации у микроорганизмов.
Генетические рекомбинации. Кроме мутации, ведущих к изменению генотипа, у бактерий
известны три способа передачи генетической информации от донорской клетки с одним
генотипом реципиенту с другим генотипом. Эта передача осуществляется путем
трансформации, трансдукции и конъюгации. В результате генетического обмена междубактериями образуются рекомбинанты — то есть бактерии, обладающие свойством обоих
Трансформация (преобразование, перестройка) — изменение генома бактерии-реципиента в
результате поглощенной из среды свободного фрагмента ДНК клет-ки-донора.
В процессе трансформации различают пять стадий: 1— адсорбция трансформирующей ДНК
на поверхность микробной клетки; 2 — проникновение ДНК в клетку — реципиент; 3 —
спаривание внедрившейся ДНК с хромосомными структурами клетки; 4 — включение
участка ДНК клетки-донора в хромосомные структуры реципиента; 5— дальнейшее
изменение нуклеотида в ходе последующих делений.
Трансдукция. Трансдукцией называют передачу ДНК от клетки-донора клетке-реципиенту
при участии бактериофагов. Трансдуцирующими свойствами обладают в основном
Абортивная трансдукция — перенос фагом участка ДНК клетки-донора в клетку-реципиент,
которая не включается в ее геном, а следовательно, проявление нового признака не
Конъюгация (спаривание) — это передача генетического материала донорской клеткой
клетке-реципиенту при непосредственном контакте. Способность бактериальной клетки
конъюгировать связана с наличием в ней полового фактора F (от fertility—плодовитость)—
внехромосомной автономной детерминанты.
Таким образом, все три процесса генетической рекомбинации у бактерий — трансформация,
трансдукция и конъюгация— различны по форме, но одинаковы по существу; в результате
каждого процесса происходит перенос фрагмента ДНК от одной клетки к другой.
15 Понятие о иммунитете и иммунной системе. Генетический контроль иммунного
Иммунитет – способность поддерживать генеостаз (постоянство внутренней среды). Все
средства защиты разделяются на специфические и неспецифические. Специфические —
появляется иммунитет через 48 часов после контакта с патогенном (латентный период) и
действует против строго определённого патогенна – адентивный иммунный ответ.
Неспецифические факторы защиты препятствуют размножению патогена в латентный
период; действуют против любого патогенна с разной эффективностью – воспалительная
реакция. К ним относят кожа и слизистая, клеточная защита, гуморальная защита. Кожа и
слизистая: явл-ся преградой на пути микробов; на поверхности кожи высокое осмотическое
давление, молочная кислота, ненасыщенные жирные кислоты; слизистая выделяет секреты с
бактерицидными свойствами, в том числе желудочный и кишечный сок. Всё это
неблагоприятно для развития микробов. Если микробы внедрились в подкожную клетчатку
или в подслизистую ткань, место внедрения – ворота инфекции. Сюда устремляется группа
фагоцитов. Клеточная защита – фагоцитоз. Гл роль в нем играют лейкоциты – при остром
воспалении; фагоциты – при хроническом воспалении. Микроб, захваченный фагоцитом,
может подвергнуться полному перевариванию – завершённый фагоцитоз. Микроб внутри
лейкоцита размножается – незавершённый фагоцитоз. В таком виде патоген не доступен
действию антител. Многие микробы имеют капсулы, выделяют токсины => полиинфекции
покрываются погибшими эритроцитами микробов и продуктами распада. Развиваетсявоспаление. В этот очаг поступает жидкая часть крови и лимфы, кот содерж гуморальные
факторы защиты – стволовые лимфоидные клетки превращаются в В – лимфоциты, кот
ответственны за реализацию гуморального иммунного ответа. В – система ответственна за
иммунитет при многих бактериальных инфекциях, антитоксический иммунитет, аллергию
немедленного типа. В – лимфоциты имеют рецепторы – макромолекулярные структуры
клеточной поверхности, с помощью кот клетки узнают антигены. Иммунный ответ, или
иммунологическая реактивность, — высокоспецифическая форма реакции организма на
чужеродные вещества (антигены). При иммунном ответе происходят распознавание
чужеродного агента. При введении антигена возникает первичный иммунный ответ — через 2
дня в крови образуются антитела, титр которых возрастает, достигает максимума, а затем
падает. Вторичный иммунный ответ возникает на повторное введение того же антигена и
характеризуется более высоким и быстрым нарастанием титра антител. Подобная реакция
более усиленного образования антител на повторное введение антигена – иммунологическая
память При вирусной инфекции ДНК или РНК вируса попадает в клетку, а вирусные белки
остаются на клеточной мембране. Цитотоксические Т-киллеры своими рецепторами узнают
вирусные антигены только в комбинации с белком главного комплекса гистосовместимости
МНС класса 1.В отличие от антител Т-рецепторы не узнают и не связывают антиген, если тот
не находится вместе с белком МНС. После узнавания антигенов цитотоксические Т-клетки
убивают зараженные вирусом клетки. Мутации любых локусов, обусловливающие разные
звенья иммунной системы организма, влияют на иммунный ответ. Гены иммунного ответа.
Гены, кодирующие иммунный ответ, наз-ся генами иммунного ответа Высота иммунного
ответа детерминирована многими генами иммунного ответа, обозначаемыми Iг-1, Iг-2 и т. д.
Контроль иммунного ответа осуществляется Iг-генами путем контроля синтеза Iа-белков. Во
многих случаях иммунный ответ против антигенов наследуется полигенно. Гены иммунного
ответа: 1) Ir-гены определяют количество синтезируемых антител против определенных
антигенов; 2) Ir-гены не сцеплены с локусами, кодирующими иммуноглобулины; 3) Ir-гены
высокоспецифичны. 4) между генами, контролирующими высокий или низкий иммунный
ответ против различных антигенов, в основном не существует никакой связи. Теории
иммунитета: 1) клонально-селекционная теория Ф. Бернета (1959). Она основана на четырех
основных принципах: а) в организме имеется большое число лимфоидных клеток; б)
популяция лимфоидных клеток гетерогенна, и в результате интенсивного деления клеток
образуется большое число клонов; в) небольшое количество антигена стимулирует клон
клеток к размножению; г) большое количество антигена элиминирует соответствующий
клон. 2) Сетевая теория. Согласно неё антитела не только узнают антиген, но и сами
Источник
