Генетические рекомбинации у бактерий реферат

Обновлено: 02.07.2024

Организация генетического материала у бактерий. Генотип и фенотип

Основой материальной наследственности бактерий является ДНК. По сравнению с эукариотическим геном бактериальный ген проще - это молекула ДНК, заключенная в кольцо, прикрепленое к одной из мезосом. В отличие от парных хромосом эукариот, бактерии имеют одну хромосому, то есть гаплоидный набор генов, поэтому у них нет доминирующего явления.

Помимо хромосомы, бактерии имеют внехромосомные генетические элементы - плазмиды. Это молекулы ДНК, которые либо находятся вне хромосомы, в автономном состоянии, в форме колец, прикрепленных к мезосомам, либо встроены в хромосому (интегрированное состояние). Плазмиды дают бактериям дополнительные наследственные признаки, но они не обязательны. Плазмида может быть удалена (элиминирована) из бактерии, что не влияет на ее жизнеспособность.

В настоящее время известно более 20 видов плазмид в бактериях. Некоторые из них:

F-плазмида, фактор фертильности (лат. Fertilis - плодовитый) или половой фактор, определяет способность бактерий образовывать половые ворсинки и конъюгировать.

R-плазмиды определяют устойчивость бактерий к лекарствам. Перенос R плазмид из одной бактерии в другую приводит к быстрому распространению устойчивых к лекарствам бактерий.

Col плазмиды кодируют синтез бактериоцинов, антибактериальных веществ, которые вызывают гибель других бактерий того же или родственного вида. Впервые они были обнаружены в Escherichia coH, отсюда и их название - колицины. Известны бактериоцины стафи­лококков (стафилоцины), чумные палочки (пестицины) и другие бактерии. Наличие бактериоциногенной плазмиды дает бактериям селективные преимущества в биоценозах. Это может быть положительным для человеческого организма, если колицины кишечной палочки вредны для патогенных энтеробактерий, и отрицательным, если бактериоцины продуцируются патогенными микробами.

Ent-плазмиды определяют выработку энтеротоксина. H1y плазмида - гемолитическая активность.

Дополнительными генетическими элементами являются также профаги - геномы умеренных фагов, которые при интеграции в хромосому бактерии могут придавать ей определенные свойства. Например, токсины, кодирующие образование экзотоксинов коринебактерий, дифтерии, клостридий, ботулизма и т. д.

Фенотип представляет собой целый комплекс микробных свойств, проявление генотипа в определенных, специфических условиях существования.

Генотип - это потенциальная способность клетки, а фенотип - их явное проявление.

Гены, ответственные за синтез соединения, обозначены строчными латинскими буквами в соответствии с названием соединения, например, в присутствии гена, кодирующего синтез лейцина, ieu +, в отсутствие - leu-. Гены, ответственные за устойчивость к лекарствам, бактериофагам, ядам, обозначены буквой g (лат. Resistentia) и чувствительны к букве s (лат. Sensitiv - чувствительны). Например, чувствительность к стрептомицину обозначена как str 5 , резис­тентность str r . Фенотип бактерий обозначен теми же знаками, но заглавными буквами: Leu +, Leir, Str 1 , Str 8 соответственно.

Изменчивость микроорганизмов

Наследственность - это способность сохранять постоянство специфических свойств организма на протяжении нескольких поколений, то есть способность воспроизводить себе подобных.

Изменчивость - это разница в свойствах между особями одного и того же вида. Различают наследственную и ненаследственную изменчивость.

Ненаследственная или фенотипическая изменчивость (модификации) не влияет на геном микроба, не наследуется. Модификации происходят в ответ на изменение условий окружающей среды. Когда фактор, вызывающий изменение, устраняется, изменение исчезает. Например, кишечная палочка только в присутствии лактозы продуцирует ферменты, которые расщепляют этот углевод. Стафилококки образуют фермент, который разрушает пенициллин только в присутствии этого антибиотика. Примером модификаций является образование L-форм бактерий под действием пенициллина и возврат к его первоначальной форме после прекращения его действия.

Наследственные или генотипические изменения возникают в результате изменений в самом геноме. Изменение генома может происходить в результате мутаций или рекомбинаций.

Мутации (лат. Mutatio - изменение) - это изменение последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК, которое приводит к появлению или утрате признака. Этим признаком может быть способность синтезировать какую-либо аминокислоту или резистентность к анти­биотику.

Мутации могут быть спонтанными или индуцированными по происхождению. Индуцированные мутации были получены экспериментально под воздействием мутагенов: радиации, некоторых химических веществ. Спонтанные мутации возникают под влиянием естественных факторов. Частота спонтанных мутаций невелика, в среднем 1 на 10 миллионов.

Образовавшиеся микробы называются мутантами. Если получающаяся мутация полезна для микроба и создает преимущества для него в определенных условиях окружающей среды, то мутанты выживают и дают начало многим потомствам. Если мутация не создает выгоды, мутанты погибают.

Мутации микроорганизмов могут иметь большое практическое значение. Были получены мутантные штаммы грибов и актиномицетов, которые являются продуцентами антибиотиков во много раз более активными, чем исходные культуры. Штаммы вакцин могут быть получены от мутантов с пониженной вирулентностью для получения живых вакцин.

Диссоциация бактерий (лат. Dissociatio - расщепление) является одним из проявлений мутаций. В популяции микроорганизмов появляются особи, которые растут при высеве на твердую питательную среду в виде гладких S-форм и шероховатых R-форм колоний (англ, smooth - гладкий, rough - шероховатый). S-образные колонии округлые, влажные, с гладкой блестящей поверхностью, с ровными краями. R-образные колонии неправильной формы, сухие, с неровными краями и шероховатой поверхностью.

Процесс диссоциации, то есть расщепления особей в популяции, обычно протекает в одном направлении: от S- до R-формы, иногда через промежуточные формы. У большинства видов бактерий S-формы вирулентны. Исключение составляют возбудители, чума, сибирская язва, туберкулез.

Генетическая рекомбинация

Генетическая рекомбинация - (лат. recombinatio - перестановка) в бактериях - это передача генетического материала (ДНК) из донорской клетки в реципиентную клетку, в результате чего рекомбинанты приобретают новые свойства.

Известны три типа генетической рекомбинации: трансформация, трансдукция, конъюгация.

Трансформация (лат. Transformatio - трансформация) - перенос ДНК в виде свободного растворимого материала, высвобождаемого из донорской клетки в клетку реципиента. В этом случае рекомбинация происходит, если ДНК донора и реципиента связаны друг с другом, и может происходить обмен их собственными гомологичными областями и ДНК, проникшей извне. Феномен трансформации был впервые обнаружен Ф. Гриффите в 1928 году. Он представил живого, а не вирулентного бескрылого

штамм пневмококковой борозды и одновременно убитый штамм вирулентной пневмококковой капсулы. Мыши погибли, и из их крови была выделена живая культура вирулентного капсульного пневмококка. Сам Гриффите полагал, что трансформация произошла благодаря поглощения невиру­лентным пневмококком капсульного вещества вирулентного штамма. Позже в 1944 г. Мистер О. Эйвери К. Мак Леод и М. Мак-Карти доказали, что трансформирующим веществом является ДНК, которая является носителем генетической информации. Крючок был первым, кто доказал роль ДНК как материального субстрата. близнец

Трансдукция (лат transductio - перенос) - перенос ДНК от донорской бактерии к реципиентной бактерии с использованием бактериофага. Неспецифическая трансдукция, специфическая и абортивная, варьирует.

При неспецифической трансдукции любой донорский фрагмент ДНК может быть перенесен. В этом случае донорская ДНК попадает в головку бактериофага без проникновения в его геном. Фрагмент донорской ДНК, доставляемый бактериофагом, может быть включен в хромосому реципиента. Таким образом, бактериофаг в этом случае является только носителем ДНК, сама ДНК фага не участвует в образовании рекомбинантных

В случае специфической трансдукции гены донорной хромосомы заменяют некоторые гены бактериофага. В клетке реципиента фаговая ДНК вместе с фрагментом донорной хромосомы включается в строго определенные области хромосомы реципиента в виде профага. Получатель становится лизогенным и приобретает новые свойства

Трансдукция называется абортивной, если фрагмент ДНК, введенный бактериофагом, не рекомбинирует с хромосомой реципиента, но остается в цитоплазме и может кодировать синтез некоторого вещества, но не реплицируется во время деления, передается только одной из двух дочерних клеток, а потом утрачивается.

Если фактор F включен в хромосому, то бактерии способны переносить фрагменты хромосомы и называются клетками Hfr (англ, high frequency of recombination - высокая частота рекомбинации). Во время конъюгации хромосома разрывается в месте расположения F-фактора и реплицируется, кроме того, одна нить ДНК переносится в клетку-реципиент, а копия остается в донорской клетке. Фактор F включен в хромосому в определенном разделе, поэтому передача отдельных генов хромосомы завершается в строго определенное время. Таким образом, прерывая процесс конъюгации через разные промежутки времени путем встряхивания суспензии бактерий, мы можем выяснить,

какие символы передаются за это время. Это позволяет построить карту хромосомы, то есть последовательность расположения генов в хромосоме. Перенос всей хромосомы может длиться до 100 минут. Коэффициент F передается последним.

Особенности генетики вирусов

Модификации Ненаследуемые изменения во многих вирусах являются результатом включения липидов и углеводных клеток-хозяев в их внешнюю оболочку, в которой размножается вирус.

Мутации. Спонтанные мутации возникают в результате ошибок в репликации генома вируса. Индуцированные мутации происходят под влиянием мутагенов. Некоторые из них (азотистая кислота) влияют на внеклеточный вирион, другие (акридин, аналоги азотистых оснований) влияют на процесс репликации вирусной нуклеиновой кислоты в клетке. Мутанты отличаются от исходных вирусов по структуре и размеру бляшек, которые они образуют в культуре клеток, антигенам и чувствительности к температуре.

Рекомбинации. При одновременной паразитизации двух вирусов в одной клетке-хозяине возможен обмен генетическим материалом между ними. В результате генетической рекомбинации происходит об­мен участками HK между разными вирусами, и образуются рекомбинанты, обладающие генами двух исходных вирусов. Вирус гриппа имеет геном, состоящий из восьми фрагментов РНК. При одновремен­ной репродукции в одной клетке двух разных вирусов гриппа между ними может происходить обмен генами. Образовавшинеся рекомби-нанты будут представлять собой новый тип вируса гриппа.

При одновременной паразитизации двух типов вируса в одной клетке во время образования зрелых вирионов возможно фенотипическое смешивание, когда геном одного вируса заполнен капсидом другого вируса (феномен транскапсидирования). Так, например, есть случаи, когда геном вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) включен в белковый капсид другого вируса. В результате такой вирус приобретает способность заражать типы клеток, которые нечувствительны к исходному вирусу.

Практическая значимость изучения генетики микробов

При микробиологической диагностике инфекционных заболеваний возникают трудности при определении типа атипичных микробов, например, бактерий дизентерии, не агглютинирующихся сыворотка­ми. Для их идентификации должны быть использованы другие методы.

Методами направленной мутации и селекции получены живые вак­цины, с успехом применяющиеся для профилактики инфекционных бо­лезней.

Достижения молекулярной генетики используются для современных методов обнаружения микробов: методов индикации нуклеиновых кислот, полимеразной цепной реакции (ПЦР). Полимеразная цепная реакция является высокочувствительной реакцией, поскольку она позволяет увеличить количество копий исследуемой цепи ДНК в сотни тысяч раз за несколько часов. ПЦР может быть использована особенно тогда, ког­да в исследуемом материале имеется очень малые концентрации воз­будителя или трудно выделить чистую культуру, а также при его высо­кой антигенной изменчивости.

Генная инженерия

Генная инженерия основана на создании рекомбинантных организмов, содержащих гены, встроенных в их хромосому, которые кодируют продукты, необходимые для производства соединений.

Последовательные этапы рекомбинации:

1) получение ДНК. Участки ДНК, то есть гены, кодирующие синтез необходимого вещества, выделяют из хромосомы путем разрезания ферментами (рестриктазами). В некоторых случаях возможно получение небольших генов, подобных естественным, путем химического синтеза;

2) полученный ген (отрезок ДНК) с помощью ферментов (лигаз) соединяют ("сшивают") с другим отрезком ДНК, который будет слу­жить вектором для встраивания гибридного гена в клетку. В качестве вектора можно использовать плазмиды, бактериофаги, вирусы;

3) вектор, несущий встроенный в него ген, встраивается в бакте­риальную или животную клетку, которая приобретает способность продуцировать не свойственное этой клетке вещество. В качестве та­ких реципиентов используют клетки Е. coli, P. aeruginosa, дрожжи, ви­рус осповакцины. Подбирая подходящего реципиента, учитывают вы­раженность синтеза необходимого вещества. Некоторые штаммы бак­терий, получивших чужой ген, способны переключать половину свое­го потенциала на синтез соединения, кодируемого этим геном. Учиты­вается также возможность секреции вещества в окружающую среду, возможность культивирования в промышленных масштабах, экологи­ческая безопасность.

Биологические препараты, полученные генной инженерией : интерфероны, интерлейкины, инсулин, гормон роста, вакцина против гепатита В, антигены ВИЧ для диагностики и другие препараты.

Методы генной инженерии перспективны:

- Для получения антигенов с целью диагностики заболеваний, возбудители которых либо не культивируются на питательных средах (сифилис, малярия), либо опасны для культивирования;

- Для получения лекарства, сырье для которых дорогое или дефицитное: интерфероны, инсулин, гормон роста, интерлейкины и другие цитокины, которые регулирующие иммунитет, а также антитела.

У микроорганизмов, как и у других живых существ, наблюдается наследование признаков, свойственных определенному виду. В опытах было показано, что, если содержать бактерии в определенных постоянных условиях, они длительно сохраняют свои свойства. Это говорит о стабильности признаков, присущих каждому виду бактерий. Потомство микробной клетки в основном наследует ее свойства, что позволяет определить, идентифицировать, любой вид микроорганизмов. Однако известно, что у одного и того же вида бактерий возможны отклонения морфологических и физиологических свойств, возникающие под влиянием факторов внешней среды.

Генетические рекомбинации у бактерий – обмен генетическим материалом между двумя клетками, сопровождают половое размножение. К ним относятся трансформация, трансдукция, конъюгация.

Трансформация – непосредственная передача генетического материала (фрагмента ДНК) донора реципиентной клетке. Возможна только у ограниченного кол-ва клеток (бакт популяции). Клетка реципиента должна обладать способностью к развитию состояния компетентности (готовность вопринимать ДНК донора). Кл в состоянии компетентности изменяют свои свойства (другой размер, снижается синтез ДНК, РНК, продуцирует фактор компетентности (белок). Этот белок нужен для расщепления компонентов клеточной стенки (обнажение рецепторных участков, которые связывают ДНК донора). Состояние компетентности наблюдается только в опред фазу — в конце логарифмической фазы роста. Для того, чтобы происходила трансформация, донорская ДНК должна быть 2-цепочечная (устойчива к нуклеазам), опредленного мол веса (1х10^6 дальтон).

Несколько фаз:

1. Адсорбция ДНК-донора на клетке-реципиента,

2. Проникновение ДНК внутрь клетки-реципиента(ферментативное расщепление, образование различных фрагментов, кот проник в кл, в кл одна из цепей деградирует),

3. Соединение ДНК (одноцепочечный внутриклет медиатор) с гомологичным участком хромосомы реципиента с последующей рекомбинацией.

После проникновения внутрь клетки трансформирующая ДНК деспирализуется. Затем происходит физическое включение любой из двух нитей ДНК донора в геном реципиента. Трансформация обычно внутри вида (есть гомология между донором и реципиентом)

Генетические рекомбинации у бактерий. Трансдукция. Виды. Фаговая конверсия.

Генетические рекомбинации у бактерий – обмен генетическим материалом между двумя клетками, сопровождают половое размножение. К ним относятся трансформация, трансдукция, конъюгация.

Трансдукция – передача генетического материала от одних бактерий другим с помощью УМЕРЕННЫХ фагов. В результате - 2 варианта инф процесса: продуктивный и редуктивный (лизогенный — б.фаг приходит в кл, интегрируется, становятся ПРОФАГОМ (часть генома) и вносят опред св-ва)

1. Неспецифическая трансдукция. В процесс репродукции фага в момент сборки фаговых частиц в их головку вместе с фаговой ДНК может проникнуть какой-либо фрагмент ДНК бактерии-донора. При этом фаг может утратить часть своего генома и стать дефектным. Принесенный фагом фрагмента ДНК бактерии-донора способен включаться в гомологическую область ДНК клетки-реципиента путем рекомбинации. Фрагменты бакт ДНК донора способны включаться в гомологичную область ДНК кл реципиента путем рекомбинации, но участок ДНК кл донора, кот перешл в кл реципиента останется не включенным-абортивная трансдукция. Передается при делении.

2. Специфическая трансдукция характеризуется способностью фага переносить определенные гены от бактерии-донора к бактерии-реципиента. Это связано с тем, что образование трансдуцирующего фага происходит путем выщепления профага из бактериальной хромосомы вместе с генами, расположенными на хромосоме клетки-донора рядом с профагом. В составе ген материала умер бфага есть гены, кот отвечают за образование репрессора — обуславливает невозможность перехода профага в состояние вегетативного развития. Инактивация репрессора- вегетативный цикл развития (при этом геном фага встраивается в б хр) У бфага должны сохраниться липкие концы (одноцепочечн и комплементарные друг другу) для образования кольцевой ДНК (для встраивания генома)

3. Аботивная трансдукция. Принесенный фагом фрагмент ДНК бактерии-донора не включается в хромосому бактерии-реципиента, а располагается в ее цитоплазме и может в таком виде функционировать. Во время деления бактериальной клетки трансдуцированный фрагмент ДНК-донора может передаваться только одной из двух дочерних клеток, то есть наследоваться однолинейно и в конечном итоге утрачиваться в потомстве.

Фаговая конверсия – изменение фенотипа бактериальной клетки, обусловленное включением в ее хромосому генома умеренного фага.

В основе наследственной изменчивости бактериофагов помимо мутации лежит рекомбинация. Рекомбинация у бактериофагов – это физическое взаимодействие геномов в смешанно-инфицированных клетках. При этом происходит обмен генетическим материалом или его частью между двумя (часто близкими) отличающимися по наследственным свойствам вирусами. Рекомбинация между родительскими геномами приводит к возникновению новых сочетаний генов в дочерних геномах, т. е. формированию нового генома. Рекомбинация путем включения одной молекулы ДНК в другую происходит между вирусной ДНК и ДНК клетки-хозяина. На этом основан метод искусственной рекомбинации молекул ДНК

В последнее десятилетие ДНК-вирусы человека и животных стали привлекать внимание генетиков как модель для изучения рекомбинации в клетках животных, особенно в связи с деталями механизма разрыв – воссоединение. В силу известной гетерогенности вирусных популяций в процессе их размножения в клетках могут создаваться условия не только для генетических, но и негенетических взаимодействий. Последние вызывают большое разнообразие фенотипических изменений, которое, маскируя истинный генотип вируса, влияет на результаты генетических исследований. Поэтому негенетические взаимодействия вирусов традиционно включаются в раздел анализа изменчивости вирусов в результате их взаимодействия друг с другом. Негенетические взаимодействия описаны у широкого круга вирусов и могут происходить между гетерогенными их группами и даже между РНК- и ДНК-содержащими.

1. Рекомбинация у бактериофагов

Из ДНК-вирусов с линейной молекулой генома рекомбинационный процесс хорошо изучен герпес- и аденовирусов, которые рекомбинируют как с близкородственными, так и неродственными вирусами.

Генетическая рекомбинация между аденовирусами человека происходит с высокой частотой при продуктивной инфекции культур клеток. Причем рекомбинация наблюдается внутри одного серотипа или между близкородственными серотипами одной подгруппы, что связывают с отсутствием гомологичных последовательностей в геномах вирусов разных подгрупп, хотя общая их организация сходна. Было опрделено, что на рестрикционной карте ts+-peкомбинантов Ad5 и Ad2 предполагаемые сайты находятся в фрагменте размером около 20 п. н., занимающем участок соединения С-конца гена PV1 и N-конца гексонового гена. Сравнительное секвенирование аналогичных фрагментов трех независимых скрещиваний выявило, что в каждом случае непосредственное участие в рекомбинационном процессе принимала лишь небольшая его часть (от 45 до 156 п. н. в длину), соответствующая участкам полной гомологии ДНК.

Герпесвирусы занимают более выгодное положение: ДНК разных серотипов способны в одинаковой степени трансфицировать культуры клеток, имеют значительные участки гомологии и рекомбинируют с большой частотой. Создавались как межтиповые, так и внутритиповые рекомбинанты, с помощью которых картировались генные функции, контролирующие репликацию вируса, морфологию бляшек, резистентность к антивирусным лекарствам. R. Thompsonкотрансфекцией ДНК одного штамма с разными рестрикционными фрагментами другого получили рекомбинант, позволивший локализовать функцию повышения нейровирулентности.

Метод получения межтиповых рекомбинантов полиовирусов разработан V. Agolс сотрудниками на основе коинфицирования клеток gs-мутантом одного серотипа и gr-мутантом другого с последующей селекцией gr-клона из урожая двойной инфекции. Таким способом получена серия межтиповых рекомбинантов, сайты скрещивания которых были локализованы в центральной части генома между локусом антигенной специфичности (5'-сторона) и чувствительностью к гуанидину (3'-сторона). Определены первичные структуры скрещиваемых регионов, длина которых варьирует между 2 и 32 нуклеотидами. Сайты скрещивания оказались распределенными по геному неравномерно. Так, внутри гена полипептида 2А обнаружен только один такой участок, в то время как в других регионах выявлялись явные их скопления, что указывало на существование предпочтительных сайтов для рекомбинации.

Используя тот же принцип, V. Agolе. а. (1984) получали внутритиповые рекомбинанты между аттенуированным и нейровирулентным штаммами полиовирусов, изменения нейровирулентности которых определили интрацеребральным заражением обезьян. Показано, что рекомбинанты, унаследовавшие 5'-половину генома от вирулентного родителя, проявили нейровирулентный фенотип независимо от происхождения 3'-половины, а рекомбинанты с 5'-геномной половины от аттенуированного родителя имели аттенуированный фенотип. Следовательно, большие детерминанты нейровирулентности находятся на 5'-половине генома, а на 3'-половине — минорные или модулирующие детерминанты.

Таким образом, детальный анализ межтиповых и внутритиповых рекомбинантов полиовирусов представил окончательные доказательства истинности рекомбинации, опроверг случайность процесса, показал, что скрещивания происходят в определенных, хотя и многих сайтах.

Интромолекулярная рекомбинация зафиксирована и у вируса гриппа. Были обнаружены последовательности сегментов ДИ РНК, составленные из последовательностей от двух нормальных геномных сегментов.

Кроме того, К. Shimizuе. а. представили доказательства существования внутрисегментной комплементации между ts-мутантами вируса гриппа. По их данным, 83 ts-мутанта образовывали 13 комплементационных групп и 8 рекомбинационных. При этом четыре рекомбинационные группы включали вирусы, представляющие более чем одну комплементационную группу, а группа Н – в каждом комплементационном члене имела по четыре ts-локуса. Мутации с внутрисегментной комплементацией обнаружены в большинстве генов (РЗ, PI, P2, NA, NPи NS).

Относительно механизма внутрисегментной комплементации высказывались различные гипотезы. Считалось, что она проявляется: 1) если сегмент полицистронен (известно, что два сегмента (7, 8) генома вируса гриппа А кодируют по два белка Ml, M2 и NS1, NS2, но, внутрисегментная комплементация отмечена и при мутациях в генах, содержащих информацию для единственных белков) ; 2) если множественный белок состоит из смеси аллельных белковых субъединиц, кодируемых двумя комплементарными родительскими генами; 3) если родительские комплементарные вирусы несут мутации в генах, кодирующих белки с несколькими функциональными доминантами.

Много неясного остается и в другом механизме рекомбинации вирусов человека и животных — реассортименте. У вирусов с сегментированным геномом каждый сегмент — это независимая и самостоятельная молекула. Полагают, что в зараженных клетках существует активный механизм, регулирующий, чтобы каждый вирион получил из клеточного пула по одной копии всех сегментов. Можно предполагать, что перекомбинация генов осуществляется на стадии морфогенеза вирусов и этот процесс также зависит от клеточных факторов. К тому же выявить участие в этом процессе вирионных белков или каких-либо последовательностей нуклеотидов, способствующих ему, не удалось.

Из вирусов с сегментированным геномом рекомбинационный процесс наиболее детально изучен у ортомиксовирусов и реовирусов. Исследования на ортомиксовирусах начаты F. Burnet(1960) еще задолго до установления сегментированности их генома. Он получил ряд основополагающих данных, вплоть до предсказания структуры генома. В этих опытах потомство смешанной инфекции двумя штаммами, один из которых (WSN) был нейротропным, оказалось способным вызывать смертельную инфекцию при заражение мышей в мозг, но имело серологическую характеристику пневмотропного MELштамма. При прямой и обратной рекомбинации этих штаммов, различающихся по семи признакам, обмен происходит как бы по двум сцепленным признакам. Одну группу сцепления составляли признаки, определяющие серологическую специфичность, термостабильность гемагглютининов, отношение к ингибирующему действию муцина овцы и патогенность для мышей при интраназальном заражении. Другая группа включала отношение к ингибирующему действию овомуцина, патогенность для куриных эмбрионов и нейропатогенность для мышей.

G. Hirstвысказывал предположение, что вирусы гриппа могут скрещиваться по двум механизмам: 1) обмен полноценными сегментами с высокой частотой рекомбинации; 2) кроссинговер гомологичными сегментами с низкой частотой рекомбинации. Теперь имеется множество прямых доказательств способности вируса гриппа использовать при рекомбинации как интрамолекулярный механизм, так и перекомбинирование генов. Они основаны на сравнительном изучении электрофоретической подвижности сегментов генома и его продуктов, а также на их секвенировании.

Лабораторные доказательства антигенной гибридизации среди разных подтипов вирусов гриппа А послужили основой гипотетических механизмов, объясняющих антигенную лабильность и потенциал чрезвычайной изменчивости этого агента.

Рекомбинантные механизмы лежат в основе возникновения и гетерозигот. В классической генетике этим термином определяют организм, в диплоидном наборе хромосом которого содержатся два различных аллеля какого-либо гена. У большинства вирусов животных такого рода гетерозиготность не наблюдается, поскольку их геномы гаплоидны. Гетерозиготными по всем маркерам могут быть ретровирусы, содержащие две копии геномной РНК. Гетерозиготность ретровирусов связывают с рекомбинационным процессом. У некоторых ДНК-вирусов (например, герпеса), имеются повторяющиеся последовательности и эти вирусы частично диплоидны. В этих диплоидных локусах также может возникать гетерозиготность. Так, выделено несколько типов рекомбинантов при скрещивании вирусов герпеса типа 1 и 2, которые содержали гетерозиготные терминальные повторяющиеся последовательности.

2. Генетический анализ бактериофагов

Перспективы практического применения рекомбинационной изменчивости во многом связаны с получением живых рекомбинантных вакцин. Весьма актуальным считается получение рекомбинантных вакцин против гриппа, возбудитель которого отличается большой изменчивостью. Принцип рекомбинации современных эпидемических вирусов с хорошо изученным донором аттенуации обеспечивает быстроту формирования клонов с такими полезными свойствами, как термочувствительность и безвредность при сохранении иммунизирующей способности эпидемических штаммов.

Список литературы

1. Айала Ф., Кайгер Дж. Современная генетика / Ф. Айала, Дж. Кайгер.- М.: Мир, 1987.- 368 с.

2. Бил Д., Ноулз Д. Внеядерная наследственность / Д. Бил, Д. Ноулз.- М.: Мир,1981.- 138 с.

3. Захаров И.А. Курс генетики микроорганизмов / И.А. Захаров.- Минск: Высшая школа, 1978.- 192 с..

4. Крылов В.Н. Геном бактериофагов / В.Н. Крылов.- М.: Наука, 1989.- 317 с.

5. Хейс У. Генетика бактерий и бактериофагов / У. Хейс. - М.: Наука, 1965.- 254 с.

Обмен генетическим материалом у бактерий осуществляется путем генетических рекомбинаций. Генетическая рекомбинация – взаимодействие между двумя геномами, которое приводит к образованию рекомбинаций ДНК и формированию дочернего генома, сочетающего гены обоих родителей. 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.Передача генетического материала между бактериями осуществляется 3-мя механизмами: конъюгацией, трансдукцией и трансформацией.Трансформация-непосредственная передача генетического материала (ДНК) донора клетке-реципиенту. Трансформация протекает в три стадии: 1)адсорбция двуцепочечной ДНК на участках клеточной стенки компетентных клеток;2) ферментативное расщепление связавшейся ДНК в некоторых случайно расположенных местах с образованием фрагментов; 3) проникновение фрагментов ДНК. Проникшая цепь ДНК рекомбинирует с генетическим материалом реципиентной клетки.

Трансдукция-передача генетического материала от одних бактерий кдругим с помощью фагов.Три типа: неспецифическая(вместе с фаговой ДНК может включаться какой-либо фрагмент ДНК бактерии донора.При этом сам фаг становится дефектным),или общая,специфическая(фаг переносит от бактерии доноров к бактериям-реципиентам только определенный ген) и абортивная(принесенный фагом фрагмент хромосомы донора не включается в фромосому клетки-реципиента,а располаг в её цитоплазме и может в таком виде функционировать)

Коньюгация – это перенос генетического материала из клетки-донора в клетку-реципиента при их скрещивании. Необходимым условием конъюгации является наличие в клетке-доноре трансмиссивной плазмиды.

Эволюционные изменения признаков, детерминируемых одним геном, могут возникнуть в результате сочетания мутационного процесса и отбора. Это сочетание играет наибольшую роль в эволюции бактерий. Процесс рекомбинации, действуя в границах вида, даёт широкое разнообразие рекомбинантов. Некоторые из них могут оказаться более совершенными по степени адаптации. Проблема перемещается теперь с создания многочисленных рекомбинантных типов на сохранение некоторых лучших из них. Половой механизм, создающий в одном поколении ценное сочетание генов, в следующем поколении неумолимо вновь разъединит их.

31. Антибиотики. Источники и методы получения. Механизмы и спектры действия

А\Б-назыв.,хим.в-ва разл. хим. стр- ры, кот. в очень малых концентр. способны подавлять рост и размнож. или вызыв. гибель м/о во внутр среде организма без повреждения клеток человека. А\Б вход в группу химиотер препаратов, кот включ группы: -сульфаниламидные -нитрофураны -антиметаболиты

-препараты висмута, мышьяка, ртути – производные амидазола Источники 1)микробного происхожд 2)растит происхожд (из раст получ эфирные масла,фитонциды З) источн.явл.чел.клетка:из лейкоцитов извлек интерферон, лизоцим облад активы против Грамм+ м\о Методы получения-биолог синтез -синтетич синтез(когда А\Б получ путем хим синтеза -полусинет-это комбин синтет и биолог методов Механизм действия- 1) - ингибиторы синтеза клеточной стенки(муреина): Бета-лактамные антибиотики (пенициллины, цефалоспорины, монобактамы и карбопенемы), Гликопептиды (ванкомицин, клиндамицин).2) - вызывающие повреждение цитоплазматической мембраны - эти повреждения могут быть самыми различными (блокирование фосфолипидных или белковых компонентов, нарушение проницаемости клеточных мембран, изменение мембранного потенциала и т.д.) (полиеновые,полипептидные а/б).3) - подавляющие белковый синтез - может происходить на всех уровнях, начиная с процесса считывания информации с ДНК и кончая взаимодействием с рибосомами - блокирование связывания транспортной т-РНК с 30S субъединицами рибосом (аминогликозиды), с 50S субъединицами рибосом (макролиды) или с информационной и-РНК (на 30S субъединице рибосом - тетрациклины)4) - ингибиторы синтеза нуклеиновых кислот- эти антибиотики обладают не только антимикробной, но и цитостатической активностью, и поэтому используются как противоопухолевые средства. Один из антибиотиков относящихся к этой группе - рифампицин, ингибирует ДНК-зависимую РНК-полимеразу, и тем самым блокирует синтез белка на уровне транскрипции. Спектр действпя-это перечень м\о в отнош кот активен данный А\Б(широкого и узкого спектра действия)

32. Побочное действие а/б на м/о и макроорг-м. Определение чувствительности м/о к а/б. НА МИКРООРГ-М: 1) у м/о могут изменяться морфологические, биохимические и др свойства (следствием а/б-терапии м.б. образование L-форм бактерий. М/о с измененными свойствами трудно распознавать, и, следовательно, сложно поставить диагноз больному) 2) у бактерий может сформироваться приобретенная а/б-устойчивость (резистентность). Врожденная, или видовая, устойчивость присуща бактериям от рождения и обусловлена таксономическими свойствами вида (пенициллин не действует на микоплазмы, так как у них нет пептидогликана — мишени, на которую этот антибиотик влияет). Когда у популяции м/о(ов) появляются особи, кот устойчивы к более высокой концентрации а/б, чем остальные, то говорят о формировании приобретенной устойчивости. В некот случаях среди м/о образуются а/б-зависимые формы. А/б-устойчивые м/о появляются вне зависимости от применения данного а/б; возможно существование а/б-резистентных особей к тем препаратам, кот еще не созданы. Использование нового а/б приводит к гибели а/б-чувствительных и распространению а/б-устойчивых бактерий, т. е. а/б играет роль селективного фактора. Обычно уже через 1—3 года после создания и применения нового препарата появляются устойчивые к нему бактерии, а через 10—20 лет формируется полная резистентность. Нет ни одного а/б, к кот-у не возникали бы устойчивые формы. НА МАКРООР-М 1)Реакции за счет повышенной индивидуальной или видо-возрастной чувств-ти животных к противомикробным препаратам (аллергические реакции), вызванные идиосинкразией или сенсибилизацией орг-ма к лекар-у соединению. Этот тип реакций обычно не связан с количеством введенного препарата, а тяжесть поражений варьирует от легких кожных реакций до анафилактического шока с летальным исходом. 2)Прямые токсические реакции, связанные с количеством введенного препарата н обусловленные органотропностью и специфичностью действия лекарственного вещества на макроорганизм. Наиболее часто при этом типе реакций поражаются почки, печень, нервная и кроветворная системы, а также желудочно-кишечный тракт.3) Реакции за счет биологических изменений в микроорганизме или в микробном агенте. К этому типу реакций относят: образование лекарственно-устойчивых штаммов возбудителей, суперинфекцию, дисбактериоз, угнетение иммунных реакций, расстройства витаминного и электролитного обменов и т.п.///ДИФФУЗНЫЕ И МЕТОДЫ РАЗВЕДЕНИЯ. На данный момент наиболее распространены методы: с использованием дисков с а/б; с помощью Е-тестов; разведение в жидк пит среде(бульоне); разведение в агаре; микрокассетный.Диффузный метод дисковИсследуемую бактериальную культуру засевают газоном на питательный агар или среду АГВ в чашке Петри.С р е д а АГВ : сухой питательный рыбный бульон , агар-агар, натрий фосфат двузамещенный. Среду готовят из сухого порошка в соответствии с инструкцией. ///На засеянную поверхность пинцетом помещают на одинаковом расстоянии друг от друга бумажные диски, содержащие определенные дозы разных антибиотиков. Посевы инкубируют при 37°С до следующего дня.В зависимости от диаметра зоны задержки роста различают степень чувствительности испытуемогоштамма: чувствительные, малочувствительные и устойчивые (отсутствие зоны).

Читайте также: