Шпаргалка по "Микробиологии"

У прокариот имеются особые гены, способные перемещаться вдоль ДНК и встраиваться в новые места.  Это «прыгающие» гены – ТРАНСПОЗОНЫ (включают около 2 тыс пар НКт). Они обеспечивают устойчивость к антибиотикам, изменчивость и Мт (встраиваясь в новые места во время транскрипции, нарушают последовательность НКт). По обе стороны от транспозона расположены 2 одинаковые последовательности НКт (>800) – это IS–ЭЛЕМЕНТЫ (“ВСТАВОЧНЫЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ”), к/е содержат гены, не контролирующие признаки бактерий, но встраиваясь в ДНК вместе с транспозонами или без них перестраивают геном → мутации.

В цтпл Б! м.б. доп АВТОНОМНЫЕ уч-ки ДНК, имеющие 2-хцепочечную структуру и пальцевидную форму, но в сотни раз < основной ДНК. Это ПЛАЗМИДЫ, в 1# их м.б. до 20 штук. Они не обязательны для жизни #, но и без них # нормально функционировать не может. Плазмиды обладают след св!!:

- Контролируют отдельные  пр!! Б#

- Способны интегрировать  с хромосомой # и выходить из её состава.

- Способны к транслокации, т.е. к самостоятельному перемещению из 1 # в др (ТРАНСМИССИВНЫЕ или КОНЪЮГАТИВНЫЕ плазмиды) или в составе хромосомы.

Существует множество ВИДОВ плазмид, например:

R–плазимда – резистивные, состоят из 2 основных генов. Один отвечает за конъюгативные св!! плазмиды, др – за устойчивость к лек-вам (антибиотикам), чем больше генов, тем к большему числу препаратов устойчив мкÒ. 

F–плазимда – фертильность (плодовитость). Она определяет пол Б#. Если она есть в #, то это F+ клетка (♂), если нет, то F– (♀). Эта плазимда может перемещаться из # в #, при этом если в F–, то она становится F+. F–плазимда контролирует образование на поверхности бактерии особых СЕКС–ПИЛЕЙ – полый трубочки, через которые при размножении перемещается генетический материал. Часто встраивается в основную хромосому клетки.

Col–плазимда – получила название от E.coli, у к/й они впервые были обнаружены. Контролирует выработку токсических белков – БАКТЕРИОЦИНОВ, применительно к разным видам бактерий имеют свои названия, например, E.coli – колицины. Бактериоцины губительно д-ют на др Б!! особенно в пределах семейства, что даёт селективное преимущество и позволяет расширять своё жизненное пространство.

Плазимды, контролирующие образование адгезинов – спец выростов, с пом к/х Б! крепится к поверхности # (особенно важно при колонизации слизистых оболочек), это м.б. ПИЛИ АДГЕЗИИ млм др структуры.

Ent–плазимда – содержит информацию об ЭНТЕРОТОКСИНАХ, вызывающих диаррейные состояния, т.к. токсичны для ## слизистой ЖКТ.

Hly–плазимда – информация о синтезе ГЕМОЛИЗИНОВ – это токсины, способные разрушать мембрану эритроцитов и вызывать гемолиз. С их помощью мкÒ получает Fe, необходимое для жизнедеятельности.

Vir–плазимда – ВИРУЛЕНТНОСТЬ.

В качестве плазмид рассматривается и геном бактериофага, если он располагается автономно в цитоплазме, а не встроен в хромосому.

30. Понятие о генотипе  и фенотипе. Модификационная и  генотипическая изменчивость бактерий.

Генотип – совокупность всех генов, присущих данному организму, т.е. его генетическая конституция.

Фенотип – внешнее, видимое проявление генотипа, обусловленное им и воздействием окружающей среды.

ИЗМЕНЧИВОСТЬ – совокупность различий по признаку м/у ÒÒ одного вида или популяции.

Фенотипические изменения – МОДИФИКАЦИЯМИ, при этом изменений ДНК не происходит, и вскоре они утрачиваются. Модификации возникают в ответ на изменение условий окр среды и позволяют мкÒ быстро адаптироваться и сохранять свою жизнеспособность. Проявляются в изменении морфологических, БХ и других признаков, после устранения действия фактора, происходит реверсия.

В основе – индукция и репрессия соответствующих генов (например, E.coli только в присутствии лактозы синтезирует необходимые ферменты, стафилококки – в присутствии пенициллина синтезируют разрушающий его фермент).

К модификациям можно отнести включение «МОЛЧАЩИХ» ГЕНОВ, в результате чего происходит смена их антигенов в ходе инфекционного заболевания.

Модификации могут возникать под непосредственным действием антибиотиков, при этом образуются L-формы, лишенные # стенки. Они могут сохраняться и даже размножаться внутри ## хозяина, после прекращения действия антибиотика вновь реверсировать к исходной форме.

МУТАЦИИ – изменения в структуре ДНК, закрепляются и прередаются по наследству. Классифицируют по происхождению, характеру изменений в структуре ДНК, фенотипическим последствиям и др.

По ПРОИСХОЖДЕНИЮ мутации подразделяют на:

спонтанные – составляют естественный фон. Они появляются под влиянием разных причин: ОШИБКИ в репарирации или репликации ДНК, ошибочное включения в дочернюю цепь НЕКОМПЛЕМЕНТАРНОГО АО (А=Т, Г≡Ц), ИНСЕРТАЦИОННЫЕ мутации (insertion – вставка, возникают при встраивании в хромосому микробной # Is-последовательностей, транспозонов и плазмид, при наличии ГЕНОВ-МУТАТОРОВ частота мутаций увеличивается в >100 раз).

индуцированные – получают под влиянием мутагенов.

По КОЛИЧЕСТВУ МУТИРОВАВШИХ ГЕНОВ:

ГЕННЫЕ – затрагивают один ген, чаще всего – точковые,

Точковые – замену или вставку пары АО в ДНК → изменение 1 кодона Þ вместо одной АК кодируется другая или нонсенскодон (нонсенсмутация) – это ПРЯМАЯ Мт. Впоследствии может возникнуть вторичная (ОБРАТНАЯ) мутация в этом же гене → восстановление дикого генотипа и фенотипа.

Вставка или выпадение одной пары АО → изменение всех последующих кодонов в пределах 1 гена (Мт со сдвигом считывания).

хромосомные – распространяются на несколько генов, возникают в результате выпадения нуклеотидов (ДЕЛЕЦИЯ), поворота участка ДНК на 180° (ИНВЕРСИЯ), повторения фрагмента ДНК (ДУПЛИКАЦИЯ). Один из механизмов связан с перемещением Is-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ и ТРАНСПОЗОНОВ из одного участка ДНК в другой или из хромосомы в плазмиду и наоборот → нарушается функция гена.

По ФЕНОТИПИЧЕСКИМ ПОСЛЕДСТВИЯМ:

Нейтральные –фенотипически не проявляются.

Условно-летальные – приводят к изменению функциональной активности фермента. В зависимости от условий окр среды мкÒ могут сохранять свою жизнеспособность или утрачивать ее. Так, например, ts-мутанты (температурочувствительные) могут синтезировать ферменты, активные при 37°С, но неактивные при 42 °С, у Б!! дикого типа – активны при обеих t°C.

Летальные – характеризуются полной утратой способности синтезировать жизненно важные ферменты (особенно ДНК-полимераз).

Мутации проявляются в фенотипе в виде утраты или изменения морфологических и БХ признаков: жгутиков, пилей, капсулы, # стенки; способности ферментировать углеводы, синтезировать опред АК, витамины и другие соединения, устойчивость к лекарствам или дезинфектантам и т. д. Þ ауксотрофы, растут только в среде с готовым продуктом.

Действие мутации на трансляцию:

1. Бессмысленные (missens) мутации

2. Frame-shift мутации – со сдвигом считывания и изменением всех последующих кодонов.

3. Супрессорные – восстан. функции генов, инактив-ых предыдущей  мутацией

4. Мутации на клеточном  уровне – можно выявить, если  вызывает фенотипические изменения

5. Мутации с приобретением (способности синтезировать активный фермент), лаг-фазам между мутацией и синтезом фермента отсутствует.

6. Мутации с утратой  – вызывает прекращение синтеза к.-л. фермента, а клетка сохраняет функц. активность. Если рост клетки продолжается, то кол-во фермента умен-ся с каждым делением в 2 раза.

7. Изменения в виде трансдукции, трансформации, коньюгации.

31. Генетические рекомбинации (трансдукция, конъюгация, трансформация).

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ РЕКОМБИНАЦИИ у эукариот совершаются в процессе полового размножения путем взаимного обмена фрагментами хромосом, при этом из двух родительских хромосом образуются две рекомбинантные, т.е. возникают две рекомбинантные особи.

У прокариотов нет полового размножения Þ в результате внутригеномных перестроек: изменение локализации генов в пределах хромосомы, или при проникновении в # реципиента части ДНК донора → формирование мерозиготы, т.е. образуется только ОДИН РЕКОМБИНАТ.

ГенР происходят при участии ферментов в пределах отдельных генов или групп сцеплений генов. Существуют специальные REC–ГЕНЫ, определяющие способность бактерий к рекомбинациям. Передача генетического материала от Б! к Б! происходит путем трансформации, трансдукции и конъюгации, а плазмидных генов - путем трансдукции и конъюгации.

ТРАНСФОРМАЦИЯ – непосредственная передача генетического материала (фрагмента ДНК) донора Рец#. (Впервые Гриффитс – опыт с живым авирулентным бескапсульным штаммом пневмококка, к/й стал вирулентным при обработке экстрактом убитых капсульных пневмококков.)

С донорной ДНК в реципиентную клетку обычно передается только один ген, т.к. фрагмент ДНК, который может проникнуть в Рец# очень маленький. Трансформации поддаётся только часть клеток Б!! популяции – КОМПЕТЕНТНЫМИ. Состояние компетентности (когда стенка Б! проницаема для высокополимерных (Мг=0,5–1 млн) фрагментов ДНК) возникает обычно в конце LOG–ФАЗЫ.

Фазы процесса трансформации:

адсорбция ДНК-донора на Рец#;

проникновение ДНК внутрь Рец# и деспирализация ДНК.

соединение любой из двух нитей ДНК донора с гомологичным участком хромосомы реципиента и последующая рекомбинацией.

Эффективность зависит от СТЕПЕНИ ГОМОЛОГИЧНОСТИ ДНК донора и реципиента, что определяет конечный результат, т. е. количество формирующихся рекомбинантов (трансформантов) Þ межвидовая трансформация происходит гораздо реже, чем внутривидовая.

ТРАНСДУКЦИЯ – передача генетического материала с помощью фагов. Различают три типа трансдукции:

Неспецифическая (общая). В момент сборки фаговых частиц в их головку может проникнуть ЛЮБОЙ фрагмент ДНК Б!–донора. Вместе с фаговой ДНК переносятся любые гены донора и включаются в гомологичную область ДНК Рец# путем рекомбинации. Фаги только переносят генетического материала

Специфическая – фаг переносит ОПРЕДЕЛЕННЫЕ гены при выщеплении профага из Б! хромосомы вместе с рядом расположенными генами, при этом фаг становится дефектным. При взаимодействии фага с Рец# происходит включение гена донора и дефектного фага в хромосому РецБ!, а Б!! становятся невосприимчивыми к последующему заражению вирулентным фагом.

Абортивная – фрагмент ДНК бактерии-донора не включается в хромосому РецБ!, а располагается в цитоплазме и в таком виде функционирует. Во время деления этот фрагмент ДНК передаётся только одной дочерней #, и в конечном итоге утрачиваться в потомстве.

КОНЪЮГАЦИЯ – перенос генетического материала из клетки-донора в клетку реципиента при их СКРЕЩИВАНИИ. Доноры – ## с F-плазмидой (половой фактор). При скрещивании F+ с F– # половой фактор передается независимо от хромосомы донора, при этом почти все Рец# становятся F+.

F-плазмида может интегрировать  в Б! хромосому. В некоторых случаях  она освобождается, захватывая при  этом сцепленные с ней Б! гены (обозначаются с указанием включенного гена: F-lac).

ЭТАПЫ:

прикрепление клетки-донора к Рец# с помощью SEX-ПИЛЕЙ

образование конъюгационного МОСТИКА, через который передаётся F-фактор и другие плазмиды, находящиеся в цитоплазме донора.

разрыв одной из цепей ДНК (в месте включения F-плазмиды) при участии эндонуклеазы. Один конец ДНК проникает в Рец# и сразу же достраивается до 2-нитевой  структуры. При переносе захватывается часть ДНК Б!-донора – Hfr-штаммы (HIGH FREQUENCY OF RECOMBINATION). При скрещивании Hfr-штамма с F–# F-фактор, не передается (т.к. конъюгационный мостик разрывается, а F-фактор расположен в дистальной части хромосомы). Передаются только гены Б! хромосомы, расположенные вблизи начала переноса (О–точка (origin)).

На ОСТАВШЕЙСЯ в # нити ДНК синтезируется 2 цепочка.

32. Генетика вирусов.

Геном вируса представлен РНК либо ДНК, одно- или двунитчатой.

Единица мутации – мутон – замена элемента генома, что ведет к измен. свойств вируса. Может быть вставка или делеция нуклеотидов.

По ПРОИСХОЖДЕНИЮ мутации подразделяют на:

- спонтанные – составляют естественный фон. Они появляются под влиянием разных причин: ошибки в репарации или репликации днк, ошибочное включения в дочернюю цепь некомплементарного ао (а=т, г≡ц), инсертационные мутации (insertion – вставка, возникают при встраивании в хромосому микробной # is-последовательностей, транспозонов и плазмид, при наличии генов-мутаторов частота мутаций увеличивается в >100 раз).

- индуцированные  – получают под влиянием мутагенов.

По КОЛИЧЕСТВУ МУТИРОВАВШИХ ГЕНОВ:

Генные – затрагивают один ген, чаще всего – точковые,

   а) Точковые  – замену или вставку пары нуклеотида в ДНК → изменение 1 кодона Þ вместо одной АК кодируется другая или нонсенскодон (нонсенсмутация) – это ПРЯМАЯ Мт. Впоследствии может возникнуть вторичная (ОБРАТНАЯ) мутация в этом же гене → восстановление дикого генотипа и фенотипа.

Множественные (геномные).

По ФЕНОТИПИЧЕСКИМ ПОСЛЕДСТВИЯМ:

Нейтральные –фенотипически не проявляются.

Проявл. фенотипически.

Виды мутантов:

1. по морфологии бляшек (напр., аденовирусы с большими бляшками быстрее высвобождаются из клеток по сравнению с диким типом.

2. Мутанты по типу хозяев

3. Термочувствительные мутанты  – могут размножаться только  при пониженной температуре.

4. Холодочувствительные мутанты.

5. Делеционные мутанты  – теряют важные участки генома  и требуют для своего размножения  присутствия вируса-помощника.

6. Прочие: устойчивые к  ингибиторам, устойчивые к антибиотикам, потерявшие ферменты и т.д.

Генетические взаимодействия между вирусами:

Комплеметация – если 1 вирус дефектен по к.-л. гену, или оба вируса дефектны по разным генам, то они продолжают расти в ассоциации в клетке. Если же оба вируса дефектны по одному и тому же гену, то комплементации нет.

Рекомбинация – вз-вие между вирусными геномами в смешанно-зараженных клетках, в рез-те чего дочерние геномы содержат генетический материал в комбинациях, отсутствующих у родителей.