Генетика бактерий

Бактериальная хромосома – это двуспиральная правозакрученная ДНК, замкнутая в кольцо
ДНК нуклеоида находится в состоянии отрицательной сверхскрученности.
Супервитки можно рассматривать как форму запасания энергии, которая может использоваться для разделения цепей ДНК при инициации транскрипции.
Инициирование транскрипции – важнейший этап в осуществлении контроля генной экспрессии

Отличительные особенности организации генома прокариот
Относительно высокое (70%) содержание структурных генов на имеющуюся ДНК .
Высокое абсолютное число генов.
Организация генов в опероны – целостно транскрибируемые группы функционально родственных генов.
Отсутствует интрон- экзоннная структура – гены непрерывны.
Присутствие внехромосомной ДНК - плазмид

Служебные или конституитивные гены включены постоянно . Продукты этих генов отвечают за подержание основных функций клетки.
Индуцибельные гены нужны только при определенных условиях. Обеспечивают экологический потенциал вида, т.е. возможность существования бактерий данного вида в разнообразных экологических ситуациях.

Положительное регулирование
Белки-активаторы генов включают гены, присоединяясь к ДНК и помогая присоединяться РНК-полимеразе Промотор
Белок-активатор
Структурные гены
MalT
активный
MalT
пустой

Отрицательное регулирование
РНК-полимераза
Белки-репрессоры выключают гены, присоединяясь к ДНК и блокируя действие РНК-полимеразы

Оператор – участок ДНК, к которому присоединяется белок-репрессор
Большинство регуляторных белков присоединяет небольшие сигнальные молекулы (мальтоза, лактоза)
Crp-белок (сAMP receptor protein)– пример белка глобального регулирования
Глобальное регулирование – управление большой группой генов в ответ на одни и те же внешние воздействия.
Белок глобального регулирования-белок, регулирующий экспрессию многих генов в ответ на один и тот же сигнал

Crp-белок является глобальным активатором, необходимым для включения генов, предназначенных для использования всех альтернативных глюкозе питательных веществ.
Он должен сначала присоединиться к маленькой сигнальной молекуле цАМФ для того, чтобы присоединиться к ДНК и активировать гены.
Crp - это белок-рецептор цАМФ.
Циклический АМФ является глобальным сигналом того, что у клетки закончилась глюкоза

Для того, чтобы включить гены для использования ,например, лактозы, понадобится одновременно индивидуальный сигнал (наличие лактозы) и глобальный сигнал (цАМФ, который сигнализирует о потребности в питательном веществе).

Оперон – участок бактериальной хромосомы, включающий следующие участки ДНК: Р – промотор, О – оператор, Z, Y, А – структурные гены, Т – терминатор.
Промотор служит для присоединения РНК-полимеразы к молекуле ДНК с помощью комплекса CRP-цАМФ
Оператор способен присоединять белок–репрессор
Терминатор служит для отсоединения РНК-полимеразы после окончания синтеза иРНК
Белок СYА катализирует образование цАМФ из АТФ.

Бактерии регулируют определенные гены с помощью некоторого химического голосования, известного как распознавание кворума.
Объединившиеся бактерии выделяют в среду сигнальную молекулу – авто-индуктор. Если его уровень высок, все бактерии включают гены для достижения общей цели.
Распознавание кворума

Плазмиды – кольцевые двунитевые ДНК,способные к автономной репликации
Плазмиды – независимые репликоны, т.е. способны самостоятельно инициировать собственную репликацию
Общее с вирусами – потребность в клетке-хозяине
Для репликации используют синтетический аппарат клетки, ее пластические и энергетические ресурсы

Все плазмиды контролируют собственную репликацию и следовательно число копий в клетке.
Плазмиды с одним и тем же типом контроля репликации несовместимы.
Плазмиды существенно различаются в отношении круга хозяев: узкоспецифичные и широкоспецифичные

Плазмиды состоят из модулей: обязательный модуль основного репликона, и, помимо него, модули распределения, переноса и различных биохимических свойств:
Устойчивость к антибиотикам;
Несут гены вирулентности
Гены белков, направленных против других бактерий
Систему рестрикции/модификации – защиту от чужеродной ДНК
Плазмиды деградации обеспечивают метаболическое разнообразие

Транспозоны
это фрагменты ДНК, способные перемещаться как целостные структуры из одного места в другое.
всегда встроены в другие молекулы ДНК.
реплицируются вместе с молекулой ДНК, в которую интегрированы.

Простейшие транспозоны – инсерционные последовательности IS .
Концы их представлены инвертированными повторами.
Содержат только один ген, кодирующий транспозазу.

Транспозоны (Tn-элементы)
состоят из 2000-25 000 пар нуклеотидов
содержат фрагмент ДНК, несущий специфические гены, и два концевых IS-элемента
Транспозаза определяет, какой участок ДНК бдет перемещен иидентифицирует место бдущего расположения-целевую последовательность

Консервативная транспозиция – способ перемещения, при котором структура транспозона остается неизменной, целевая последовательность удваивается, а в исходной молекуле ДНК образуется двухцепочечный дефект
Репликативная транспозиция – перемещение копий, целостность исходной ДНК не нарушается. Такие элементы называют комплексными (сложными) транспозонами

А. Внедрение IS-элемента в геном; Б. Распространение IS-элемента в геноме за счет транспозиции; В. Реципрокные транслокации; Г. Делеции и образование плазмид