Генетика

План лекции:
Организация генетического
материала у микроорганизмов,
отличие генома прокариот и эукариот.
2. Ненаследственная (модификационная) и
наследственная (мутационная) изменчивость у
микроорганизмов.
3. Генетические рекомбинации у микроорганизмов.
4. . Генная инженерия.

Генетика микроорганизмов – это раздел общей, генетики который изучает строение и функционирование генетического аппарата вирусов, бактерий, микроскопических грибов и простейших.

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ БАКТЕРИЙ
НУКЛЕОИД - одна замкнутая кольцевидная хромосома, содержащая до 4000 отдельных генов, необходимых для поддержания жизнедеятельности и размножения бактерий, бактериальная клетка гаплоидна.
внехромосомные факторы наследственности (плазмиды,
транспозоны,вставки-последовательности).

ПЛАЗМИДЫ
Плазмиды образованы молекулами ДНК.
Регуляторные плазмиды участвуют в компенсировании тех или иных дефектов метаболизма бактериальной клетки.
Кодирующие плазмиды привносят в бактериальную клетку новую генетическую информацию, кодирующую новые, необычные свойства (например, устойчивость к антибиотикам)

ПЛАЗМИДЫ
Автономные- кольцевые плазмиды, не связаны с нуклеоидом, располагаются в цитоплазме бактерии, размножаются независимо от нуклеоида.
Интегрированные – линейные плазмиды, встраиваются в нуклеоид и размножаются только синхронно с ним.

ГРУППЫ ПЛАЗМИД
F-плазмиды контролируют синтез F-пилей, способствующих передачи генетического материала от бактерий-доноров (F+) к бактериям-реципиентам (F–) в процессе конъюгации
R-плазмиды (от англ. resistance, устойчивость) кодируют устойчивость к лекарственным препаратам.
Плазмиды патогенности контролируют вирулентные свойства бактерий и токсинообразование (плазмиды включают tox+-гены).
Плазмиды биодеградации – содержат гены , кодирующие ферменты, разрушающие биосубстраты, что позволяет бактериям выжить в неблагоприятной среде.
Плазмиды бактериоциногении
кодируют синтез бактериоцинов –
белковых продуктов, вызыва-
ющих гибель бактерий того же
или близких видов.

Транспозоны (меняющие позицию)- это линейные фрагменты ДНК длиной от 2-20 тысяч нуклеотидов.
Вставки-последовательности – линейные фрагменты ДНК, длиной от 800 до 2000 нуклеотидов.

2. НЕНАСЛЕДСТВЕННАЯ (МОДИФИКАЦИОННАЯ) И НАСЛЕДСТВЕННАЯ(МУТАЦИОННАЯ ) ИЗМЕНЧИВОСТЬ У МИКРООРГАНИЗМОВ.

Изменчивость – одно из свойств живого, которое выражается в способности изменять свои исходные признаки и свойства.

Ненаследственная изменчивость – возникает под влиянием факторов окружающей среды, не затрагивая первичной структуры ДНК, не передается по наследству.
Наследственная – изменяется первичная структура ДНК, передается по наследству.

Генотип- вся совокупность имеющихся у микроорганизма генов.
Фенотип- совокупность реализованных (т.е. внешних) генетически детерминированных признаков, т.е. индивидуальное (в определенных условиях внешней среды) проявление генотипа.

ФЕНОТИПИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ
Приспособительная активность микроорганизмов лежит в основе их изменчивости. Далеко не каждый признак признаётся пригодным для включении в наследственную информацию. Он должен быть тщательно проверен, доказана его целесообразность для потомства.
МОДИФИКАЦИИ - временные, наследственно не закреплённые изменения.
модификации возникают как адаптивные реакции бактериальных клеток на изменения окружающей среды
БИОВАРЫ
СЕРОВАРЫ
ФАГОВАРЫ

Классификация мутаций
По происхождению:
Спонтанные.
Индуцированные(различные факторы):
Физические факторы
Химические факторы
Биологические факторы

Классификация мутаций
По количеству генов:
Хромосомные – мутируют 2 и более генов (делеции, транслокации, инверсии, дупликации, инсерции).
Генные – мутируют от 1 до нескольких нуклеотидов в пределах 1 гена.
Точечные – мутируют только один нуклеотид, в результате делеции.

Классификация мутаций
По направленности мутаций:
Прямые – первично возникшая та или иная мутация.
Обратные – возникшее изменение первичной структуры ДНК полностью восстанавливается.

Классификация мутаций
По фенотипическим проявлениям:
Нейтральные.
Условно-летальные.
Летальные.

Стандартное проявление модификации — разделение
однородной популяции на несколько типов -
ДИССОЦИАЦИЯ МИКРОБОВ.
S - М- D- R-колонии

Простые проявления диссоциаций, доступных для наблюдений - изменение вида и структуры колоний бактерий на твёрдых питательных средах.
Для обозначения таких колоний Аркрайт (1921) предложил первые буквы английских названий:
S - колонии [от англ. smooth, гладкий]
R-колонии [от англ rough, шероховатый]
М-колонии [от англ. mucoid, слизистый]
D-колонии [от англ. dwar карликовый].
S - М- D- R-колонии

ГЕНОТИПИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ
МУТАЦИЯ - скачкообразное изменение наследственного признака
спонтанные и индуцированные,
генные (изменения одного гена) и хромосомные (изменения двух или более двух участков хромосомы).
2. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ РЕКОМБИНАЦИИ - изменчивость, связанная с обменом генетической информации.
КОНЪЮГАЦИЯ — прямой перенос фрагмента ДНК от донорских бактериальных клеток к реципиентным при непосредственном контакте
ТРАНСФОРМАЦИЯ — генетическое изменение клеток в результате включения в их геном экзогенной ДНК
ТРАНСДУКЦИЯ — перенос бактериофагом в заражаемую клетку фрагментов генетического материала клетки, исходно содержавшей бактериофаг.

ОБЩАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ
Конъюгация
Трансформация
Трансдукция

ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
Генная инженерия - технология изменения хромосомного материала клеток.

Бактерии — удобная модель для генетических исследований.
относительная простота строения генома,
гаплоидность
половая дифференциация в виде донорских и реципиентных клеток
наличие обособленных, и интегрированных фрагментов ДНК (плазмид, и т.д.)
лёгкость культивирования и возможность получения популяций, содержащих миллиарды микробных тел

На основе достижений генетики разработаны высокоточные методы диагностики и идентификации микроорганизмов:
определение плазмидного профиля
ДНК- гибридизация,
полимеразная цепная реакция (ПЦР)
Плазмиды и вирусы (бактериофаги) используют в генной инженерии в качестве векторов для переноса генетического материала. Процесс переноса называется генетической трансформацией.

С помощью генно- инженерных методов
получают:
вакцины
антигены
диагностикумы
гормоны
иммуномодуляторы
антибиотики
В настоящее время разработаны способы получения более 1000 наименований продуктов биотехнологическими способами.

Трансгенным
(или генетически модифицированным) называется обьект, в геном которого методами генетической инженерии перенесены гены (их называют „трансгенами“) из других организмов.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГМО
Основными преимуществами такой технологии по сравнению с традиционной селекцией являются:
возможность переноса всего одного гена, что практически не затрагивает исходный генотип;
возможность придания признаков, которые нельзя перенести путём скрещивания с близкородственными видами;
значительное ускорение процесса получения новых генотипов