Генетика бактерий

Генетика
наука, изучающая законы наследственности и изменчивости живых организмов
Наследственность – свойство живых существ сохранять и передавать в неизменённом виде свои свойства на протяжении ряда поколений от родителей потомству
Изменчивость – свойство живых существ изменять свои свойства, приспосабливаясь к изменяющимся

Геном бактерий
Состоит из генетических элементов, способных к саморепликации, т.е. репликонов
Репликонами являются хромосома и плазмиды бактерий
Хромосома бактерий - двойная кольцевая ДНК (существуют бактерии с линейной хромосомой *Borrelia burgdorferi)

ДНК состоит из нуклеотидов (нуклеозидтрифосфат): азотистое основание, пентоза, фосфорная кислота
4 типа азотистых основания: пуриновые (аденин, гуанин); пиримидиновые (тимин, цитозин)
Сумма нулеотидов с пуриновыми основаниями в ДНК равняется сумме нуклеотидов с пиримидиновыми основаниями, т.е. А+Г=Т+Ц
(А + Т)/(Г + Ц)-соотношение - процентное соотношение количества пар аденин-тимин (A-T) к числу пар гуанин-цитозин (G-C) в данном образце ДНК, характеризующее этот образец или геном в целом, является видоспецифичным. Соотношение было выявлено Э. Чаргаффом в 1949-1951 гг. и названо правилом Чаргаффа

Плазмиды - внехромосомные дополнитель-ные факторы наследственности бактерий, представляющие кольцевые, реже линейной молекулы ДНК, способные с автономному существованию и автономной репликации, придающие бактериям дополнительные функции
Плазмиды несут в своем составе от 40 до 50 генов, выполняют регуляторные и кодирующие функции.
Выделяют плазмиды, находящиеся в виде отдельной замкнутой молекулы ДНК и встроенные в хромосому бактерий (эписомы)

Плазмиды классифицируют по фенотипическим признакам:
Col-плазмиды кодируют синтез бактериоцинов (белков, вызывающих гибель бактерий того же или близкородственных видов
R-плазмиды несут гены резистентности к антибиотикам
D-плазмиды (плазмиды деградации) встречаются в основном у почвенных бактерий. Несут гены, контролирующие способность к деградации ксенобиотиков (соединений углеводорода, камфоры, толуола, хлора)
F-плазмида кодирует наличие F-пили

F-плазмида, находящаяся в интегрированном состоянии, носит название Hfr-плазмиды (high frequency of recombination – высокая частота рекомбинации
F-плазмида, находясь в автономном состоянии, сама переходит при конъюгации в реципиентную клетку. При этом реципиентная клетка превращается из «женской» в «мужскую» (т.е. происходит смена «пола»), но внедрившийся в реципиентную клетку генетический материал, представленный плазмидным генами, редко рекомбинирует с бактериальной хромосомой, потому что имеет по отношению к хромосомному генетическому материалу сравнительно низкую степень гомологии
Половой фактор может переходить из автономного состояния в интеграционное и из интеграционного – в автономное. Последний процесс может сопровождаться обменом прилегающих частей плазмиды и нуклеотида, в результате чего перешедшая в автономное состояние плазмида окажется рекомбинационной – будет содержать фрагмент нуклеоида, оставив в нем взамен него свой фрагмент. Такая плазмида обозначается как F’-плазмида. Если донорская клетка при конъюгации несет F’-плазмиду, то она переходит в реципиентную клетку, производя у последней «смену пола», но при этом и обуславливает высокую частоту рекомбинации (благодаря включенному фрагменту нуклеоида)

Изменчивость
Фенотипечкская
Генотипическая (маутационная, рекомбинационная)

Генетическая рекомбинация
Конъюгация
Трансформация
Трансдукция

Конъюгация
(лат. conjugatio соединение)
форма обмена генетическим материалом между бактериями при их клеточном контакте
Обнаружена в 1946 г. Ледербергом (J. Lederberg) и Тейтемом (E. L. Tatum) при исследовании штаммов двойных и тройных ауксотрофных мутантов Е. coli К12. Смешивая культуры двух штаммов, для роста одного из которых было необходимо добавление в среду метионина (Met-) и биотина (Bio-), а для роста другого — треонина (Thr-), лейцина (Leu-) и тиамина (Thi-), и высевая затем образцы смешанных культур на минимальную, т. е. не содержащую необходимых соединений среду, они обнаружили на ней колонии прототрофных бактерий (Met+, Bio+, Thr+, Leu+, Thi+). Частота проявления таких бактерий была равна 1 на каждые 107 высеянных родительских клеток. Дальнейшее изучение показало, что они являются генетическими рекомбинантами, т. е. клетками, несущими комбинацию генов родительских клеток
АУКСОТРОФНОСТЬ (греческий auxö выращивать + trophe питание) — неспособность организма синтезировать необходимые для его роста вещества.
ПРОТОТРОФНЫЕ МИКРООРГАНИЗМЫ (греч. protos первый — trophe питание) — микроорганизмы, способные расти на минимальной питательной среде, содержащей органические источники углерода, минеральные соли

Конъюгация

Трансформация (I)
(лат. transformatio преображение)
— изменение наследственных свойств клетки в результате переноса в нее генетического материала (ДНК, хромосом или генов) другой клетки
В 1928г. открыта Frederick Griffith
Frederick Griffith
1879-1941

Трансформация (II)

Трансдукция
(лат. transductio перемещение)
— явление переноса генетического материала из одной бактериальной клетки в другую с помощью умеренных бактериофагов