генетика микроорганизмов

План лекции
Наследственность и изменчивость микроорганизмов.
Строение генетического аппарата клетки.
Внехромосомные факторы наследственности.
Фенотипическая изменчивость.
Генотиптческая изменчивость.
Практическое применение изменчивости бактерий.

Рекомендуемая литература
Основные источники:
Основы микробиологии и иммунологии [Электронный ресурс] / Под ред. В.В. Зверева, М.Н. Бойченко - М. : ГЭОТАР-Медиа, 2016. - http://www.medcollegelib.ru/book/ISBN9785970429334.html
Дополнительные источники:
Частная медицинская микробиология с техникой микробиологических исследований: учеб. пособие/ Под ред. А.С.Лабинской, Л.П.Блинковой, А.С.Ещиной. – 2-е изд., испр. – СПб.: Лань, 2017. – 608с.: ил.

1.Наследственность и изменчивость микроорганизмов
Генетика микроорганизмов – это наука о наследственности и изменчивости микроорганизмов.
Наследственность и изменчивость – это обязательные свойства всех живых организмов.
Наследственность- это способность сохранять определенные свойства на протяжении ряда поколений
Изменчивость – это способность приобретать новые признаки.

2.Строение генетического аппарата клетки
Генетический материал бактерий представлен:
Нуклеоидом (хромосомой)
внехромосомными факторами наследственности:
плазмидами
транспозонами IS-элементами

Нуклеоид
Нуклеоид (генофор, хромосома) – это двойная, спирализованная, кольцевая молекула ДНК. Состоит примерно из 4000-5000 генов.
Бактерии гаплоидны.
Ген – это участок молекулы ДНК, отвечающий за развитие какого-либо признака.
Генотип – это совокупность всех генов организма.

3.Внехромосомные факторы наследственности
Плазмиды - необязательные компоненты микробных клеток, могут иметь линейную или кольцевую структуру, способны к самостоятельной репликации.
Транспозоны – мигрирующие элементы, имеют гены для переноса внутри клеток и одновременно содержат гены резистентности к антибиотикам, ионам тяжелых металлов.
IS-элементы – мигрирующие гены, которые способны на перенос внутри клеток и с одного участка ДНК на другой.

Свойства плазмид
Представляют собой небольшие кольцевые или линейные молекулы ДНК, состоящие из примерно 50 генов.
Являются необязательными структурными компонентами клетки
Способны к самостоятельной репликации
Могут передаваться из клетки в клетку и включать в себя гены из окружающей среды
Функционируют независимо от хромосомы клетки

Функции плазмид
Кодирующая – отвечают за развитие определенных признаков
Репаративная – при повреждении бактериального генома обеспечивают его восстановление.

Виды плазмид по признакам
F-плазмиды – фактор фертильности, отвечают за коньюгацию
R-плазмиды – фактор резистентности, обеспечивают резистентность (устойчивость) бактерий к антибактериальным препаратам
Сol-плазмиды – обеспечивают продукцию колицинов
Плазмиды патогенности – отвечают за продукцию факторов патогенности бактерий HLy – продукция гемолизинов, Ent – продукция энтеротоксина, Ti – образование опухолей у растений)
Плазмиды деградации – отвечают за расщепление веществ (Саm – расщепление камфоры, Oct - расщепление октана, Sal - расщепление салицина, Tol – расщепление толлуола, ксилола)

4.Фенотипическая изменчивость
Фенотипическая изменчивость или модификация – это изменения, которые наблюдаются в жизни одного поколения, не передаются по наследству и утрачиваются с прекращением действия фактора, вызвавшего их.
Факторы, вызывающие модификации – состав питательной среды, свет, температура и др.

Виды модификаций
Морфологические модификации – изменение морфологических свойств бактерий (полиморфизм).
Культуральные модификации – изменение культуральных свойств (например, образование пигмента)
Биохимическая модификация – способность образовывать адаптивные ферменты в зависимости от состава питательной среды.

5.Генотипическая изменчивость
Генотипическая (наследуемая) изменчивость – это изменения генотипа.
Проявляется в виде мутаций и рекомбинаций.

Мутации
Мутации – это стойкие, наследуемые изменения генов.
Мутагены – факторы, вызывающие мутации.
Физические мутагены – температура, гама-лучи, рентгеновские лучи, УФ-лучи;
Химические мутагены – азотистая кислота, бромурацил, этилметансульфонат, акридины, нитрофураны и др.
Биологические мутагены – антибиотики, бактериофаги

Классификация мутаций
По происхождению:
спонтанные – возникают самопроизвольно без видимой причины
Индуцированные – возникают в следствие воздействия на бактерии мутагенами.
По локализации:
Нуклеоидные – изменения в бактериальной хромосоме
Цитоплазматические – изменения в плазмидах, транспозонах.
По величине:
генные – изменение одного гена
Хромосомные – изменение нескольких генов.
По характеру:
Полезные
Вредные

Генетические рекомбинации
Трансдукция – передача генетического материала от бактерии-донора бактерии-реципиенту при помощи умеренного бактериофага .
Трансформация – передача генетического материала от донора реципиенту при помощи изолированной ДНК (без непосредственного контакта клеток).
Конъюгация - это передача генетического материала от бактерии-донора к бактерии-реципиенту путем непосредственного контакта.

Диссоциация
Диссоциация – это особый вид изменчивости, характерный только для бактерий – это способность образовывать колонии двух типов – в S-форме (гладкие) и R-форме (шероховатые).

R- и S- формы колоний

6.Практическое использование изменчивости бактерий
Генная инженерия
Биотехнология
Получение вакцин, антибиотиков, витаминов и других веществ