Tema: Genetica microorganismelor 1. Conjugare, transducție, transformare. 2. Variabilitatea microorganismelor. 3. Utilizarea realizărilor în genetica bacteriană.
Aparatul ereditar al bacteriilor are o serie de caracteristici: bacteriile sunt organisme haploide, adică au 1 cromozom. În acest sens, la moștenirea trăsăturilor, nu există un fenomen de dominanță; Bacteriile au o rată mare de reproducere, în legătură cu care se înlocuiesc câteva zeci de generații de bacterii într-o perioadă scurtă de timp (zi). Acest lucru face posibilă studierea populațiilor uriașe și identificarea cu ușurință chiar și a mutațiilor rare. Aparatul ereditar al bacteriilor este reprezentat de un cromozom. Bacteriile au doar una. Cromozomul bacterian este o moleculă de ADN. Lungimea acestei molecule ajunge la 1,0 mm și, pentru a se „încadra” într-o celulă bacteriană, nu este liniară, ca la eucariote, ci este supraîncolăcită în bucle și pliată într-un inel. Acest inel la un moment dat este atașat de membrana citoplasmatică. Genele individuale sunt localizate pe cromozomul bacterian. La coli De exemplu, sunt peste 2.000 dintre ele.
2. unitati functionale genomul bacteriilor, pe lângă genele cromozomiale, sunt: secvența IS; transpozoni; plasmide. Secvențe IS (inserție - inserție, secvență - secvență în engleză) - fragmente scurte de ADN. Ele nu poartă gene structurale (care codifică o anumită proteină), ci conțin doar gene responsabile de transpoziție (capacitatea secvențelor IS de a se mișca de-a lungul cromozomului și de a se integra în diferitele sale regiuni). Secvențele IS sunt aceleași pentru tipuri diferite bacterii. Transpozonii sunt molecule de ADN mai mari decât secvențele IS. Pe lângă genele responsabile de transpunere, ele conțin și o genă structurală care codifică una sau alta trăsătură. Transpozonii (elementele Tn) constau din 2000-25000 de perechi de baze, conțin un fragment de ADN care poartă gene specifice și două elemente IS terminale. Fiecare transpozon conține de obicei gene care conferă caracteristici importante bacteriei, cum ar fi rezistența multiplă la agenți antibacterieni. În general, transpozonii sunt caracterizați prin aceleași gene ca și plasmidele (gene pentru rezistența la antibiotice, producția de toxine, enzime metabolice suplimentare). Transpozonii se deplasează ușor de-a lungul cromozomului. Poziția lor afectează expresia atât a propriilor gene structurale, cât și a celor cromozomiale vecine. Transpozonii pot exista și în afara cromozomului,
Plasmidele sunt molecule circulare de ADN supraînfăşurate. Greutatea lor moleculară variază foarte mult și poate fi de sute de ori mai mare decât cea a transpozonilor. Plasmidele contin gene structurale care inzestra celulei bacteriene cu proprietati diferite, foarte importante pentru aceasta: R-plasmide - rezistenta la medicamente; Col-plasmide - capacitatea de a sintetiza colicine; F-plasmide - pentru a transfera informații genetice; Tox-plasmide - pentru a sintetiza o toxină; Plasmide de biodegradare - distrug unul sau altul substrat etc. Plasmidele pot fi integrate în cromozom (spre deosebire de secvențele IS și transpozonii, sunt construite în zone strict definite), sau pot exista autonom. În acest caz, au capacitatea de replicare autonomă și de aceea pot exista 2, 4, 8 copii ale unei astfel de plasmide într-o celulă. Multe plasmide conțin gene de transmisibilitate și sunt capabile să fie transferate de la o celulă la alta în timpul conjugării (schimb de informații genetice). Astfel de plasmide sunt numite transmisibile.
În bacterii, există 2 tipuri de variabilitate - fenotipică și genotipică. Variabilitatea fenotipică - modificare - nu afectează genotipul, ci afectează majoritatea indivizilor din populație. Modificările nu sunt moștenite și se estompează în timp, adică revin la fenotipul original după un număr mai mare (modificări pe termen lung) sau mai puțin (modificări pe termen scurt) de generații. h Variabilitatea genotipică afectează genotipul. Se bazează pe mutații și recombinări. Mutațiile bacteriilor nu sunt fundamental diferite de mutațiile din celulele eucariote. O caracteristică a mutațiilor bacteriilor este relativa ușurință a detectării lor, deoarece este posibil să se lucreze cu populații mari de bacterii. După origine, mutațiile pot fi: spontane; induse. După lungime: punctat; genetic; cromozomiale. După direcție: drept; - invers.
Recombinarea (schimbul de material genetic) la bacterii diferă de recombinarea la eucariote: bacteriile au mai multe mecanisme de recombinare; în timpul recombinărilor în bacterii, nu se formează un zigot, ca la eucariote, ci un merozigot (transportă informația genetică completă a primitorului și o parte din informația genetică a donatorului sub formă de supliment); într-o celulă recombinată bacteriană, se modifică nu numai calitatea, ci și cantitatea informațiilor genetice.
Conjugarea În bacterii, o metodă de transfer de material genetic de la o celulă bacteriană la alta. În acest caz, două bacterii sunt conectate printr-o punte subțire, prin care un segment al filamentului dezoxiribo trece de la o celulă (donator) la alta (recipient). acid nucleic(ADN). Proprietățile ereditare ale primitorului se modifică în funcție de cantitatea de informații genetice conținute în bucata de ADN transferată.
Conjugare Conjugare (din latină conjugatio - conexiune), proces parasexual - transfer unidirecțional al unei părți din materialul genetic (plasmide, cromozom bacterian) cu contact direct a două celule bacteriene. Deschis în 1946 de J. Lederberg și E. Taitem. Are mare importanțăîn natură, deoarece favorizează schimbul de trăsături utile în absenţa unui adevărat proces sexual. Dintre toate procesele orizontale de transfer de gene, conjugarea permite transferul de cel mai mare număr informația genetică.
Conjugarea este schimbul de informații genetice în bacterii prin transferul acesteia de la un donator la un receptor în timpul contactului lor direct. După formarea unei punți de conjugare între donor și primitor, o catenă a ADN-ului donor intră prin ea în celula primitoare. Cu cât contactul este mai lung, cu atât mai mult din ADN-ul donatorului poate fi transferat destinatarului. Pe baza întreruperii conjugării la anumite intervale, este posibil să se determine ordinea genelor de pe cromozomul bacteriilor - pentru a construi hărți cromozomiale ale bacteriilor (pentru a mapa bacteriile). Celulele F+ au o funcție de donor.
Transducție Esther Lederberg a reușit să izoleze bacteriofagul lambda, un virus ADN, din Escherichia coli K 12 în 1950. Descoperirea reală a transducției este asociată cu numele lui Joshua Lederberg. În 1952, împreună cu Norton Zinder, au descoperit transducția totală. În 1953, Lederberg și colab., au arătat existența transducției abortive, iar în 1956, a transducției specifice.
Transducția este schimbul de informații genetice în bacterii prin transferul acesteia de la un donator la un receptor cu ajutorul bacteriofagelor moderati (transductori). Fagii transductori pot purta 1 sau mai multe gene (trăsături). Transducția are loc: specific - aceeași genă este întotdeauna transferată; nespecifice - se transmit diferite gene. Acest lucru se datorează localizării fagilor transductori în genomul donorului: în cazul transducției specifice, aceștia sunt întotdeauna localizați în același loc pe cromozom; la nespecifice localizarea lor este schimbătoare.
Orez. 2. Transducție 1 - bacterie - donor (B+), 2 - fag, 3 - reproducere, 4 - adsorbție, 5 - bacterie - receptor (B-), 6 - bacterie - receptor cu o nouă proprietate.
Transformarea este schimbul de informații genetice în bacterii prin introducerea unui preparat ADN gata preparat (preparat special sau izolat direct dintr-o celulă donatoare) în celula bacteriană primitoare. Cel mai adesea, transferul de informații genetice are loc atunci când receptorul este cultivat pe un mediu nutritiv care conține ADN-ul donatorului. Pentru perceperea ADN-ului donatorului în timpul transformării, celula primitoare trebuie să se afle într-o anumită stare fiziologică (competență), care se realizează prin metode speciale de procesare a populației bacteriene sau apare spontan. În timpul transformării, sunt transmise semne unice (de obicei 1). Transformarea este cea mai obiectivă dovadă a asocierii ADN-ului sau a fragmentelor sale cu una sau alta trăsătură fenotipică, deoarece în celula primitoare este introdus un preparat ADN pur.
Orez. 3. Transformarea tulpinii capsulare a bacteriilor (1) în timpul însămânțării dă creștere (6). După fierberea acestei culturi, nu există creștere (7). Rezultatul unui astfel de experiment cu o tulpină fără capsule (4 -creștere +, 8 -creștere -) este similar. Combinarea într-un singur recipient a extractului de manioc (1) și a culturii vii a tulpinilor necapsulare (3), urmată de însămânțare, dă creșterea tulpinii capsulare (5).
Proprietățile celulelor coloniilor Forme S și R Forma S Forma R Coloniile sunt aspre, opace, cu margini neuniforme, adesea încrețite Flagelele sunt adesea absente Capsule sau stratul mucos este absent Biochimic mai puțin activ Puțin virulent sau avirulent Defect antigenic Slab sensibil la fag Suspensia se așează rapid, sediment fărâmicios, celule polimorfe Colonii transparente, cu suprafața netedă și lucioasă, rotunde, cu margini netede, convexe Speciile mobile au flageli Speciile capsulare au o capsulă sau un strat mucos clar vizibil Biochimic mai active Proprietăți virulente sunt exprimate la speciile patogene Antigen complet Sensibil la fagi Celule în suspensie în ser fiziologic, celule omogene, stabile, de dimensiune normală
Transformare - o modificare a proprietăților ereditare ale unei celule ca urmare a pătrunderii sau introducerii artificiale a ADN-ului străin în ea. Natura factorului de transformare a fost stabilită de Avery și McLeod în 1944. Este posibil să se transforme doar acele bacterii în ale căror celule pot pătrunde ADN-ul cu molecule înalte, dublu catenar (intact). Capacitatea de a absorbi ADN-ul este o competență și depinde de starea fiziologică a celulei. ADN-ul poate fi preluat în timpul unei anumite faze scurte de modificare a suprafeței celulare. Cu ajutorul ADN-ului se pot transmite astfel de trasaturi ca: formarea capsulei, sinteza in-in, activitate enzimatica, rezistenta la otravuri, antibiotice .. Orice ADN poate patrunde intr-o celula competenta, dar numai ADN-ul unei specii inrudite se poate recombina. . Conjugare - transfer de material genetic prin contact direct între 2 celule. Investigat de Lederberg și Tatum în 1946 pe mutanții E. coli. Un mutant avea nevoie de aminoacizi A și B, dar era capabil să sintetizeze Cu D, al doilea era competent pentru aceasta (A-B-C+D+). Acești mutanți nu au crescut și nu au format colonii pe un mediu nutritiv minim, dar dacă i s-a adăugat o suspensie din ambii mutanți, au apărut colonii. Celulele acestor colonii au avut o capacitate ereditară de a sintetiza toți aminoacizii (A + B + C + D +) Aici, conjugarea servește ca o condiție prealabilă pentru recombinare. În studiul bacteriilor, s-a constatat că capacitatea unei celule de a fi donator este asociată cu prezența factorului F (celule F + care nu conțin factorul - F- și pot funcționa ca receptor) - a plasmidă, o moleculă de ADN circulară, dublu catenară. Acea. celulele primitoare devin donatoare ca urmare a conjugării, iar trăsăturile cromozomiale nu sunt transmise. Plasmida F determină formarea de fimbrie/F-pili genitale pe celulă, care servesc pentru recunoaștere la contactul dintre celula donoră și celula primitoare și fac posibilă formarea unei punți prin care ADN-ul trece în celulă. Conjugarea este comună la enterobacterii, procariote. transducție - transferul pasiv al genelor bacteriene de la o celulă la alta de către particule bacteriofage, ceea ce duce la o modificare a proprietăților ereditare ale celulei. Există 2 tipuri de transducție: a) Nespecifică - în care orice fragment din ADN-ul gazdei poate fi transferat (ADN-ul celulei gazdă este inclus în particula de fag / către propria genă / în locul acesteia); b) Specific - un fragment de ADN strict definit poate fi transferat; unele gene fagice sunt înlocuite cu gene gazdă). În ambele cazuri, fagii sunt defecte; pierde capacitatea de a liza celula.
38. Factori de rezistență (factori r). proprietățile plasmidelor. Transpozonii.
1. rezistenţă- org-mov rezistent la orice antigen. Au fost descoperite bacterii rezistente la anumite antibiotice. În anii 50 în Japonia (agenți cauzatori ai dezinteriei. Observați multiplicitatea bact. dezinteriei și aceasta poate duce la alte bacterii. Factorii R conțin gene care fac ca celula să fie rezistentă la anumite antibiotice. Unii factori R provoacă rezistență imediată la 8 antibiotice. , și alte R-ph ne dau capacitatea de a metale grele (mercur, nichel, cadmiu) R-plasmida poartă 2 grupe de gene: 1) genă responsabilă de transferul plasmidei prin conjugare (tra ) și sunt arr. deci -numiți „factori de transfer de rezistență (RTF), 2) gene care.determină rezistența în sine și ele comp. Constă doar într-o mică parte din plasmidă.
RTF include toate genele responsabile de transferul factorului R de la celulă la celulă, care se realizează prin conjugare. Adică, atât factorul R, cât și factorul F sunt infecțioși. Este posibil transferul factorului R între mai multe genuri diferite de bacterii, ceea ce contribuie la distribuția lor ulterioară. Modificarea chimică enzimatică a antibioticelor este principala cauză a ingestiei din cauza plasmidelor. De exemplu, kanamicina și neomicină au fost supuse fosforilării, în timp ce pinpicina a fost inactivată de penicilinază. poz. Atunci când sunt disponibile Factori R, recombinarea genetă este posibilă, apoi poate apărea o nouă combinație de gene, care va da proprietăți suplimentare. Factorii R sunt de mare importanță pentru chimioterapie.
2. Bacteriocine. Multe bact.proteine de sinteza, Yukotor. Uciderea speciilor sau tulpinilor înrudite sau inhibarea creșterii acestora. Aceste proteine se numesc bacteriocine. Sunt un codificator. Plasmide.speciale, care.sunt.numiți.factori.bacteriocinogene. Bacteriocinele au fost izolate din Esrichia coli (colicine) și alte bacterii. Denumirea bacteriocinelor este dată în funcție de forma producătoare a bacteriilor, de exemplu, stafilococii produși de stafilocine. anorganice, ucigătoare, bacterii, numite antiseptice.
3. Altă recunoaștere, definită de plasmide. Plasmidele pot conține gene care provoacă un număr de biol specific. Genele enzimelor necesare pentru descompunerea campyforei, acidului salic și a altor substraturi esențiale pot fi găsite în plasmide. Lista sv-in, moștenită cu plasmide, înseamnă și include: fixarea azotului, arr-e de noduli, absorbția zaharurilor, sinteza hidrogenazei etc. Unele dintre aceste sv-in pot fi definite prin gene bacteriene. Cromozomi (schimb de gene m-du cromozom și plasmidă). Plasmidele au jucat un rol important în evoluția procariotelor.
4. Incompatibilitate. Multe bact.conținut.plasmide de diferite dimensiuni. Prezența diferitelor plasmide într-o celulă indică faptul că astfel de plasmide sunt compatibile între ele. Dar 2 plasmide înrudite nu pot coexista în aceeași celulă, sunt incompatibile. Toate plasmidele celelalte din grupul de incompatibilități: plasmide, raportate la același grup de incompatibilități.
transpozoni - acesta este ultimul din ADN, care este capabil să fie integrat în multe părți ale genomului și se poate „transfera” de la plasmidă la cromozom bact., la o altă plasmidă. Transpazonii conțin gene care definesc semnele externe, și anume, sunt rezistenți la astfel de antibiotice precum pinic, tetraciclină etc. În acest sens, sunt mai ușor de detectat decât IS - El-you (ADN străin, reprezentat de .o serie insertivă de întâlniri). în bact.cromozomi şi plasmide.). Pe ambele părți ale genelor, locul care se află în interiorul transpozonului este situat 2 în aceeași secvență, care poate merge în aceleași direcții sau în direcții opuse. Aceste repetări ale bazelor ADN sunt parțial identice cu IS - El-tami.
41. Evoluția m/s.
Celulele tuturor viețuitoarelor, de la formele primitive la cele extrem de organizate, constau din aceleași elemente structurale și folosesc aceleași mecanisme pentru obținerea energiei și creșterea. Aceasta este unitatea biochimică a tuturor organismelor vii. În procesul de evoluție a avut loc formarea și formarea diferitelor forme de viețuitoare. Pentru procesul de evoluție a vieții, este necesar să ne imaginăm ce condiții au fost pe Pământ, în care generarea spontană a vieții s-a dovedit a fi posibilă. În ultima perioadă de după formarea Pământului, pe acesta au avut loc procese biologice active, care i-au schimbat aspectul și au dus la formarea scoarței terestre, a hidrosferei și a atmosferei. Când materia organică s-a acumulat pe Pământ în cantități mari => au apărut condiții în care ar putea avea loc o tranziție de la evoluția chimică la apariția primelor ființe vii care se reproduc pe sine. Este caracteristic celulei vieții că apare întotdeauna sub forma anumitor structuri, care sunt izolate spațial de mediul exterior, dar interacționează constant cu aceasta sub forma unor sisteme deschise. El a presupus că următoarea etapă a evoluției pe calea apariției vieții a fost formarea unei anumite organizări structurale - compuși organici sintetizați abiogen. Aveau o formă sferică, un diametru de 0,5-7 microni, semănau cu formele cocoide ale bacteriilor, conțineau proteinoide și aveau o anumită stabilitate. La colorarea cu grame, s-a constatat că microsferele s-au format din proteinoizi acizi - gr-, iar proteinele principale - gr +. Această etapă este o etapă de tranziție de la evoluția chimică la cea biologică, iar modelul rezultat poate fi definit ca selecție naturală prebiologică. În viitor, el a sugerat că primele procariote, pisica, ar putea apărea în corpurile de apă unde existau multe substanțe organice în insule erau organisme care există datorită fermentației și aveau principalele funcții ale metabolismului anaerob. Dacă presupunem că sulfații au fost prezenți și în corpurile de apă, atunci următoarea etapă de evoluție este transportul eficient al electronilor cu crearea unui potențial de protoni ca sursă de energie pentru regenerarea ATP. În plus, s-a demonstrat experimental că, în stadiul inițial al evoluției, procariotele se puteau reproduce și transmite informații descendenților lor fără participarea acizilor nucleici. Pentru evoluția ulterioară a procariotelor a fost necesar să se creeze un aparat special care să asigure reproducerea exactă a polipeptidelor. Acest lucru a condus la formarea unui nou mecanism de sinteză - sinteza șablonului, care se bazează pe utilizarea proprietăților polinucleotidelor. Proprietatea moleculelor polinucleice este capacitatea de a se reproduce cu acuratețe, pe baza principiului complementarității structurale.
Principalul eveniment în evoluție: trecerea de la o atmosferă reducătoare primară la o atmosferă care conține oxigen. Bacteriile au un nou tip de metabolism - respirația aerobă, care a devenit posibilă ca urmare a transformării citocromilor în oxidaze terminale, folosind molecule de O 2 ca acceptor de electroni. Se presupune că în urmă cu 2 miliarde de ani toate procariotele fototrofe existau deja, pisica este cunoscută și acum. Procariotele au ocupat inițial multe nișe ecologice diferite, dar apoi au cedat treptat locul eucariotelor. Dezvoltarea diverselor tipuri diferite metabolismul la procariote s-a datorat unei celule structurale simple, unui sistem de reglare foarte dezvoltat, creșterii rapide și prezenței mai multor mecanisme de transfer de gene.
42.PATOGEN MICROORG ȘI IMUNITATE.
Imunitatea ne protejează de agenții infecțioși: bacterii, viruși și protozoare, adică protejează organismul de tot ce este străin.
Infecția este dificilă proces biologic care rezultă din pătrunderea microbilor patogeni în organism și încălcarea constanței mediului său intern.
Patogenitatea este capacitatea unui microbi dintr-o anumită specie, în condiții adecvate, de a provoca o boală infecțioasă caracteristică acesteia. Prin urmare, patogenitatea este o trăsătură a speciei.
În mediul natural, există poluanți biologici care provoacă diverse boli la oameni. Aceștia sunt agenți patogeni, viruși, helminți, protozoare. Ele pot fi în atmosferă, apă, sol, în corpul altor organisme vii, inclusiv în persoana însăși.
Cei mai periculoși agenți patogeni ai bolilor infecțioase. Au stabilitate diferită în mediu. Unii sunt capabili să trăiască în afara corpului uman doar câteva ore; fiind în aer, în apă, pe diverse obiecte, mor repede. Alții pot trăi în mediu de la câteva zile la câțiva ani. Pentru alții, mediul este un habitat natural. Pentru al patrulea - alte organisme, cum ar fi animalele sălbatice, sunt un loc de conservare și reproducere.
Adesea, sursa de infecție este solul, care este în mod constant locuit de agenți patogeni ai tetanosului, botulismului, cangrenei gazoase și unele boli fungice. Pot pătrunde în corpul uman dacă pielea este deteriorată, cu alimente nespălate sau dacă sunt încălcate regulile de igienă.
|
Antibiotice tipice |
Producătorii |
Pe cine afectează |
Mecanism de acțiune |
Dificultăți în aplicarea terapeutică |
|
Peniciline, cefalosporine |
Genuri de ciuperci Renicillium, Cephalosporum |
Bacteriile Gram-pozitive și Gram-negative |
Încălcarea sintezei peretelui celular |
reactii alergice |
|
Streptomicina, gentamicina, kanamicina, tobramicina, amikacina |
Actinomicete din gen Streptomyces, bacterii de la naștere Micromonospora. Bacil lus |
Inhibarea ireversibilă a sintezei proteinelor |
Efect toxic asupra nervului auditiv și rinichilor |
|
|
Antibioticele cu același nume |
Actinomicete din gen Streptomyces |
Bacterii gram-pozitive și gram-negative, rickettsia, chlamydia, protozoare |
Inhibarea reversibilă a sintezei proteinelor |
Răspândirea tulpinilor rezistente |
|
Antibacterian: eritromicină Antifungic și antiprotozoar: poliene |
Actinomicete din gen Streptomyces De asemenea |
Bacteriile Gram-pozitive Ciuperci, unele protozoare |
Ruptura membranei plasmatice |
Toxicitate |
|
Polimixine, gramicidine, bacitracine |
Diverse microorganisme |
Mai ales bacterii Gram-negative |
Mecanismul de acțiune este diferit |
Toxicitate ridicată |
Recombinări genetice- redistribuirea materialului genetic al părinților la descendenți, ceea ce determină variabilitatea combinativă a organismelor. Ele apar cu participarea enzimelor în genele individuale.
Conjugarea - transfer de material genetic de la o celulă donatoare la o celulă primitoare prin contact apropiat. Donatorii de material genetic sunt celulele care poartă plasmida F. Celulele bacteriene lipsite de plasmida F sunt primitoare.
Prima etapă a conjugării este atașarea celulei donatoare la primitor folosind vilozități genitale. Între celule se formează o punte de conjugare, prin care plasmida F este transferată de la celula donoră la celula primitoare.
Dacă plasmida F este introdusă în cromozomul unei bacterii, o catenă de ADN se rupe cu participarea unei endonucleaze. Capătul proximal al ADN-ului pătrunde în celula primitoare prin puntea de conjugare și este imediat completat la o structură dublu catenară. Firul rămas în celula donatoare este o matrice pentru sinteza celui de-al doilea fir.
Transformare- transferul direct al materialului genetic al donatorului către celula primitoare. Transformarea are loc efectiv numai între bacterii din aceeași specie cu genotipuri diferite.
Celulele care pot accepta ADN donator sunt numite competente. Starea de competență apare în timpul creșterii celulare și coincide cu sfârșitul fazei logaritmice.
Fragmentele de ADN dublu catenar cu o greutate moleculară de cel puțin 0,5-1x106 au activitate de transformare
Procesul de transformare este format din faze:
1) adsorbția ADN-ului donor pe celula primitoare,
2) pătrunderea ADN-ului în celula primitoare cu despiralizare ulterioară,
3) conectarea unei catene de ADN cu o regiune omoloagă a cromozomului receptorului.
transducție - transfer de material genetic de la o bacterie la alta prin intermediul fagilor. Distinge:
1) transducție nespecifică– când orice genă donatoare este transferată în celula primitoare împreună cu ADN-ul fagului. Fragmentul de ADN al bacteriei donatoare transferat de către fag poate fi încorporat în regiunea ADN omoloagă a celulei primitoare prin recombinare. Fagul transducător este doar un purtător de material genetic de la o bacterie la alta, iar ADN-ul fagului în sine nu participă la formarea recombinanților,
2) transducție specifică. fagul transferă gene specifice de la bacteria donatoare la bacteria primitoare. Când fagii transductori interacționează cu celulele tulpinii primitoare, gena bacteriei donatoare, împreună cu ADN-ul fagului defect, este încorporată în cromozomul bacteriei primitoare.
3) avortiv- cand fragmentul de ADN al bacteriei donatoare adus de fag nu este inclus in cromozomul bacteriei primitoare, ci este localizat in citoplasma acesteia si poate functiona sub aceasta forma. În timpul diviziunii unei celule bacteriene recombinante, fragmentul de ADN donator adus este transferat doar la una dintre celulele fiice și dispare în timp.
Subiectul 6: Doctrina infectiei. Medicamente chimioterapeutice. Antibiotice.
Întrebări pentru auto-studiu:
1. Infecție. Condiții de apariție și modalități de transmitere a agentului patogen.
2. Forme de infecție și caracteristicile acestora.
3. Perioade de boală infecțioasă.
4. Caracterizarea toxinelor bacteriene.
5. Antibiotice: clasificare, utilizare, complicații la administrarea antibioticelor.
6. Metode de determinare a sensibilității microorganismelor la antibiotice.
7. Cele mai importante grupe de medicamente chimioterapeutice și mecanismele lor de acțiune.
Material teoretic pentru autoformare :
Data adaugarii: 2015-09-03 | Vizualizari: 888 | încălcarea drepturilor de autor
| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 21 | | | | | | | | | | | |
infecție de digestie microbiană
Recombinarea este procesul de schimb de material genetic prin ruperea și unirea diferitelor molecule. Recombinarea are loc pentru a repara rupturile duble catenare ale ADN-ului și pentru a continua replicarea atunci când furculița de replicare se oprește în eucariote, bacterii și arhee. Virușii se pot recombina între moleculele de ARN ale genomului lor.
Recombinarea la eucariote are loc de obicei în timpul încrucișării în timpul meiozei, în special în timpul formării spermatozoizilor și a ouălor la animale. Recombinarea, împreună cu replicarea ADN-ului, transcripția ARN și translatarea proteinelor, aparține recombinării omoloage fundamentale timpurii.
Recombinare omologa
Clasificarea tipurilor de recombinare omoloagă: alelică, ectopică și homeologă; reciprocă (încrucișare) și non-reciprocă (conversie genetică).
recombinare reciprocă. Ideile timpurii despre natura încrucișării: ipotezele „break and join” și „copie selectivă”. Experimentele lui Meselson privind demonstrarea mecanismului de „ruptură și conectare”. Dezvoltarea abordărilor metodologice pentru studiul mecanismelor moleculare de recombinare. Două etape ale formării ADN-ului recombinant: „articulație” și molecule recombinate primare.
Controlul genetic al recombinării omoloage la bacteriofagi. Sistemul roșu la bacteriofag l. Exonucleaza l. Sistemul Orf. Bacteriofagul T4: rolul genelor 30, 32, 43, 46, 47, 49 și uvsX. Enzimologia reacțiilor de recombinare: endo- și exonucleaze, ADN polimerază, ADN ligază, proteină UvsX, proteină SSB și alte proteine. Procese de „deplasare a firelor”, formare a buclei D, „migrare a ramurilor”, corecție heteroduplex. Principalele etape ale încrucișării sunt presinapsia, sinapsa și postsinapsia. Încrucișarea tiparelor la bacteriofagi. Generalitatea proceselor de recombinare și reparare a ADN-ului.
Modele de bază ale recombinării omoloage. Model de vacanta. Model de fundal, esență, valoare. Dezvoltarea modelului în studiile ulterioare, sa de ultimă oră. Modelul Meselson-Reading. Un model de reparare a ruperii duble-catenari (DNR) a ADN-ului în drojdie (Zhostak și colab.), așa cum este aplicat încrucișării și conversiei.
Recombinarea în timpul transformării ADN-ului cromozomial în bacterii. parametrii de recombinare. Dimensiunile fragmentelor integrabile de ADN donator. Cinetica și eficiența transformării. Dovezi pentru integrarea fragmentelor monocatenar ale ADN-ului donor. Controlul genetic și principalele etape ale procesului de transformare la Bacillus subtilis și Streptococcus pneumoniae. Complex donator-recipient. Controlul genetic și mecanismul recombinării în timpul transformării în Haemophilus influenzae. Transformozom.
Recombinarea în timpul conjugării în Escherichia coli. Caracterizarea transferului de conjugare ADN. Mecanisme de integrare a ADN-ului donor în cromozomul celulei primitoare.
Controlul genetic al recombinării omoloage la E. coli. Gene implicate în presinapsie: recA, recB, recC, recD, recE, recJ etc. Efectul pleiotrop al mutațiilor recB și recC. Nucleaza RecBCD dependentă de ATP, activitățile sale, mecanismele de acțiune și rolurile în diferite procese genetice. Site-ul Chi ca punct fierbinte de recombinare. Universalitatea nucleazelor dependente de ATP pentru bacterii. Gene care controlează procesul de sinapse: recA, recF, recO, recR, ssb etc. Proprietăți ale mutanților recA. Proteina RecA, caracteristicile sale. Reacții catalizate de proteina RecA, rolul ei cheie în primele etape ale procesului de încrucișare: presinapsis și sinapsis. Natura sinapselor în recombinarea omoloagă. Filamentele de ADN RecA, structura și funcțiile lor în recombinare. Schema de încrucișare în E. coli care implică nucleaza RecBCD și proteina RecA. Omologi RecA în alte organisme procariote și eucariote. Rolul proteinei SSB. Gene post-synapsis: ruvA, ruvB, ruvC, recG și produsele lor. Rolul în implementarea migrației semi-chiasmei lui Holliday și în rezolvarea acesteia.
Mutații supresoare în sbcA, sbcB, sbcC și sbcD. Exonucleazele I și VIII. nucleaza SbcCD. Trei căi de recombinare a ADN-ului cromozomial în E. coli K-12 conform Clark: RecBCD, RecF și RecE, caracteristicile lor. Rolul căilor RecF și RecE în recombinarea omoloagă a plasmidelor.
Caracteristicile procesului de trecere la eucariote. Traversare meiotică. Rolul complexului sinaptonemal. Controlul genetic al recombinării meiotice. Diversitatea proteinelor de tip RecA (recombinaze) la eucariote.
Încrucișarea mitotică: relația dintre recombinarea reciprocă și non-reciprocă. Încrucișarea în celulele G1. Diferențele în controlul genetic al încrucișării meiotice și mitotice la drojdiile zaharomicete.
Puncte fierbinți de recombinare la eucariote. Rolul ADN-ului DNR în inițierea încrucișării meiotice și mitotice.
Repararea recombinațională a DNR în ADN-ul cromozomial și plasmidic din drojdie. Control genetic și o varietate de mecanisme: modelul Zhostak și colab. și modificările acestuia, „ruperea și copierea”, „recoacerea catenelor complementare de ADN” („recoacere cu un singur caten”), mecanisme de „ligare dependentă de omolog”.
Recombinarea ectopică, controlul său genetic, mecanismele moleculare și semnificația biologică.
Conversia genei (corecția heteroduplexului de recombinare). Nereciprocitatea recombinării intragenice. Ipoteza de corecție a nepotrivirii (Hallyday). Control genetic și modalități de corectare a heteroduplexelor în E. coli. Sisteme pentru repararea bazelor nepereche cu formarea și formarea de goluri extinse în heteroduplex. Sistemul Mut HLSU, caracteristicile sale. Model molecular de corecție heteroduplex cu participarea sistemului MutHLSU. Conservatorismul evolutiv al proteinelor MutL și MutS. Rolul proteinelor MutL și MutS în procesele de corecție a bazelor greșite și în reglarea recombinării homeologe. Nepotrivirea sistemelor de corecție la E. coli cu formarea și umplerea lacunelor scurte. Corectarea heteroduplexurilor în timpul transformării bacteriene, controlul său genetic (sistemul Hex), influența asupra rezultatelor cartografierii genetice. Corecție și interferență negativă ridicată.
Conversia genelor la eucariote. Analiza tetradă a încrucișărilor interalelice. Tipuri de caiete. Polaritatea de conversie, cauzele acesteia. Coconversie. Lungimea secțiunii de conversie. Problema relației dintre conversia meiotică și recombinarea reciprocă a markerilor de flanc. Conversia genei alelice mitotice. Conversie ectopică meiotică și mitotică. Schimbarea loci MAT la drojdiile homotalice. Controlul genetic al conversiei genelor la ecariote folosind drojdii și oameni ca exemple. Omologi eucariote ai proteinelor bacteriene MutL și MutS - familii de proteine PMS, MHL, MHS etc., funcțiile lor în recombinare și alte procese celulare. Complexitatea sistemelor de corecție a nepotrivirii la eucariote bazate pe participarea diverșilor omologi ai proteinelor bacteriene MutL și MutS.
Rolul conversiei în evoluție și ontogenie. Relația dintre procesele de încrucișare și de conversie în diferite sisteme genetice. Procese de conversie care au loc independent de crossover.
Procese de recombinare care nu necesită omologie pentru sinapsă
Recombinare specifică site-ului. Distribuția sistemelor de recombinare specifică locului în procariote și eucariote, funcțiile acestora. Topoizomerazele specifice ale locului de tip I ca proteine cheie ale recombinării specifice locului în bacteriofagi, bacterii și drojdii. Cele două familii de topoizomeraze I site-specifice sunt integraze și rezolvaze.
Recombinarea specifică locului în timpul integrării și exciziei fagului l. Schema lui Campbell. Diferențele dintre hărțile genetice ale fagului vegetativ și ale profagului. Structura site-urilor attP și attB. Sistem int. Proteina int ca reprezentant al familiei integrazelor. proteina E.coli IHF. Intasoma. Model molecular de integrare și excizie a fagilor l. Alinierea antiparalelă a locurilor att în timpul sinapsei. Natura sinapsei în recombinarea specifică locului.
Inversări ale ADN-ului specifice locului în bacteriofagi și bacterii (sistem Din) și în drojdie. Proteinele cheie de recombinare sunt invertazele ca membri ai familiei resolvas. Amplificatori de recombinare pentru inversiuni specifice site-ului. Proteine Fis E.coli. Invertasome. Model molecular de recombinare realizat prin rezoluvaze. Rolul inversiilor specifice site-ului în reglarea expresiei genelor.
Transpuneri ale elementelor genetice mobile. Transpoziții la procariote. Elemente genetice mobile: elemente IS, transpozoni (Tn), fagi Mu. Structura elementelor în mișcare. Funcții controlate de diferite elemente în mișcare. Transpoziza. Participarea proteinelor celulei gazdă în transpunere. Problema specificității integrării unui element mobil într-o țintă ADN. Generalitatea reacțiilor care alcătuiesc procesele de transpunere în diferite tipuri de elemente mobile ale procariotelor și eucariotelor.
Organizarea genetică a transpozonilor simpli din familia Tn3. genele tnpA și tnpR, produsele lor. Transpunerea replicativă, două etape ale procesului. Modelul molecular al lui Shapiro. Controlul genetic și mecanismul molecular al transpoziției nereplicative în transpozonii complecși Tn5, Tn9 și Tn10. Control genetic și mecanisme de transpunere în fagul Mu. Transpozom.
Transpozonii conjugativi ai bacteriilor gram-pozitive și gram-negative, clasificarea lor. Control genetic și mecanisme de transpunere. semnificație biologică.
Elemente genetice mobile ale eucariotelor (drojdie, plante, Drosophila, mamifere). Clasificarea elementelor mobile eucariote. Elemente cu structură de tip procariot. Retrotranspozonii de tip I în drojdii, plante și animale, structura acestora, control genetic și mecanism de transpunere, clasificare. Retrotranspozoni de tip II: caracteristici structurale, distribuție, mecanism de transpunere.
Efecte genetice cauzate de elementele mobile la procariote și eucariote: modificări ale expresiei genelor, mutații genetice, rearanjamente cromozomiale, disgeneza hibridă. Participarea elementelor mobile la organizarea structurii cromozomilor. Rolul în ontogeneza organismelor vii și în evoluția materialului genetic. Elementele mobile ca instrument de cercetare genetică.
recombinare ilegală. Gama de fenomene atribuibile recombinării ilegale. Recombinare neomoloagă în bacterii catalizate de ADN-girază. Model molecular (Ikeda). Recombinare neomoloagă care implică protein kinaza dependentă de ADN la vertebrate. Rol în repararea rupurilor duble catenare, integrarea ADN-ului exogen în cromozomi și rearanjarea secvențelor de ADN de imunoglobuline.
Rearanjamente programate de recombinare a materialului genetic în ontogenie
Unirea părților deconectate ale genelor folosind recombinarea specifică locului în timpul sporulării în Bacillus subtilis și în timpul formării heterochisturilor în cianobacteriile filamentoase. Rearanjarea materialului genetic în timpul formării macronucleului în ciliați ciliați. Diminuarea cromatinei la un număr de reprezentanți ai nevertebratelor.
Recombinarea specifică locului la vertebrate implicate în rearanjarea secvențelor de ADN imunoglobulinei. Structura moleculelor de imunoglobuline. Organizarea și structura secvențelor de ADN implicate în formarea genelor care codifică imunoglobuline. Rolul produselor genelor RAG1 și RAG2. Mecanismul recombinării specifice locului în timpul andocării segmentelor de codificare ale genelor imunoglobulinei. Participarea altor procese genetice la formarea genelor de imunoglobuline: recombinare omoloagă (încrucișare mitotică ectopică, conversie mitotică ectopică), recombinare ilegală, hipermutageneză, splicing alternativ. Limitarea acestor procese la anumite etape de diferențiere a limfocitelor B.
Transformarea este procesul de absorbție de către o celulă a unui organism a unei molecule de ADN liber din mediu și de încorporare a acesteia în genom, ceea ce duce la apariția într-o astfel de celulă a unor noi trăsături ereditare caracteristice organismului donator de ADN. Uneori, transformarea este înțeleasă ca orice proces de transfer orizontal al genelor, inclusiv transducția, conjugarea etc.
Transformarea procariotelor
În orice populație, doar o parte din bacterii este capabilă să absoarbă moleculele de ADN din mediu. Starea celulelor în care acest lucru este posibil se numește stare de competență. De obicei, numărul maxim de celule competente este observat la sfârșitul fazei de creștere logaritmică.
În starea de competență, bacteriile produc o proteină specială cu greutate moleculară mică (factor de competență) care activează sinteza autolizinei, endonucleazei I și proteinei de legare a ADN-ului. Autolizina distruge parțial peretele celular, ceea ce permite ADN-ului să treacă prin el și, de asemenea, reduce rezistența bacteriilor la șocul osmotic. Intr-o stare de competenta scade si intensitatea globala a metabolismului. Este posibilă aducerea artificială a celulelor într-o stare de competență. Pentru aceasta, mediile cu conținut ridicat de calciu, cesiu, ioni de rubidiu, electroporație sau celulele receptoare sunt înlocuite cu protoplaste fără pereți celulari.
Eficiența transformării este determinată de numărul de colonii crescute pe o placă Petri după adăugarea a 1 μg de ADN plasmid supercoiled la celule și însămânțarea celulelor pe un mediu nutritiv. Metode moderne permit realizarea eficientei 106--109.
ADN-ul absorbit ar trebui să fie dublu catenar (eficiența transformării ADN-ului monocatenar este cu ordine de mărime mai mică, dar crește oarecum cu mediu acid), lungimea sa este de cel puțin 450 de perechi de baze. pH-ul optim pentru ca procesul să aibă loc este în jur de 7. Pentru unele bacterii (Neisseria gonorrhoeae, Hemophilus), ADN-ul care trebuie absorbit trebuie să conțină anumite secvențe.
ADN-ul este adsorbit ireversibil pe o proteină de legare a ADN-ului, după care una dintre fire este tăiată de endonuclează în fragmente de 2-4 mii de perechi de baze și pătrunde în celulă, a doua este complet distrusă. Dacă aceste fragmente au un grad ridicat de omologie cu unele regiuni ale cromozomului bacterian, aceste regiuni pot fi înlocuite de ele. Prin urmare, eficiența transformării depinde de distanța evolutivă dintre donator și primitor. Durata totală a procesului nu depășește câteva minute. Ulterior, în timpul diviziunii, ADN-ul construit pe baza catenei originale de ADN intră într-o celulă fiică și în cealaltă celulă bazată pe catena cu fragmentul străin inclus (clivaj)
Transformarea celulelor eucariote folosind cationi polimerici sintetici
Livrarea acizilor nucleici străini în celulele intacte sau transformare, stă la baza multor metode Inginerie genetică. Transportul genelor funcționale în țesuturi poate face posibilă corectarea deficiențelor genetice și a mutațiilor care au ca rezultat patologii ereditare severe sau tumori canceroase. Dezvoltat în prezent întreaga linie metode de introducere a ADN-ului în celule, dintre care cele mai frecvente sunt precipitarea cu fosfat de calciu sau dietilaminoetil-dextran (DEAE-dextran), electroporarea, microinjectarea, încorporarea ADN-ului în învelișul reconstruit al virusurilor sau lipozomilor (vezicule lipidice cu membrană artificială).
În ciuda diversității acestor metode, căutarea unor noi modalități de transformare a celulelor pro- și eucariote continuă. Pe de o parte, acest lucru se datorează necesității de a crește eficiența transformării, pe de altă parte, metodele enumerate mai sus sunt aplicabile doar unui număr limitat de linii celulare și sunt ineficiente atunci când se încearcă introducerea ARN-ului în celule. În cele din urmă, majoritatea acestor abordări nu pot fi utilizate pentru transformarea genetică in vivo.
Ca purtători ADN sunt utilizați vectori retrovirali, vectori bazați pe virusuri care conțin ADN și HIV, lipozomi pe bază de lipide cationice și cationi polimerici de legare la ADN. Utilizarea polimerilor sintetici ca purtători de ADN are o serie de avantaje: ușurință de depozitare și purificare, ușurință de testare a toxicității și siguranței și, ceea ce este deosebit de important pentru terapia genică, o reducere a riscului de complicații patogenetice și imunologice.
Atunci când soluțiile de policationi liniari și ADN sunt amestecate, se formează complexe interpolielectrolitice (IPEC) datorită formării unui sistem cooperant de legături electrostatice între lanțuri. În acest caz, lanțurile policationice înconjoară molecula de ADN, formând sfere sau toroidi, în funcție de tipul de polimer. Includerea în IPEC duce la compactarea ADN-ului, creșterea rezistenței sale la acțiunea nucleazelor, sporește interacțiunea acestuia cu membrana celulară și sporește activitatea de transformare atât în raport cu celulele procariote, cât și cu cele eucariote. Prin combinarea moleculelor de polication cu liganzi capabili de legarea specifică la membrana celulară, este posibil să se asigure pătrunderea IPEC în celulă prin calea receptorului și în organism - livrarea țintită către celulele țintă.
Sistemele de livrare a ADN-ului pentru utilizare în terapia genică trebuie să asigure pătrunderea ADN-ului în organul, țesutul sau grupul specific de celule dorit și apoi în nucleul celular. Oligonucleotidele antisens, care sunt cele mai des folosite în terapia genică, trebuie să găsească ARNm sau regiunea ADN-ului cromozomial împotriva căreia sunt direcționate. Gena introdusă trebuie încorporată într-un construct capabil să o exprime.
Cu toate acestea, aceasta este o problemă destul de dificilă. Când un acid nucleic sau oligonucleotidă este introdusă în organism, acestea nu vor ajunge predominant la țesutul sau organul dorit, iar acea parte a acestora care se va afla în locul potrivit va putea trece prin celula hidrofobă doar într-o mică măsură. membrană. În plus, în cursul evoluției, s-au dezvoltat mecanisme pentru a proteja celulele corpului de invazia factorilor Mediul extern inclusiv ADN-ul străin. Odată intrat în celulă, ADN-ul străin poate să nu fie localizat acolo unde este necesar și, în plus, poate ajunge în lizozomi, unde va fi distrus de nucleaze.
Penetrarea în celulă și transportul intracelular al IPEC are loc, posibil, datorită formării și distrugerii ulterioare a endozomilor. În fiecare etapă a acestui proces, o parte semnificativă a materialului se pierde. Eliberarea slabă a vectorilor din endozomi în citoplasmă și transferul lor ineficient către nucleu duc la o eficiență scăzută a expresiei transgenelor.
Harta de restricție a plasmidei pBR 322:
numerele indică numerotarea nucleotidelor;
liniuțe subțiri - site-uri unice recunoscute de restrictaze;
săgeți groase gri deasupra - direcția transcripției;
Pbla - promotor al genei Ampr - rezistență la ampicilină;
Ptet - promotor al genei Tetr - rezistenta la tetraciclina;
TT1 - Terminator de transcripție Rho-independent (poziția 3140-3160); TT2 - pozitia 3080-3110; ROP - proteină care favorizează formarea duplexurilor între ARN 1 și ARN 2 (regulator negativ al numărului de copii); ARN 1 - control ARN (controlează numărul de copii ale plasmidei); ARN 2 - ARN „primer” (servește ca primer pentru replicare); săgeți negre groase - direcția transcripției ARN 1 și ARN 2
Vectori bazați pe fagul M13
Există trei moduri de a crește eficiența transferului de ADN în Celulele eucariote folosind policationi sintetici. În primul rând, aceasta este o creștere a specificității transfecției datorită liganzilor legați de molecula polication și care asigură interacțiunea selectivă a complexelor cu celulele unui anumit fenotip. În al doilea rând, creșterea eficienței transformării datorită selecției genelor sau oligonucleotidelor introduse în celulă. În al treilea rând, o creștere a frecvenței de transfecție, care se realizează prin utilizarea liganzilor care interacționează mai eficient cu membrana celulară și substanțe care destabilizază membrana. În plus, sinteza de noi policationi este posibilă.
Laboratorul de Virologie Moleculară și Inginerie Genetică al Institutului de Cercetare a Gripei al Academiei Ruse de Științe Medicale din Sankt Petersburg studiază mijloacele de livrare a ADN-ului și a particulelor virale în celule. În această lucrare, folosim un set de suporturi polimerice sintetizate de personalul Institutului de Compuși Macromoleculari al Academiei Ruse de Științe. Următoarele plasmide au fost utilizate ca vectori de expresie: pUC 18, care conține promotorul citomegalovirusului și gena b-galactozidazei și pBR 322, care conține promotorul citomegalovirusului și gena proteinei fluorescente verde algă.
Ca rezultat al studiilor, s-a constatat că IPEC-urile de poli-(2-(dimetilamino)etil)metacrilat (PDMAEMA) cu greutăți moleculare scăzute au cea mai mare activitate de transfecție. Cercetările ulterioare vor permite dezvoltarea de noi abordări de rezolvare probleme realeîn virologie, moleculară și biologie celulara, inginerie genetică, terapie genică.
Transducția (din latină transductio - mișcare) este procesul de transfer a ADN-ului bacterian de la o celulă la alta de către un bacteriofag. Transducția generală este utilizată în genetica bacteriană pentru cartografierea genomului și ingineria tulpinilor. Atât fagii temperați, cât și cei virulenți sunt capabili de transducție; totuși, aceștia din urmă distrug populația bacteriană; prin urmare, transducția cu ajutorul lor este de puțină importanță nici în natură, nici în cercetare.
Transducție generală (nespecifică).
Este realizat de fagul P1, care există în celula bacteriană sub formă de plasmidă, și de fagii P22 și Mu, care se integrează în orice parte a cromozomului bacterian. După inducerea profagului, cu o probabilitate de 10-5 pe celulă, un fragment de ADN bacterian poate fi împachetat în mod eronat în capsidul fagului; în acest caz, fagul în sine nu conține ADN. Lungimea acestui fragment este egală cu lungimea ADN-ului fag normal; originea sa poate fi oricare: o regiune aleatorie a cromozomului, o plasmidă, alți fagi temperați.
Odată ajuns într-o altă celulă bacteriană, un fragment de ADN poate fi încorporat în genomul său, de obicei prin recombinare omoloagă. Plasmidele transferate de fag sunt capabile să se închidă într-un inel și să se reproducă deja în interior cușcă nouă. În unele cazuri, un fragment de ADN nu se integrează în cromozomul receptorului, nu se reproduce, dar rămâne în celulă și este transcris. Acest fenomen se numește transducție abortivă.
Transducția specifică
Transducția specifică a fost studiată cel mai bine pe exemplul fagului L. Acest fag se integrează într-o singură regiune (situs att) a cromozomului E. coli cu o anumită secvență de nucleotide (omologă regiunii att din ADN-ul fagului). În timpul inducției, excluderea sa poate eșua cu o eroare (probabilitate 10?3--10?5 per celulă): un fragment de aceeași dimensiune ca ADN-ul fag este tăiat, dar cu începutul în locul greșit. În acest caz, unele dintre genele fagilor sunt pierdute, iar unele dintre genele E. coli sunt capturate de acesta. Probabilitatea transferului de gene în acest caz scade pe măsură ce distanța de la aceasta la locul att crește.
Fiecare fag temperat care se integrează în mod specific în cromozom are propriul său site att și, în consecință, genele situate lângă el, pe care este capabil să le transmită. O serie de fagi se pot integra în orice loc de pe cromozom și pot transporta orice genă prin mecanismul de transducție specifică. În plus, cromozomul conține de obicei secvențe care sunt parțial omoloage cu regiunea att a ADN-ului fagului. Când un situs att complet omolog este deteriorat, este posibil să se realizeze includerea fagului în cromozom conform acestor secvențe și să se transfere, în cursul transducției specifice, a genelor deja adiacente acestora.
Când un fag temperat purtător de gene bacteriene este integrat în cromozomul unei noi bacterii gazdă, acesta conține deja două gene identice - proprii și aduse din exterior. Deoarece fagul este lipsit de unele dintre propriile sale gene, adesea nu poate fi indus și reprodus. Cu toate acestea, atunci când aceeași celulă este infectată cu un fag „auxiliar” din aceeași specie, devine posibilă inducerea unui fag defect. Atât ADN-ul fagului „auxiliar” normal, cât și ADN-ul fagului defect, împreună cu genele bacteriene pe care le poartă, ies din cromozom și se reproduc. Prin urmare, aproximativ 50% din particulele de fagi rezultate poartă ADN bacterian. Acest fenomen se numește transducție de înaltă frecvență (HFT).
Conjugare (din latină conjugatio - conexiune), proces parasexual - transfer unidirecțional al unei părți din materialul genetic (plasmide, cromozom bacterian) cu contact direct a două celule bacteriene. Deschis în 1946 de J. Lederberg și E. Taitem. Este de mare importanță în natură, deoarece favorizează schimbul de trăsături utile în absența unui adevărat proces sexual. Dintre toate procesele de transfer orizontal al genelor, conjugarea permite transferul celei mai mari cantități de informații genetice.
Mecanism
Pentru a stabili cu succes contactul între două celule, o plasmidă conjugativă (sexuală, transmisibilă) trebuie să fie prezentă în celula donatoare. Prima dintre acestea a fost plasmida F: un epizom (capabil să se integreze în cromozomul bacterian), lung de aproximativ 100 de mii de perechi de baze. Plasmida poartă gene care codifică un număr de funcții. Una dintre ele este formarea pililor sexuali responsabili de aderarea la celula primitoare.
Plasmidele conjugative codifică, de asemenea, proteine care împiedică atașarea pililor altor bacterii la perete celular dat. Prin urmare, celulele care conțin deja plasmide transmisibile au câteva ordine de mărime mai puțin probabil să acționeze ca receptori în timpul conjugării.
Plasmida codifică o endonuclează care taie una dintre catenele sale de ADN la un punct specific (oriT). Apoi lanțul tăiat este dezrăsuit și capătul de 5" este transferat în celula primitoare. S-a sugerat că ADN-ul este transmis prin canalele din pili sexuali, dar până acum s-a demonstrat că transferul are loc prin porii celulei. perete.În primul segment al filamentului care intră în ADN-ul celulei receptoare se află genele antirestricție.Aceste gene trebuie transcrise în receptor imediat după sosirea lor acolo pentru a se asigura acumularea de proteine care blochează procesul de distrugere a ADN-ului prin enzime de restricție. .În cele din urmă, lanțul transferat se închide într-un inel și pe baza lui este restabilită structura dublu catenară a ADN-ului plasmidic. Întregul proces durează câteva minute.
Plasmida conjugativă poate fi integrată în cromozom prin recombinare omoloagă care implică elemente IS. Conjugarea în acest caz se desfășoară conform aceluiași mecanism, cu toate acestea, nu numai plasmida este transferată la destinatar, ci și materialul cromozomial al donatorului. În acest caz, procesul este întârziat ore în șir, de multe ori există o pauză în catena de ADN transmisă. Prin oprirea artificială a transferului de ADN în momente diferite și observarea genelor care au fost transferate, a fost obținută o hartă a cromozomului E. coli și a fost prezentată structura lui inelă.
Când este scindată dintr-un cromozom, o plasmidă poate captura fragmentul său și îl poate transfera împreună cu el într-o altă celulă (o analogie cu transducția). Acest proces se numește sexducție.
Unele plasmide mici, numite mobilizabile, pot fi transferate prin conjugare folosind un aparat de transfer de plasmide de transfer „ajutor”. Pentru a face acest lucru, ele trebuie să conțină secvențe similare oriT al plasmidei conjugative și recunoscute de endonucleazele sale.
Se încarcă...