ФГОУ ВПО «Московская государственная академия
ветеринарной медицины и биотехнологии им. К.И. Скрябина»
Кафедра микробиологии
РЕФЕРАТ НА ТЕМУ
«Генотипическая изменчивость
микроорганизмов»
Выполнила:
Руководитель:
Бурлакова Г.И.
Москва, 2010.
План.
Введение………………………………………..………………………………...3
Генетический материал бактерий……………………………………….……...4
Мутации………………………………………………………………………….7
Рекомбинации у бактерий………………………………………………..……11
Заключение……………………………………………………………………..15
Список источников………………………………………………………….…16
Введение.
Современные научные данные о структуре и свойствах гена определяют, что он служит носителем жизни. Ген представляет собой универсальную организационную структурную единицу живой материи, которая обеспечивает единство и многообразие всех форм существования жизни на Земле, ее непрерывность и эволюцию. С одной стороны, ген является носителем наследственной информации и обеспечивает передачу признаков от родителей к потомству, с другой стороны, он же определяет и наследственную изменчивость организмов, тем самым способствуя биологической эволюции. Именно поэтому ген и его свойства являются объектом пристального внимания ученых, предметом научных исследований.
Чтобы установить генетические изменения у живых существ, определить влияние на них разных факторов среды, необходимы не только знания и условия, но и время. Установить изменения в разных поколениях животных не всегда представляется возможным, так как для этого часто не хватает человеческой жизни. Поскольку генетический код един для всех живых существ, то, выявляя поведение гена у одних организмов, можно делать выводы о его поведении и у других организмов. Ученые обратили внимание на микроорганизмы, потому что жизненный цикл плазмид, вирусов, бактерий очень короток по сравнению с другими, сложно устроенными живыми существами, и это дает возможность в короткие сроки увидеть их изменения в связи с различными воздействиями на их генетические структуры. Микроорганизмы – очень удобные объекты для генетического анализа, так как опыты можно проводить в короткие сроки на огромном числе особей, и они не требуют много места.
Вопросам изменчивости микроорганизмов уделяется много внимания еще и потому, что они являются продуцентами многих полезных для человека веществ. Изменчивость позволяет получить высокоэффективные штаммы продуцентов антибиотиков, наиболее эффективные расы микробов для приготовления заквасок, бактериальных удобрений, культур с пониженной вирулентностью для приготовления вакцин.
Генетический материал бактерий.
Генетика микроорганизмов как учение о наследственности и изменчивости имеет характерные особенности, соответствующие их строению и биологии. Наиболее изучена генетика бактерий.
Бактериальная клетка имеет одинарный набор генов (нет аллелей). Хромосомы располагаются свободно в цитоплазме, не отграничены от нее никакими мембранами, но связаны с определенными рецепторами на цитоплазматической мембране. Хромосома бактерий является полинуклеотидом – две полинуклеотидные цепочки ДНК – длиной 1000 мкм и молекулярной массой около 1,5-2*109 Д. Она суперсперализирована и чаще всего замкнута в кольцо: содержит от 3000 до 5000 генов. Удвоение хромосомы обычно сопровождается ее делением. Некоторые виды (например, Brucella melitensis) стабильно содержат две кольцевые хромосомы, другие (Leptospira interrogans) – одну кольцевую хромосому и одну большую плазмиду, третьи – одну линейную хромосому (Streptomyces ambofaciens), то есть обладают сложными геномами.
Некоторые бактерии содержат внехромосомные ДНК и мигрирующие генетические элементы. Внехромосомные факторы наследственности бактерий представлены плазмидами, вставочными последовательностями и транспозонами. Все они образованы молекулами ДНК, различающимися между собой по молекулярной массе, кодирующей емкости, способности к автономному реплицированию.
Плазмиды – фрагменты ДНК, несущие от 40 до 50 генов. По определению А.И. Коротяева, плазмиды – это наипростейшие организмы, лишенные оболочки, собственных систем синтеза белка и мобилизации энергии и представляющие собой особый класс абсолютных внутриклеточных паразитов, наделяющих своих бактерий-хозяев полезными для них свойствами. Выделяют автономные и интегрированные плазмиды. Автономные плазмиды существуют в цитоплазме бактерий и способны самостоятельно репродуцироваться; в клетке их может быть несколько копий. Интегрированные плазмиды репродуцируются одновременно с бактериальной хромосомой. Плазмиды выполняют регуляторные или кодирующие функции. Регуляторные плазмиды компенсируют те или иные дефекты метаболизма бактериальной клетки, встраиваясь в поврежденный геном и восстанавливая его функции. Кодирующие плазмиды привносят в бактериальную клетку новую генетическую информацию, кодирующую необычные свойства (например, устойчивость к антибиотикам).
Классификация плазмид по свойствам, которыми они наделяют своих носителей.
|
Группа |
Свойства |
|
F-плазмиды (англ. fertility - плодовитость) R-плазмиды (англ.resistance - устойчивость)
Col-плазмиды Ent-плазмиды Hly-плазмиды Биодеградативные плазмиды
Криптические плазмиды |
доноры генетического материала устойчивость к лекарственным препаратам и к тяжелым металлам
синтез колицинов синтез энтеротоксинов синтез гемолизинов разрушение различных органический и неорганических соединений, в том числе содержащих тяжелые металлы
не содержат генов, которые можно было бы обнаружить по фенотипическому проявлению |
Мигрирующие генетические элементы – отдельные участки ДНК, способные осуществлять собственный перенос (транспозицию) внутри генома или переходить от одного генома к другому (например, от плазмидного к бактериальному). Транспозиция связана со способностью мигрирующих элементов кодировать специфический элемент рекомбинации – транспозазу. К ним относятся инсерционные последовательности, транспозоны и эписомы.
Инсерционные (вставочные) последовательности (IS-элементы) состоят из 800-1500 пар оснований. Они самостоятельно не кодируют распознаваемых фенотипических признаков, их функции – регуляция активности генов, индукция мутаций типа делеций или инверсий, координация взаимодействия плазмид, транспозонов и профагов как между собой, так и с бактериальной хромосомой.
Транспозоны (Tn-элементы) – более крупные сегменты ДНК, помимо генов, обеспечивающих их транспозицию, содержат и другие гены, например, гены лекарственной устойчивости. Транспозоны обнаружены в геномах плазмид, вирусов, прокариот и эукариот.
Эписомы – еще более крупные и сложные саморегулирующиеся системы, содержащие IS-элементы и транспозоны и способные реплицироваться в любом из двух своих альтернативных состояниях - автономном или интегрированном – в хромосому клетки-хозяина. К эписомам относят различные умеренные лизогенные фаги: они имеют собственную белковую оболочку и сложный цикл репродукции. Это могут быть и вирусы, обладающие способностью в интактной форме переходить из одного генома в другой.
Все вышеперечисленные особенности генетического материала бактерий обусловливают разнообразные изменения генотипа и многообразие фенотипических свойств. Изменение генотипа в результате мутации генов или их рекомбинации лежат в основе генотипической изменчивости микроорганизмов.
Генотипическая изменчивость может быть мутационной, обусловленной изменениями в ДНК под влиянием мутагенов, и комбинативной, связанной с процессом образования новых комбинаций генов в генотипе.