называемымиплазмидами. Известны следующие антибактериальные средства, в отношении которых обнаружена устойчивость бактерий, выделенных из естественных источников, связанная с присутствием в клетке плазмид; аминогликозиды (канамицин, неомицин, гентамицин, ливидомицин, тобрамицин, стрептомицин, спектиномицин); антибиотики, имеющие в молекуле бета-лактамное кольцо (Пенициллины, цефалоспорины); хлорамфеникол, тетрациклин, эритромицин, линкомицин, триметоприм, сульфонамид, тяжелые металлы и т.д.

Устойчивость второго типа связана с мутациями в бактериальной хромосоме, в генах, контролирующих структуру соответствующего компонента клетки (рибосома, мембрана и пр.). Мутанты данного типа были получены в большом количестве в лабораторных условиях при селекции антибиотикоустойчивых бактерий, но они обнаруживаются, хотя и относительно редко, среди штаммов, выделенных из естественных источников.

Побочное действие антибиотиков.

Для макроорганизма:

1.токсическое действие;

2.дисбактериозы;

3.аллергические реакции;

4.иммунодепрессивное действие;

5.эндотоксический шок.

Для микроорганизмов :

1.формирование атипичных форм микробов;

2.формирование антибиотикорезистентных и антибиотикозависимых форммикроорганизмов.

Для того чтобы антибиотики давали терапевтический эффект, необходимо соблюдать определенные правила:

1)правильный выбор антибиотика со знанием спектра действия;

2)введение в организм антибиотика в терапевтической концентрации, т. е. в дозах,необходимых для подавления роста и размножения микроба-возбудителя;

3)определение антибиотикограммы возбудителя, т. е. чувствительности кприменяемому лечебному препарату;

4)правильный выбор способа введения антибиотика;

5)создание активной концентрации антибиотика в организме и поддерживаниеэтой концентрации в течение всего курса лечения до ликвидации инфекционного процесса;

6)правильное сочетание антибиотиков при комбинированном их применении;

7)комбинация антибиотиков с сывороточными и вакцинными препаратами;

Student TJ

ТЕМА: ГЕНЕТИКА БАКТЕРИЙ, ВИРУСОВ, ГРИБОВ, ПРОСТЕЙШИХ. ВОПРОСЫ ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ:

1.Организация генетического аппарата у бактерий и вирусов. Генотип и фенотип.Их определение и характеристика.

2.Модификации у бактерий и вирусов. Виды мутаций у бактерий.

3.Генетический обмен и рекомбинаций бактерий.

4.Трансформация, трансдукция и конъюгация у бактерий. Их механизмы.

5.Плазмиды бактерий. Виды плазмид и их роль в детерминации патогенныхпризнаков в лекарственной устойчивости бактерий.

Генетический аппарат бактерий

Генетический аппарат бактерий представлен хромосомными (нуклеоид) и внехромосомными (плазмиды, инсерционные последовательности, транспозоны) структурами.Нуклеоидне имеет ядерной мембраны и не связан с гистонами;одна непарная суперспирализованная хромосома состоит из двунитевой молекулы ДНК (кольцевой или линейной) размером от 3х108 до 2,9х109 Д и содержит до 4600 генов;один конец бактериальной хромосомы связан с мезосомой;некоторые бактерии имеют сложные геномы, состоящие из двух или нескольких репликонов.

Структура ДНК и генетический код

Материальной основой наследственности, определяющей генетические свойства всех организмов, является ДНК. Исключение составляют только РНК–содержащие вирусы, у которых генетическая информация закодирована в РНК.ДНК состоит из последовательности химически связанных нуклеотидов и имеет структуру правильной двойной спирали из закрученных одна вокруг другой двух полинуклеотидных цепей. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара дезоксирибозы и фосфатной группы. Азотистые основания представлены пуринами (аденин, гуанин) и пиримидинами (тимин, цитозин). ДНК содержит А, С, G, Т; РНК — А, С, G, U.

Каждый нуклеотид обладает полярностью. У него имеются дезоксирибозный 3'– конец и фосфатный 5'–конец. Нуклеотиды соединяются в полинуклеотидную цепочку фосфодиэфирными связями между 5'–концом одного нуклеотида и 3'– концом другого. Соединение между двумя цепочками обеспечивается водородными связями комплементарных азотистых оснований: аденина с тимином, гуанина с цитозином. Нуклеотидные цепи антипараллельны: на каждом конце линейной молекулы ДНК расположены 5'–конец одной цепи и 3'–конец другой цепи. Последовательность нуклеотидов ДНК определяет последовательность аминокислотных остатков в молекуле белка.Каждому белку соответствует свой ген — уникальная структурная единица наследственности.

Ген — фрагмент полинуклеотидной цепи молекулы ДНК, отличающийся числом и специфичностью последовательности нуклеотидов и кодирующий синтез одного пептида. В ДНК содержатся структурные и регуляторные гены.

Структурные гены несут информацию о синтезируемых ферментах или структурных белках. Гены, ответственные за синтез вещества, обозначают строчными буквами латинского алфавита, соответ ствующими названию данного вещества со знаком «+» (his+ — гистидиновый ген, leu+ — лейциновый ген). Гены, кон тролирующие резистентность к лекарственным препаратам, фагам, обозначают буквой r (resistent — резистентный). Напр., резистентность к стрептомицину записывается strr, а чувствительность — strs. Регуляторные гены регулируют транскрипцию структурных генов.

Хромосома состоит из особых функциональных единиц — оперонов. Оперон — совокупность промотора, оператора и структурных генов — является функциональной генетической единицей, регулирующей экспрессию одного или группы генов.

Основные этапы развития генетической системы: кодон ген оперон геном вирусов и плазмид хромосома прокариот (нуклеоид) хромосомы эукариот (ядро).

Регуляция выражения генетической информации у бактерий. Бактериальная клетка способна запустить или прекратить синтез фермента в зависимости от присутствия соответствующего субстрата. Для этого бактериальные гены объединены в группы так, что все ферменты, необходимые для осуществления биосинтеза, детерминируются генами, сцепленными друг с другом. Вся группа генов может транскрибироваться в одну полицистронную мРНК, которая последовательно транслируется рибосомами с образованием каждого из белков.

Экспрессия генов у прокариот регулируется на уровне транскрипции. Роль сигнальных веществ для запуска транскрипции играют низкомолекулярные соединения, которые являются либо субстратом для фермента, либо продуктом ферментативной деятельности. Индукция и репрессия представляют собой разные стороны одного и того же явления. Малые молекулы, индуцирующие образование ферментов, способных метаболизировать их, называются индукторами. Те же, которые предотвращают образование ферментов, способных синтезировать их, — корепрессорами.

Молекулы-эффекторы не могут вступать в прямое взаимодействие с ДНК, посредником для них служит специальный регуляторный белок. Регуляторный белок, который связывается с ДНК в отсутствии индуктора, называется репрессором.

За синтез регуляторных белков ответственны регуляторные гены. В присутствии белкарепрессора транскрипция блокирована; его удаление обусловливает доступ РНК-полимеразы к генам и запуск транскрипции. Прекращение синтеза фермента при помощи белка-репрессора получило название репрессии. Репрессия позволяет бактериальной клетке избежать перевода своих ресурсов на ненужную в данный момент синтетическую активность. Если индуктор присутствует в клетке в высокой концентрации, то в результате специфического присоединения к регуляторному белку он изменяет его конформацию и способность связываться с ДНК.

Контроль транскрипции достигается взаимодействием регуляторного белка с регуляторным сайтом (оператором), который расположен между структурными генами и промотором (участком, распознаваемым ДНК-зависимой РНК-полимеразой). Промотор служит местом связывания РНКполимеразы, и от него начинается транскрипция.

Ген имеет три фундаментальные функции.

1. Непрерывность наследственности — обеспечивается полуконсервативным механизмом репликации ДНК: каждая из двух цепочек ДНК хромосомы или плазмиды служит матрицей для синтеза комплементарной дочерней цепочки ДНК. Репликация начинается с расплетения двунитевой структуры ДНК ферментом ДНК-гидролазой. При этом формируются две репликативные вилки, которые двигаются в противоположных направлениях, пока не встретятся. Формирование новой дочерней цепи осуществляется ферментом ДНК-полимеразой, присоединяющей комплементарные матрице нуклеотиды к свободному 3'–концу растущей цепочки. Для осуществления реакции полимеризации нуклеотидов на матрице родительской цепочки ДНК-полимеразе требуется затравка, которая называется праймером (англ. primer - запал). Праймер — короткая нуклеотидная цепочка, комплементарная матричной цепочке со свободным 3'–концом.Две цепи двойной спирали ДНК комплементарны друг другу. На каждой цепи из структурных элементов ДНК (дезоксирибонуклеозидтрифосфатов) синтезируется новая цепь. При этом с каждым из оснований спаривается комплементарное ему основание, так что каждая из двух новых цепей будет комплементарна родительской цепи. Обе новые двойные цепи состоят из одной родительской и одной вновь синтезированной цепи. Такая точная репликация ДНК гарантирует сохранение генетической информации. ДНК бактерий, будучи носителем наследственной информации, сама не служит матрицей для синтеза полипептидов. Биосинтез белков происходит на рибосомах, которые непосредственно с ДНК не соприкасаются. Передачу записанной в ДНК информации к местам синтеза белка осуществляет одноцепочечнаямРНК. По последовательности оснований цепь мРНК комплементарна цепи ДНК и отличается от цепи ДНК тем, что тимин в РНК заменен урацилом.

2.Транскрипция — синтез мРНК на одной из цепей ДНК, начиная с 5'–конца; механизм этого процесса сходен с механизмом репликации ДНК.

3.Трансляция — перевод нуклеотидной последовательности мРНК в последовательность аминокислот. Аминокислоты затем собираются в полипептидную цепь, т. е. синтезируется белок

.

Последовательность аминокислот определяет пространственную структуру белка — конформацию. По мере продвижения рибосомы вдоль мРНК полипептидная цепь растет, закручивается и свертывается в клубок. В результате возникает структура, обусловливающая специфические свойства и функцию данного белка. К мРНК обычно прикрепляется несколько рибосом, так что на одной и той же матрице одновременно синтезируется несколько полипептидных цепей. На конце мРНК находится кодон, от которого зависит отделение сформированной полипептидной цепи от рибосомы. Таким образом, нуклеотидная последовательность ДНК представляет собой закодированную «инструкцию», определяющую структуру специфического белка. Репликация хромосомной (и плазмидной) ДНК обусловливает передачу генетической информации по вертикали — от родительской клетки к дочерней. Передача генетической информации по горизонтали осуществляется при генетических рекомбинациях. Взаимоотношения между последовательностью нуклеотидов в гене и последовательностью аминокислот в белке устанавливаются с помощью генетического кода из четырех оснований. Код триплетный, поскольку кодон (функциональная единица, кодирующая аминокислоту) состоит из трех оснований. Последовательности кодонов считываются непрерывно, начиная с фиксированной стартовой точки на одном конце гена и заканчивая точкой терминации на другом конце гена. Это значит, что различные части гена не могут читаться независимо.

Характеристики геномов некоторых бактерий

Оказалось, что многие бактерии, относящиеся к различным таксономическим группам, обладают генами, имеющими общее происхождение. Их распространение осуществлялось путем горизонтального переноса генов — механизма, признанного сейчас одним из основных «двигателей» в эволюции бактерий.В составе геномов бактерий были обнаружены генов эукариот, а в геноме человека и других эукариотов — гены бактерий. Это подтвердило сложившееся после

открытия мобильных генетических элементов представление о существовании общего генофонда всего живого мира, обмена генами не только между разными видами и родами бактерий, но и между совершенно неродственными организмами — бактериями и высшими животными и растениями.

Свойства микроорганизмов, как и любых других организмов, определяются их генотипом, т.е. совокупностью генов данной особи. Термин «геном» в отношении микроорганизмов — почти синоним понятия «генотип».

Фенотип представляет собой результат взаимодействия между генотипом и окружающей средой, т. е. проявление генотипа в конкретных условиях обитания. Фенотип микроорганизмов хотя и зависит от окружающей среды, но контролируется генотипом, так как характер и степень возможных для данной клетки стенотипических изменений определяются набором генов, каждый из которых представлен определенным участком молекулы ДНК.

Ген - элементарная единица наследственности , представляющая собой небольшой участок геномной ДНК детерминирующей синтез определенного полипептида или репликацию соответствующей ему молекулы РНК. Различают структурные гены, ответственные за синтез срецифических полипептидных цепей, и регуляторные гены, контролирующие деятельность структурных генов.

Изменчивость бактерий Изменчивость бактерий — способность бактерий приобретать новые признаки, закреплять их в

потомстве и сохранять. Изменчивость — один из главных факторов эволюции. Она служит источником для отбора форм, наиболее приспособленных к условиям существования. Изменчивость может быть генотипической и фенотипической (табл. 38).

Таблица 38

Сравнительная характеристика изменчивости

1.Частота изменений

2.Реверсия в исходную форму

3.Характер сдвигов

4.Изменение генетического кода

5.Общность изменений в популяции

Генотипическая изменчивость

Генотипическая (наследственная) изменчивость — наследуемые изменения генетического аппарата бактерий, возникающие в результате мутаций или генетических рекомбинаций.

Мутации

Мутации (лат. mutatio — изменение) — скачкообразные стойкие изменения наследственного признака (признаков), возникающие в результате изменения первичной струк туры ДНК (последовательности одной или нескольких пар нуклеотидов). Мутации у бактерий носят

ненаправленный характер, в их основе лежат ошибки копирования наследственной информации, возникающие при репликации.Мутации проявляются в фенотипе в виде утраты или изменения признаков: морфологических (жгутиков, пилей, капсулы, КС), биохимических (способности ферментировать углеводы, синтезировать аминокислоты, ви тамины), возникновении резистентности к лекар ственным или дезинфицирующим веществам, изменение чувствительности к температуре, снижение вирулентности (аттенуация). Мутанты, нуждающиеся в определенных аминокислотах, азотис тых основаниях, ростовых факторах, называются ауксотрофными. Они могут сохранять способность к росту лишь в том случае, если утрата фермента компенси руется наличием в среде готового продукта, образуемого при его не посредственном участии.

Классификации мутаций I. По происхождению.

1.Спонтанные — возникающие самопроизвольно, без преднамеренного экспериментального воздействия, под влиянием природных факторов или в результате физиологических изменений в самом организме.

Спонтанные мутации составляют естественный (спонтанный) фон, величина которого колеблется в зависимости от типа мутации и вида микробной популяции в пределах 10-7–10-10. При высоких скоростях роста частотой мутирования постоянна, и ее обычно определяют для клеток в экспоненциальной фазе роста при оптимальных условиях среды. Спонтанные мутации могут обусловливать благоприятные и неблагоприятные генетические изменения.

Причины спонтанных мутаций:

1.ошибки в работе ДНК–полимеразы во время репликации ДНК и неправильного формирования комплементарных пар оснований. Мутации происходят в результате ошибочного включения в синтези-руемую дочернюю цепь вместо одного азотистого основания другого, некомплементарного имеющегося в родительской цепи, напр., вместо аденина, комплементарного тимину, гуанина или цитозина;

2.инсертациронные мутации, возникающие при встраивании в нуклеоид внехромосомных факторов наследственности (IS–последовательностей, транспозонов, плазмид). Фенотип мутации зависит от места их интеграции: если она происходит вблизи промотора, то нару шается функция регуляторного гена, а вблизи структурного гена — синтез закодированного в нем продукта. При наличии у бактерий генов-мутаторов частота мутаций увеличивается в 100 и более раз;

3.ошибки в работе репарирующих ферментов.

2.Индуцированные — возникают под влиянием мутагенов — внешних факторов физической, химической или биологической природы, повреждающих ДНК. Общее число мутагенов в настоящее время измеряется несколькими сотнями.

Мутагены (мутагенные факторы) — (лат. mutatio — изменение и греч. genesis — развитие) — химические вещества или физические факторы, вызывающие предмутационные изменения в ДНК или РНК (в случае РНК–виру сов), которые в результате ошибок в работе репарирующих ферментов или в процессе репарации переходят в мутацию.

Классификация мутагенов по природе:

а) физические –излучение, температура) — оказывают прямое и опосредованное (окисли тельные и деструктивные процессы под действием свободных радикалов) повреждающее действие на основания ДНК.g(УФ–излучение,

б) химические:

1.- ингибиторы предшественников нуклеиновых кислот;

2.- аналоги азотистых оснований (5–бромурацил, 2–аминопурин);

3.- алкилирующие соединения (гидроксиламин, азотистая кислота);

4.- окислители;

5.- восстановители;

6.- свободные радикалы;

7.- акридиновые красители;

8.- производные нитрофуранового ряда.

9.Часть химических мутагенов действует лишь при синтезе ДНК, другие способны вызывать мутации, действуя на покоящуюся ДНК.

в) биологические (вирусы, транспозоны).

Классификация мутагенов по механизму действия:

замена пар оснований.

а) аналоги азотистых оснований Азотистая кислота дезаминирует азотистые основания, в результате чего после нескольких

актов редупликации ДНК в ней про исходит замена пар оснований гуанин–цитозин (ГЦ) на аденин– тимин (AT). Гидроксиламин во внеклеточ ных вирусах действует только на цитозин, что при водит к замене ГЦ на AT.

Аналог тимина, 5–бромурацил, замещает тимин у фагов и бактерий в процессе редупликации их ДНК, что может привести к замене пары AT на ГЦ. выпадения или вставки оснований.

б) акридиновые красители

Этилэтансульфонат и этилметансульфонат вызывают алкилирование гуанина и его отщепление от рибозофосфатного скелета и дру гие повреждения в ДНК.

в) УФ–излучение, некоторые продукты микробного метаболизма (формальдегид) образование тиминовыхдимеров — «сшивок» между соседними молеку лами тимина.Þ нарушение работы

Нитрозонитрометилгуанидин и нитрозопроизводные мочевины алкилируютцитозин, вызывая его замену тимином. Они характеризуются чрезвычайно высокой эффективностью при незначительном летальном дей ствии, извращают синтез предшественников ДНК, дезаминируют некоторые основания.

II.По проявлению мутации в фенотипе.

1.Проявленные (доминантные).

2.Непроявленные (молчащие, рецессивные). Первичный эффект мутагенного фактора не обязательно ведет к истинной мутации. Новый фенотип проявляется только тогда, когда измененный ген начнет функционировать.

III. По направленности действия.

1.Прямые — первичные мутации от дикого типа к мутантному фе нотипу (потеря или изменение признака).

2.Обратные (реверсии) — мутации, обусловившие возврат к дикому фенотипу (восстановление признака):

а) истинные реверсии — когда вторичная мутация в этом же гене точно восстанавливает исходный генотип, как следствие — восстанавливается и фенотип. Это может произойти, если прямое мутационное изменение состоит в простой замене пары оснований в первично мутировавшем гене. Так, если прямая мутация — результат замены пары AT на ГЦ, то обратная мутация — результат замены пары ГЦ на AT.

б) супрессорные вторичные реверсии — подавление мутантного фенотипа, которое выражается в исправлении мутационного изменения, т. е. восстанавливается только фенотип, но не генотип. Различают супрессорные мутации:

-внутригенные — в исходном гене: если при первой мутации произошла вставкаили выпадение пары нуклеотидов в одном из участков ДНК одного и того же гена, а в другом мутация противоположного рода (выпадение или вставка), то правильность считывания информации восстанавливается.

-внегенные — в других участках хромосомы в генах-супрессорах, кодирующихсинтез транспортных РНК, в результате чего в синтезируемый полипептид доставляется нужная аминокислота.

Для точечных мутаций частота реверсий довольно высока, в то время как для аберраций реверсии не характерны.

IV. По фенотипическим последствиям для мутировавшей клетки.

1.Нейтральные — безразличны для популяции, фенотипически не проявляются изменения ми признаков, так как заметно не отражаются на функциональ ной активности синтезируемого фермента.

2.Условнолетальные (полулетальные) — приводят к изменению, но не к утрате функциональной активности фермента. В зависимости от условий окружающей среды микроорганизмы могут сохранять или утрачивать свою жизнеспособность. Так, напр., ts–мутанты (температурочувствительные) бактерий сохраняют способность к синтезу ферментов, функционирующих при 370С, но утрачивают этот признак при 420С. В то же время у бактерий дикого типа соответствующие ферменты активны при обеих температурах.

3.Летальные — характеризуются полной утратой способности синтезировать жизненно важный для бактериальной клетки фермент. Чаще всего это хромосомные мутации (делеции) или генные мутации (в генах, несущих информацию о синтезе ДНК–полимераз).

4.Полезные — в любой микробной популяции в каждый момент времени существует множество особей с изменениями молекулярной конституции, обеспечивающих резистентность к неблагоприятным воздействиям (напр., к антибиотикам).

V. По характеру изменений в первичной структуре днк.

1.Точковые — замена или вставка пары азотистых оснований в ДНК, которая приводит к изме нению одного кодона, когда повреждения ограничиваются одной парой нуклеотидов:

· вставки или выпадения одной пары нуклеотидов (мутации со сдвигом считывания);

· транзиции — замены одного пуринового основания на другое, или одного из пиримидиновых оснований на другое; · трансверсии — одно из пиримидиновых оснований заменяется пуриновым или, наоборот.

Виды точковых мутаций по индуцируемым последствиям:

· мисценс–мутации — происходит изменение всех последующих кодонов, в результате вместо одной аминокислоты кодируется другая, · нонсенс–мутации — образуется бессмысленный кодон, не кодиру ющий ни одну из аминокислот.

2.Генные — изменения одного гена.

3.Хромосомные (геномные аберрации) — изменения нескольких генов:

·нехватки — выпадение части хромосомы:

·делеции — утрата нескольких пар нуклеотидов в середине хромосомы,

·дефишенсии — потеря концевого участка хромосомы;

·дупликации (повторения) — удвоение участка хромосомы;

·инверсии (перевороты) — отрыв участка хромосомы, поворот его на 1800 и прикрепление к месту отрыва;

·инсерции (вставки) — вставки коротких или протяженных последовательностей посторонней ДНК;

·транспозиции (перемещения, горизонтальный перенос генов) — перемещение группы нуклеотидов (IS–последовательностей или транспозонов) в пределах хромосомы из одного участка ДНК в другой или из репликона в репликон (из хромосомы в плазмиду и наоборот). Транспозиции могут вызывать делеции или инверсии генетического ма териала, а при включении

вновый участок ДНК — дупликации в 6–9 пар нуклеотидов.Теоретически мутации могли бы привести к вымиранию бактериальной популяции, однако в любой живой клетке существуют биохимические механизмы, способные полностью или частично восстанавливать исходную структуру ДНК.

Перенос генетического материала бактерий.

Обмен генетическим материалом у бактерий осуществляется путем генетических рекомбинаций. Под генетической рекомбинацией подразумевают взаимодействие между двумя геномами, которое приводит к образованию рекомбинаций ДНК и формированию дочернего генома, сочетающего гены обоих родителей. Особенности рекомбинаций у бактерий определяются отсутствием истинного полового процесса и мейоза у прокариот и гаплоидным набором генов. В процессе рекомбинации бактерии условно делятся на клетки-доноры, которые передают генетический материал, и клетки-реципиенты, которые этот материал воспринимают. В клеткуреципиент проникает не вся, а только часть хромосомы клетки-донора, т.е. один или несколько генов. Образуется только один рекомбинант, генотип которого представлен в основном генотипом реципиента с включением фрагментов хромосомы донора.

Рекомбинация может быть гомологичной , при которой в процессе разрыва и воссоединения ДНК происходит обмен между участками ДНК, обладающими высокой степенью гомологии. Встречается также сайт-специфическая рекомбинация, которая происходит только в определенных участках (сайтах) генома и не требует высокой степени гомологии ДНК, например включение плазмиды в хромосому бактерии. Передача генетического материала между бактериями осуществляется 3-мя механизмами: конъюгацией, трансдукцией и трансформацией

(рис. 3).

Конъюгация бактерий состоит в переходе генети ческого материала (ДНК) из клетки-донора («мужской») в клет ку-реципиент («женскую») при контакте клеток между собой.Мужская клетка содержит F-фактор, или половой фактор, который контролирует синтез так называемых половых пилей, или F-пилей. Клетки, не содержа щие F-фактора, являются женскими; при получении F- фактора они превращаются в «мужские» и сами становятся донорами. F-фактор располагается в цитоплазме в виде кольцевой двунитчатой молекулы ДНК, т. е. является плазмидой. Молекула F- фак тора значительно меньше хромосомы и содержит гены, контро лирующие процесс конъюгации, в том числе синтез F-пилей. При конъюгации F-пили соединяют «мужскую» и «женскую» клетки, обеспечивая переход ДНК через конъюгационный мостик или F-пили. Клетки, содержащие F-фактор в цитоплазме, обозначаются F+; они передают F-фактор клеткам, обозначаемым F" («женским»), не утрачивая донорской способности, так как оставляют копии F- фактора. Если F-фактор включается в хромосому, то бактерии приобретают способность передавать фрагменты хромосомной ДНК и называются Hfr-клетками (от англ. High frequency of recombination — высокая частота рекомбинаций), т.е. бактериями с высокой частотой рекомбинаций. При конъюгации клеток Hfr и клеток F" хромосома разрывается и передается с

определенного участка (начальной точки) в клет ку F", продолжая реплицироваться. Перенос всей хромосомы может длиться до 100 мин.

Переносимая ДНК взаимодействует с ДНК реципиента — происходит гомологичная рекомбинация. Прерывая процесс конъюгации бактерий, можно определять последовательность расположения генов в хромосоме. Иногда F-фактор может при выходе из хромосомы захватывать небольшую ее часть, образуя так называемый замещенный фактор — F'.

При конъюгации происходит только частичный перенос генетического материала, поэтому ее не следует отождествлять полностью с половым процессом у других организмов.

Трансдукция — передача ДНК от бактерии-донора к бактерии-реципиенту при участии бактериофага. Различают неспецифическую (общую) трансдукцию, при которой возможен перенос любого фрагмен та ДНК донора, и специфическую — перенос определенного фрагмента ДНК донора только в определенные участки ДНК реципиента. Неспецифическая трансдукция обусловлена включением ДНК донора в головку фага дополнительно к геному фага или вместо генома фага (дефектные фаги). Специфическая трансдукция обусловлена замещением некоторых генов фага генами хромосомы клетки-донора. Фаговая ДНК, несущая фрагменты хромосомы клетки-донора, включается в строго определенные участки хромосомы клеткиреципиента. Таким образом, привносятся новые гены и ДНК фага в виде профага репродуцируется вместе с хромосомой, т.е. этот процесс сопровождается лизогенией. Если фрагмент ДНК, переносимый фагом, не вступает в рекомбинацию с хромосомой реципиента и не реплицируется, но с него считывается информация о синтезе соответствующего про дукта, такая трансдукция называется абортивной.

Трансформация заключается в том, что ДНК, выделенная из бактерий в свободной растворимой форме, передается бактерии-реципиенту. При транс формации рекомбинация происходит, если ДНК бактерий род-ственны друг другу. В этом случае возможен обмен гомологичных участков собственной и проникшей извне ДНК. Впервые явление трансформации описал Ф. Гриффите (1928). Он вводил мышам живой невирулентный бескапсульный R-штамм пневмококка и одновременно убитый вирулентный капсульный S-штамм пневмококка. Из крови погибших мышей был выделен вирулентный пневмококк, имеющий капсулу убитого S-штамма пневмококка. Таким образом, убитый S-штамм пневмококка передал наследственную способность капсулообразования R-штамму пневмококка. О. Эвери, К. Мак-Леод и М. Мак-Карти (1944) доказали, что трансформирующим агентом в этом случае является ДНК. Путем трансформации могут быть перенесены различные признаки: капсулообразование, устойчивость к антибиотикам, синтез ферментов.

Изучение бактериальной трансформации позволило установить роль ДНК как материального субстрата наследственности. При изучении генетической трансформации у бактерий были разработаны методы экстракции и очистки ДНК, биохимические и биофизические методы ее анализа.

Плазмиды бактерий Плазмиды представляют собой двухцепочечные молекулы ДНК размером от 10' до 106 н.п. Они

кодируют не основные для жизнедеятельности бактериальной клетки функции, но придающие бактерии преиму щества при попадании в неблагоприятные условия существования.

Среди фенотипических признаков, сообщаемых бактериальной клетке плазмидами, можно выделить следующие:

1.устойчивость к антибиотикам;

2.образование колицинов;

3.продукция факторов патогенности;

4.способность к синтезу антибиотических веществ;

5.расщепление сложных органических ве ществ;

6.образование ферментов рестрикции и модификации.

Репликацию плазмидной ДНК осуществляет тот же набор ферментов, что и репликацию бактериальной хромосомы, однако репликация плазмид проис ходит независимо от хромосомы. Некоторые плазмиды находятся под строгим контролем. Это означает, что их реплика ция сопряжена с репликацией хромосомы так, что в каждой бактериальной клетке присутс твует одна или, по крайней мере, несколько копий плазмид.

Число копий плазмид, находящихся под слабым контролем, может достигать от 10 до 200 на бактериальную клетку.

Для характеристики плазмидных реплико нов их принято разбивать на группы совместимости. Несовместимость плазмид связана с не способностью двух плазмид стабильно сохраняться в одной и той же бактериальной клетке.

Несовместимостьсвойственна тем плазмидам, которые обладают высоким сходством репликонов, поддержание которых в клетке регули руется одним и тем же механизмом. Некоторые плазмиды могут обратимо встраиваться в бактериальную хромосому и функционировать в виде единого репликона. Такие плазмиды называются интегративными

или эписомами.

Некоторые бактериальные плазмиды спо собны передаваться из одной клетки в другую, принадлежащую иной таксономической единице. Такие плазмиды называются трансмиссивными (конъюгативными, син.) Трансмиссивность присуща лишь крупным плазмидам, имеющим tra-оперон, в который объединены гены, ответственные за пе ренос плазмиды. Эти гены кодируют половые пили, которые образуют мостик с клеткой, не содержащей трансмиссивную плазмиду, по которой плазмидная ДНК передается в новую клетку. Этот процесс называется конъюгацией.

Мелкие плазмиды, не несущие tra-гены, не могут передаваться сами по себе, но способны к передаче в присутствии трансмиссивных плазмид, используя их аппарат конъюгации. Такие плазмиды называются мобилизуемыми, а сам процесс — мобилизацией нетрансмиссивной плазмиды.

Особое значение в медицинской микробиологии имеют плазмиды, обеспечивающие устойчивость бактерий к антибиотикам, ко торые получили название R-плазмид, и плаз миды, обеспечивающие продукцию факторов патогенности, способствующих развитию инфекционного процесса в макроорганизме.

R-плазмиды (resistance — противодействие, англ.) содержат гены, детерминирующие син тез ферментов, разрушающих антибактери альные препараты (например, антибиотики).В результате наличия такой плазмиды бактериальная клетка становится устойчивой (резистентной) к действию целой группы лекарственных веществ, а иногда и нескольким препаратам. Многие R-плазмиды являются трансмиссивными, распространяясь в популяции бактерий, делая ее недоступной к воздействию антибактериальных препаратов. Бактериальные штаммы, несущие R-плазмиды, очень часто являются этиологическими агентами внутрибольничных инфекций.

Плазмиды, детерминирующие синтез фак торов патогенности, в настоящее время обнаружены у многих бактерий, являющихся возбудителями инфекционных заболеваний человека. Патогенность возбудителей шигеллезов, иерсиниозов, чумы, сибирской язвы, иксодового бореллиоза, кишечных эшерихи-озов связана с наличием у них и функциони рованием плазмид патогенности. Первыми, из этой группы плазмид были определены

P.O.U. 59g t.me/tgmu12 - 80 -