• 23. Понятие о наследственности и изменчивости микроорганизмов. Матерьяльные основы наследственности. Хромосомные и вне хромосомные генетические детерминанты.

Изменчивость основных признаков. Ещё пастер ослаблял патогенность микроорганизмов по средствам воздействия на них различных факторов.

Изменчивость морфологических признаков. Под дейст хим, ыиз факторов микроорганизмы изменяют свою внешнию структуру и размер. Наприм при долгом культивир на среде возникает полиморфизм в следствии накопления продуктов обмена.

Культуральная изменчивость. Диссоциация, т.е разделение культуры на р и с формы с переходными м и о формами

Изменчивость ферментных свойств.

Изм био свойств. Пастео подержав холеру кур в термостате устронил патогеннасть но оставил иммуногеннасть микроба. Аналогично с сибир язвой крс выащ культуру при 42,5 градусах и тем самым понизил потогенность.

Фенотипич изменчивсть-модификация. Генотип один а его фенотипическое проевление разное

*Наследственность – это способность организма сохранять определенные признаки и свойства на протяжении многих поколений. Изменчивость – способность организма приобретать новые признаки под влиянием различных факторов. *Материальной основой наследственности, определяющей генетические свойства микроорганизмов, является ДНК. В её состав входит азотистое основание (аденин, гуанин, цитозин, тиамин, урацил), фосфорная кислота, углеводные остатки. Фрагмент молекулы ДНК, контролирующий синтез одного белка, называется геном. В генах закодирована генетическая информация о всех свойствах клетки: форме, структуре белков и их функциях. Полный набор генов, которыми обладает клетка, представляет ее генотип. Генотип определяет потенциальную возможность проявления свойств клетки микроорганизма. * Плазмиды – внехромосомные генетические детерминанты. У бактерий обнаружено большое разнообразие плазмид, среди которых наиболее изучены половой фактор ( F) , фактор множественной лекарственной устойчивости (R) , факторы бактериоциногении ( Col) , плазмиды , контролирующие у E. Colli синтез энтеротоксина ( Hly) , плазмиды , детерминирующие синтез поверхностных антигенов (К 88, К99), и др. Плазмиды расположены в цитоплазме, имеют кольцевую структуру и способны к саморепликации. Общее для всех плазмид свойство – они предают клетке дополнительные , необязательные для нее функции, но чаще всего выгодные. Плазмиды могут быть потеряны бактерией, однако это не влияет на основные свойства клетки. Плазмиды ( F- фактор и др.), способные интегрировать в хромосому и реплицировать вместе с ней, получили название эписом. Большинство плазмид обладают способностью передаваться от бактерии к бактерии при конъюгации. Такие плазмиды получили название конъюгативных , или трансмиссивных. Они могут так же передаваться при трансдукции и при обычном делении клетки. Геном - совокупность генов в наборе хромосом конкретной микробной клетки. В отличие от генотипа, геном представляет собой характеристику вида, а не отдельной особи.

• Фенотипическая форма изменчивости микроорганизмов. Модификация. Мутации микроорганизмов. Практическое использование мутантов в микробиологии. Диссоциация микроорганизмов.

Мутация- внезапное скочкообразное изменениенаследственных свойств. Основу этого состовляют измен в кач или колличественном составе в днк, которые могут возникать под действием эндогенных факторов или при действии хим или физ факторов мутагенов. Бактерии с измен признаками- мутанты. Спонтанные(самопроизвол) мутации возникают под действием неизвестных причин, случаются редко, распостроненный тип- аускотрофнасть, те утрата способнасти продуцир какую нибудь ам.к-ту. Тоесть этот микроб будет расти на среде с добовлением этой кислоты. Такие мутации лкжат в основе эволюции и ген многообразия мира. Индуцированные(направленные) мутации возникают в следствии обработки микробов спец мутогенами(ионизар облуч, уф, хим и физ факторы). В основе механизма действия мутогенол лежит их прямое или коственное влияние на днк или на её предшествеников. Используется для получения живых вакцин с ослабленной вирулентностью, для профилактики листериоза (вакцина ауф)

*Фенотипическая изменчивость. Проявление наследуемых морфологических признаков и физиологических процессов у индивидуумов называется фенотипом. Различия по фенотипу между микроорг. одинак. по генотипу наз. модификациями. Роль фенотипических изменений - обеспеение выживаемости микробных популяций в изменившихся условиях среды. Фенотипические изменгения выражаются в изменении формы и размера бактерий, биохимической активности и ряда др.свойств.

* Мутации. Под мутацией ( изменение) понимают внезапные, скачкообразные изменения наследственных свойств. Основу этого явления составляют качественные или количественные изменения в последовательности нуклеотидов в ДНК, которые могут возникать под влиянием эндогенных факторов или при действии химических и физических мутагенов. Бактерии с измененными признаками называются мутантами. Различают спонтанные и индуцированные мутации. Спонтанные ( самопроизвольные) мутации возникают под влиянием неизвестных причин. Один из распространенных типов спонтанных мутаций микроорганизмов ауксотрофность, т.е. утрата способности к синтезу , например, лейцина, которой обладали клетки родительского типа. В этом случае мутант будет расти только на той среде , к которой добавлена эта аминокислота. Спонтанные мутации служат основным источником естественной изменчивости микроорганизмов и лежат в основе эволюции. Индуцированные ( направленные) мутации проявляются в результате обработки микроорганизмов специальными мутагенами ( химическими веществами, физическими факторами- температурой, ультрафиолетовыми излучениями. * Методом направленных мутаций получены живые вакцины с ослабленной вирулентностью, которые с успехом используют для профилактики листериоза , сальмонеллеза свиней и др. Мутанты дают в десятки и сотни раз большее количество ценных продуктов (антибиотиков, ферментов, витаминов, аминокислот и т. д.) по сравнению с дикими формами микроорганизмов.

• Рекомбинационная изменчивость у микроорганизмов: трансформация, трансдукция, коньюгация микроорганизмов. Принципы генной инженерии.

Рекомбиционная изменчивость- это три способа передачи генетической информации от донорской клетки с одним генотипом реципиенту с другим генотипом. Эта передача осуществляется путем трансформации, трансдукции, конъюгации. В результате генетического обмена между бактериями образуются рекомбинанты , т.е. бактерии, обладающие свойством обоих родителей. Клетки- рекомбинанты в основном сохраняют генотип бактерии- реципиента, преобретая отдельные свойства бактерии-донора.Это связано с тем, что рекомбинант несет хромосому реципиента, в которую включаются только отдельные фрагменты ДНК донора. *Трансформация, трансдукция , конъюгация. *Трансформация ( преобразование, перестройка) изменение генома бактерии – реципиента в результате поглощенного из среды свободного фрагмента ДНК клетки- донора. Впервые явление трансформации у бактерий наблюдал Ф.Гриффитс. В процессе трансфрмации различают 5 стадий: 1- адсорбция трансформирующей ДНК на поверхность микробной клетки; 2- проникновение ДНК в клетку – реципиент; 3- спаривание внедрившейся ДНК с хромосомными структурами клетки; 4- включение участка клетки-донора в хромосомные структуры реципиента; 5-изменение нуклеотида в ходе последующих делений. Обычно при трансформации изменяется один какой- нибудь признак. *Трансдукция- передача ДНК от клетки-донора клетке-реципиенту при участии бактериофагов. Трансдуцирующими свойствми обладают в основном умеренные фаги. Размножаясь в бактериальной клетке, фаги включают в состав своей ДНК часть бактериальной ДНК и передают ее после проникновения клетки- реципиенту.Различают три типа трансдукции : общую, специфическую и абортивную. При общей трансдукции фаг захватывает в свою головку фрагмент бактериальной ДНК вместо своего генома.Эти фаги получили название дефектных фагов. Один и тот же фаг может трансдуцировать различные признаки : ферментативную активность, устойчивость к антибиотикам, подвижность, серологические и вирулентные свойства и др. Специфическая трансдукция осуществляется фагами, которые имеют определенную точку прикрепления на хромосоме. Поэтому при освобождении такой фаг захватывает определенную область хромосомы бактерии и передает ее реципиентной клетке, принося ей новый ген.Абортивная трансдукция-перенос фагом участка ДНК клетке –донора в клетку-реципиент, которая не включается в ее геном, и не происходит проявление нового признака. *Конъюгация ( спаривание)- передача генетического материала клетки-донора клетке-реципиенту при непосредственном контакте.* Методом генетической инженерии можно решить следующие задачи :1) Генетически изменить микроорганизм с целью увеличения количества вырабатываемого ими необходимого продукта( аминокислот, ферментов, полисахаридов и др.); 2) Осуществить перенос соответствующих генов млекопитающих и человека в микроорганизмы ( бактерии , дрожжи) для синтеза с их помощью специфических белков, используемых в лечебно-профилактических целях ( вакцины) 3) Генетически изменить высшие растения для поднятия их продуктивности ( урожайности, калорийности, устойчивости к различным внешним факторам) 4) Генетически изменить соматические клетки человека, страдающего наследственными заболеваниями.

• Практическое использование учения об изменчивости микроорганизмов.

Практическое значение изменчивости микроорганизмов. Наследственность и изменчивость - это неразделимо связанные категории биологических явлений, определяющих направление эволюционного развития живых организмов на любом уровне биологической организации.

Знания закономерностей модификационной и мутационной изменчивости позволяют проводить целенаправленную селекцию (отбор) из популяций микроорганизмов особей с нужными человеку свойствами. Таким путем получены высокоактивные штаммы многих продуцентов различных органических соединений. Селекцию микроорганизмов для выделения полезных мутантов осуществляют несколькими путями:

* благодаря поиску и отбору полезных форм микроорганизмов из природных источников;

* в результате адаптации микроорганизмов путем выращивания при постоянно изменяющихся условиях культивирования;

* благодаря повторному выделению чистых культур из производственных штаммов;

* путем отбора индуцированных штаммов;

* путем использования явлений трансформации, трансдукции и конъюгации для получения штаммов с новыми свойствами.

В настоящее время получило развитие новое направление молекулярной биологии - генная инженерия. Генная инженерия занимается конструированием, выделением и пересадкой определенных генов из одних клеток в другие. В результате клетки приобретают новые свойства. Еще одним примером использования учения о наследственности и изменчивости является борьба с возбудителями инфекционных заболеваний. Селекционируя бактерии по признаку вирулентности, токсичности и антигенной структуре, удается получить культуры с низкой вирулентностью и использовать их в качестве вакцин для профилактики заразных заболеваний.

• Влияние физических факторов на микроорганизмы: высокие и низкие температуры, выслушивание, электричество, свет, УФЛ, гамма-излучения, ультразвук, давление, механическое сотрясение и их практическое использование.

Действие физических факторов на МО.Температура. Выражают тремя точками - минимум, оптимум (при которой МО размножаются), максимум. Психрофилы - холодолюбивые минимум 0, максимум 30, оптимум 15 градусов. (возбудители болезней рыб, светящиеся бакт., железобакт. вызывают порчу продуктов в холодильнике - плесневые грибы, МО гниения) Мезофилы - 3;30;45 - все патогенные МО и сапрофиты. Термофилы - 30;50;70 - обитатели горячих источников - навоза, силоса. Высушивание - губительное действие на вегетативные участки. Приводит к обезвоживанию, останавл. процесс размножения, приводит клетк. к гибели. Споровые формы терпят высушивание в течен. нескольких десятков лет. Обезвоживание цитоплазмы и поврежден. цитоплазмы и рибосом. Гигроскопическое давление - Многие МО растут и размнож. в усл-ях атм. давления. Многие обит. на дне океана могут размнож. при давлении от 200-300 атмосфер. Есть МО на дне ТИх. и Индийского океана, кот. размнож. при 1000 А.Спора выдерживает 20 000 А. Ультразвук - Вызыв образование внутри клетки пузырьки с давлением внутри 10 000=> лопаются и разрывают клетку изнутри, т.об ультразвук вызывает механическое разрушение клетки и ЦПМ. Действует на все клетки. Рентген. лучи - летальное мутагенное действие, наиб. чувствит.ядерные структуры. Используется при стерилизации инструментов. УФ лучи - при определен. длине волны разное действие. Подавляет репликацию ДНК. Используют для стерелизации, обеззараживания помещений, инструментов.

• Влияние химических факторов на микроорганизмы: pH среды, кислоты, щелочи, окислители, окислительно-востановительный потенциал, соли тяжёлых металлов, спирты, альдегиды, галоидные препараты, дезенфектанты. Практическое использование химических веществ в микробиологии.

*Действие химических факторов на МО.Бактериостатическое действие - задерживает размножение МО. Бактерицидное - вызывает гибель МО. Действие хим. в-в зависит от природы, концентрации, температуры, биол. св-в МО, времени контакта. По механ. действию условно делится на: 1. Поверхностно активные вещества - облад. моющими свояствами - мыла, жир. к-ты. Нарушают функц. ЦПМ, повреждается клет. стенка. Не затрагивает внутренние структуры, действие не длительное. Используются для очистки вирусов, выд-х ферментов. 2. Фенолкрезол и их производные - поврежд. клет.стенку, белки и нуклеоид. Облад. высок. бактерицидным действием. 3. Окислители, хлорсодержащие, известь - исп. для дезинфекции. 4. Перманганат калия, перекись, йод - взаимодействие в белками клетки, денатурация, действие бактерицидное. 5. Формальдегид 40% - дезинфекция, блокировка аминогрупп белков, наруш. структуры. 6. Соли тяжелых металлов - ртути, свинца, серебра - сворач. белки цитоплазмы, большое противовирусное действие. Изделия из серебра увелич. проницаемость клеточной стенки. Они не вывод. из организма. 7. Кислоты и щелочи - разруш белки, наиб высокое действие - KOH, NaOH. 8. Спирты - метил, этил, бутил-й. Образ. капсулу, не дает спирту проникать в клетку. 50-60% спирт обладает наибольшей активностью