Генетика микроорганизмов

1.Строение генетического материала у бактерий и вирусов.

2.Передача наследственности у бактерий и вирусов на примере (трансформации, трансдукции и коньюгации).

Вплоть до 30-х годов фактически все генетические исследования проводились с растениями и животными.

С изобретением в конце ХУП века микроскопа Антон ванн Левенгуком были открыты бактерии среди неведомого до тех пор мира живых форм неразличимых невооруженным глазом.

Одноклеточные организмы в том числе бактерии и вирусы отличаются от высших организмов меньшей защищенностью наследственного материала от внешней среды, что влечет за собой изменчивость частым возникновением мутаций.

Жизненный цикл бактерий длится меньше часа, каждые 20-45 минут и миллиарды которых можно вырастить за ночь в крохотном объеме питательной среды.

Все это сделало бактерии и вирусы объектом исследований. К классическим объектам генетических исследований среди бактерий относится кишечная палочка, бактерии рода сальмонелла, нейроспора, а среди вирусов – бактериофаги поражающие эти бактерии и вирус табачной мозаики.

Бактерии имеют огромное значение для человека. Многие отрасли сельского хозяйства, а также промышленности зависят от деятельности бактерий. Такие важные химические соединения, как этиловый и бутиловый спирт, уксусная кислота, ацетон образуется за счет деятельности бактерий.

Бактерии используются при производстве кефира, сыра при производстве лекарственных препаратов при биологической очистке воды загрязненных источников и т.д.

Однако при всех положительных качествах, очень многие бактерии приносят человеку животным и растениям вред, т.е. они являются возбудителями различных заболеваний: дифтерии, дизентерии, брюшного тифа и др.

Бактерии имеют очень мелкие размеры от 1 до 10 микрометра. Форма их различна. Снаружи окружена плотной оболочкой. В отличии от многоклеточных микроорганизмов у бактерии нет четко оформленного ядра. Его заменяют по форме и величине структуры, носящие название ядерной вакуоли или нуклеоида.

Нуклеоид – ядро у прокариот. Он состоит из замкнутой в кольцо двухспиральной нити ДНК длиной 1,1-1,6 нм, которую рассматривают как одиночную бактериальную хромосому.

Цитоплозма – содержимое бактериальной клетки, отделенное цитоплазмсатической мембраной. Состоит из рибосом, внутриплазматических мембран, включений.

Рибосомы – органоиды осуществляющие синтез белка. Состоят из белка и РНК, соединенных в комплекс водородными связями. Одна бактериальная клетка содержит 5000-50000 рибосом, посредством и-РНК, они соединяются в полисомы, состоящие из 50-55 рибосом.

В цитоплазме также содержатся внехромосомные наследственные факторы, названные плазмиды.

ДНК бактерий не отличается по своему строению от ДНК высших организмов, т.е. содержат те же 4 основания: аденин , тимин, гуанин, цитозин присоединенные к дезоксирибозе. Молекулы ДНК бактерий находятся в основном в нуклеоидах и окружены хроматином, напоминая хромосомы высших организмов, виде замкнутой в кольцо 2-х спиральной нити, плотной уложенной. Один конец ДНК прикреплен к клеточной мембране.

Репликация ДНК микроорганизмов происходит также как и у высших организмов. В репликации участвуют ферменты ДНК-полимеразы.

Синтез (репликация) ДНК бактерии начинается еще в период роста, всегда с одной определенной точки и дет в одном направлении.

Деление нуклеоида заканчивается до деления клетки. В ДНК бактерии имеются отдельные участки, отвечающие за синтез определенных ферментов – называемых цистронами у высших организмов – генами.

Цистроны расположены в молекуле ДНК в линейном порядке в последовательности их влияния на синтез определенного фермента.

В период репликации ДНК и образования перегородки клетка непрерывно растет, идет формирование рибосом и других соединении.

На определенной стадии дочерние клетки отделяются др. от друга и каждая дочерняя бактериальная клетка имеет такой же набор генетической информации – какой был в исходной бактериальной клетки.

Строение вирусов. Вирусы относятся к микроорганизмам хотя резко отличаются от всех известных клеточных форм жизни. Вирусные частицы подобно бактериям не одинаковы по форме и очень малы (20-40 нм). Так вирус фага сени Т ( Т1,Т2,Т4 и т.д.) кишечной палочки по форме напоминают сперматозоиды и состоят из головки и хвоста, а вирус табачной мозаики – палочковидной формы, как початок кукурузы. Для вирусов характерно более простое строение, чем у бактерий.

У вирусов имеется белковый чехол, который покрывает головку и хвостовую нить (отросток). В головке плотно упакована ДНК. Конец хвоста фага морфологически довольно слажен. Им фаг прикрепляется к поверхности поражаемой клетки. В зависимости от вида организма вирусные частицы содержат только ДНК или только РНК. Вирусы растений содержат РНК. Среди вирусов животных и человека существуют виды, содержащие как ДНК, так и виды с РНК. У большинства вирусов ДНК имеет двухцепочное строение, но сеть вирусы с одноцепочной ДНК.Вирусы паразитирующие в бактериях называются фагами или бактериофагами. Всюду где размножаются бактерии обнаруживаются и паразитирующие в них фаги. Они находятся в кишечнике человека, в сточных водах, почве и т.д.

Вне клетки вирусные частицы инертны и не размножаются. Проникают вирусы в клетку бактерии или высшего организма при механическом повреждении тканей организма или путем прикрепления к поверхности клетки концевыми нитями отростков растворяя ее оболочку специальным ферментом впрыскивая в клетку частицы ДНК или РНК с незначительным проникновением белка. После проникновения в клетку хозяина ДНК вируса начинает интенсивный синтез, образуя новые молекулы ДНК. И под их контролем синтезируются специфические для данного вируса белки.

Для белкового синтеза используются рибосомы хозяина. В это время нормальные биологические процессы и синтез белков «своих» в клетке хозяина прекращаются и все происходящие в ней процессы подчиняются деятельности ферментов. В результате в клетке образуется большое количество вирусного белка, молекул ДНК или РНК вируса, что заканчивается распадом клетки хозяина ее лизисом.

Синтез вирусного белка начинается через несколько минут после заражения организма хозяина. Одна частица фага, попавшая в клетку, способна дать начало сотне и более новых частиц. Через 16-18 минут происходит лизис. После разрушения, или (лизиса) клетки, эти частицы входят в окружающую среду вполне зрелыми (готовыми) к новому заражению. В зависимости от взаимодействия вирусов с клеткой хозяина они подразделяются на вирулентные и умеренные.

Фаг, способный вызвать лизис клетки – называется вирулентным. Умеренные фаги проникают в клетку хозяина не разрушают ее, а остаются в ней, в качестве жильцов, т.е. вступают в симбиоз. Бактерии несущие умеренный фаг – называются лизогенными, а сам фаг, существующий в подобной форме – профагом. Профаг может существовать с бактериальной клеткой длительное время, но может переходить и в лизис. Экспериментами установлено, что участок ДНК умеренного фага всегда прикрепляется к соответствующему участку молекулы ДНК бактерии. Синтез ДНК профага происходит синхронно с репликацией ДНК бактерии. Основная форма размножения у бактерии – деление клеток, у вирусов – редупликация ДНК, РНК и образование новых частиц в клетке хозяина.

Однако между клетками разных бактерий или частицами вируса происходит обмен генетическим материалом, осуществляемый у вирусов – путем трансформации, трансдукции, коньюгации.