Лекция Изучение генетики бактерий представляет интерес в плане

Скачать 3.85 Mb. Название Лекция Изучение генетики бактерий представляет интерес в плане Дата 26.09.2019 Размер 3.85 Mb. Формат файла Имя файла Genetika_2018.ppt Тип Лекция #63642 Каталог Образовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей

Образовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей

ФГБОУ ВО Тюменский ГМУ Минздрава РоссииКафедра микробиологии Лекция Изучение генетики бактерий представляет интерес в плане: установления закономерностей наследственности и изменчивости бактерий,установления механизмов передачи патогенных свойств,установления механизмов устойчивости микроорганизмов к лекарственным препаратам,получения лечебных, профилактических и диагностических препаратов 1. Генетический аппарат бактерий Основу наследственного аппарата микроорганизмов составляет ДНК (у вирусов - ДНК или РНК) ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АППАРАТ ПРОКАРИОТ НУКЛЕОИДбактериальная хромосома)IS- ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ (Insertion Sequence), ТРАНСПОЗОНЫ,ПЛАЗМИДЫВНЕХРОМОСОМНЫЕФАКТОРЫ:Нуклеоид (бактериальная хромосома) Хромосома бактерийэто молекула ДНК, длиной до 1,0 мм и, чтобы "уместиться" в бактериальной клетке (длина 1,5-3,0 мкм), она не линейная, как у эукариотов, а отдельные гены, кодирующие жизненно важные функции (у кишечной палочки, например, их более «Тень» E. сoli после осмотического шока и высвобождения ДНКГен - это фрагмент молекулы ДНК, контролирует синтез одного белка. Структурные гены (цистроны) – гены, которые несут информацию о синтезируемых микробами ферментах или структурных белках. В генах записана вся генетическая информация относительно всех признаков, присущих клетке или вирионуГенетическая система микроорганизмов уникальным свойством бактериального генома является способность регулировать скорость собственного размножения!Репликация бактериальной ДНК аналогична репликации эукариотической ДНК, т.е. протекает по (во вновь образующейся ДНК одна нить остается старой, а другая – новой).Генетический контроль репликации осуществляется большим количеством генов, локализованных в самой ДНК Репликация ДНКДве цепочки ДНК расходятся и на каждой матрице формируется новая цепь ДНКВ результате образуется две абсолютно Единица процесса репликации участка генома – репликон. Особенности репликации бактериальной ДНК Различают 3 типа удвоения хромосомы (репликация ДНК): Вегетативная репликация хромосомной и плазмидной ДНК обусловливает передачу генетической информации по вертикали (по наследству), Конъюгативная репликация осуществляется при конъюгативном способе обмена генетическим материалом, Репаративная репликация – это механизм посредством которого из ДНК устраняются структурные повреждения, (транскрипция – процесс, посредством которого заключенная в ДНК генетическая информация переписывается в одиночные цепи РНК)Хромосома бактерий состоит из функциональных единиц – Оперон – единица транскрипции. 1 оперон кодирует синтез 1 молекулы иРНК под контролем белка-репрессора.Оперонная регуляция (регуляция на уровне транскрипции) представляет собой Оперон содержит регуляторные элементы:в начале оперона расположены (участок начала транскрипции) и (с которым связывается репрессор), в конце оперона - сигнал к прекращению транскрипции) Регуляция выражения генетической информации у бактерий Опероны, отвечающие за синтез конститутивных ферментов, работают регулярно (не содержат активно действующего оператора)Опероны, кодирующие синтез и ферментов, функционируют непостоянно, а в соответствии с потребностями клетки.Схема регуляции биосинтеза белков-ферментов2. Подвижные генетические элементы Внехромосомные молекулы ДНК представлены ! Особенностью генетической информации, содержащейся во внехромосомных элементах, является её Однако IS-последовательности. Функции (англ. Insertion – вставка, sequence – последовательность )Короткие фрагменты ДНК, не несут структурных генов, а содержат только гены, кодирующие синтез фермента Способны перемещаться как по хромосоме, так и из хромосомы на плазмиду (между хромосомами).IS-вставки одинаковы у разных бактерий.IS-последовательности. Функции Координируют взаимодействие транспозон, плазмид и умеренных фагов как между собой так и с хромосомой бактериальной клетки, обеспечивают их рекомбинацию. Вызывают инактивацию гена, в котором произошла интеграция IS-последовательности (IS-вставки).Спонтанное перемещение IS-вставок может вызвать мутации в исходном или новом участке внедрения.Транспозоны Последовательности ДНК, более крупные, чем IS-вставки, содержат кроме генов, ответственных за транспозицию (перемещение), структурные гены, кодирующие тот или иной признак. Транспозоны ограничены с обеих сторон идентичными IS-вставками, которые обеспечивают им способность перемещаться из одного локуса хромосомы в другие, с хромосомы на плазмиды и наоборот. Транспозоны могут существовать и вне хромосомы, в виде кольцевой молекулы, но только в составе бактериальной хромосомы. Транспозоны кодируют: синтез токсинов,синтез ферментов, расщепляющих углеводы, синтез ферментов, разрушающих антибиотики, что приводит к формированию госпитальных штаммов микробов в условиях стационара Плазмиды Кольцевые суперспиралевидные молекулы ДНК, содержащие от 1 т.н.п. до нескольких сотен т.н.п. Их молекулярная масса может быть в сотни раз больше, чем у транспозонов. Выполняют регуляторные и кодирующие функции. Среда обитания плазмид - только бактерии. Совокупность плазмид, входящих в состав бактериальной клетки, называется плазмотипом Конъюгативные плазмиды (трансмиссивные) находятся отдельно от хромосомы. Способны к автономной репликации и к перемещению из одной клетки в другую3Интегрированные плазмиды (эписомы) способны обратимо встраиваться в бактериальную хромосому. Плазмиды локализуются в цитоплазме,среди бактерий распространяютсяпо вертикалиот материнской к дочерней клеткев процессе деления по горизонтали между взрослыми особями при : трансформации, трансдукцииконъюгации Плазмиды содержат структурные гены, наделяющие бактериальную клетку дополнительными для нее свойствами: R - плазмиды — лекарственной устойчивостью;Col - плазмиды — способностью синтезировать колицины; F - плазмиды — передавать генетическую информацию;Нly - плазмиды — синтезировать гемолизин;Тох - плазмиды — синтезировать токсин;плазмиды биодеградации — разрушать тот или иной субстрат и т. д. R-ПЛАЗМИДА (ФАКТОР РЕЗИСТЕНТНОСТИ) Функции: ДЕТЕРМИНИРОВАНИЕ СИНТЕЗА ФЕРМЕНТОВ, РАСЩЕПЛЯЮЩИХ АНТИБИОТИКИ ТОРМОЖЕНИЕ ПЕРЕНОСА АНТИБИОТИКА ЧЕРЕЗ КЛЕТОЧНЫЕ МЕМБРАНЫПЕРЕДАЧА ПЛАЗМИДЫ ВЫХОДИТ ЗА ПРЕДЕЛЫ ВИДА!COL – ПЛАЗМИДЫ КОНТРОЛИРУЮТ СИНТЕЗ БАКТЕРИОЦИНОВ, КОТОРЫЕ АКТИВНЫ В ОТНОШЕНИИ БЛИЗКОРОДСТВЕННЫХ ВИДОВБАКТЕРИЙ ДЛЯ НИХ ХАРАКТЕРНО ПЕРЕДАЮТСЯ ПРИ ХРОМОСОМОЙ ПЛАЗМИДЫ ПАТОГЕННОСТИ КОНТРОЛИРУЮТ СИНТЕЗ АДГЕЗИНОВ, ИНВАЗИНОВ, ТОКСИНОВ ПЛАЗМИДЫ БИОДЕГРАДАЦИИ КОНТРОЛИРУЮТ УТИЛИЗАЦИЮ НЕКОТОРЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ F-ПЛАЗМИДА (фактор фертильности, плодовитости) КОНТРОЛИРУЕТ СИНТЕЗ СЕКС-ПИЛИ, КОНЪЮГАЦИЮ, ПЕРЕНОС ГЕНОВ ХРОМОСОМЫ И НЕТРАНСМИССИВНЫХ ПЛАЗМИД ОТ ДОНОРА РЕЦИПИЕНТУ МОЖЕТ НАХОДИТЬСЯ КАК В АВТОНОМНОМ СОСТОЯНИИ,ТАК И В СОСТОЯНИИ ИНТЕГРАЦИИ С ХРОМОСОМОЙ БАКТЕРИИ, ОБЛАДАЮЩИЕ F-ПЛАЗМИДОЙ, ДОНОРАМИ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИК Hfr-ШТАММАМ (High Frequency of Recombination –- высокая частота рекомбинаций)З. Изменчивость микроорганизмов ОСНОВНАЯ ФУНКЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОГО АППАРАТА – КОНТРОЛЬ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ И ИЗМЕНЧИВОСТИИЗМЕНЧИВОСТЬ - СВОЙСТВО ОРГАНИЗМОВ ПРИОБРЕТАТЬНОВЫЕ ИЛИ УТРАЧИВАТЬ ИСХОДНЫЕ ПРИЗНАКИ. ИЗМЕНЧИВОСТЬБОЛЬШЕЙ СТЕПЕНИ, ЧЕМ У ВЫСШИХ ОРГАНИЗМОВ, ЧТО СВЯЗАНО: С КОРОТКИМ ПЕРИОДОМ ГЕНЕРАЦИИ, БОЛЬШЕЙ ЧАСТОТОЙ МУТАЦИЙ, ГЕНЕТИЧЕСКИМ ОБМЕНОМ, ВЫХОДЯЩИМ ЗА ПРЕДЕЛЫ ВИДА Два вида изменчивости: Фенотипическая изменчивость (модификационная) не затрагивает генотипГенотипическая изменчивость затрагивает генотип. В её основе лежат мутации и рекомбинации.Виды изменчивостиМутации представляют собой изменения в первичной структуре ДНК, которые выражаются в наследственно закрепленной утрате или изменении какого-либо признака (признаков) Классификация мутаций: По происхождению:По протяженностиПо направленностиПо фенотипическим последствиям:S, R- ДИССОЦИАЦИИ Своеобразная форма мутационной изменчивости бактерий. (гладкие и шероховатые колонии).механизм - инсертационная мутациябиологическое значениеR-формы более устойчивы к физико-химическим факторам внешней средыS-формы более устойчивы к фагоцитозу и действию антителS, R – диссоциации значительно усложняют выделение и идентификацию чистой культурыГенетические рекомбинации - - ПРОЦЕСС ОБРАЗОВАНИЯ ГЕНОМОВ, СОДЕРЖАЩИХ ГЕНЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ОТ ДВУХ РОДИТЕЛЬСКИХ ФОРМ – БАКТЕРИИ-ДОНОРА (D) И БАКТЕРИИ-РЕЦИПИЕНТА (R) ТРАНСФОРМАЦИЯ ТРАНСДУКЦИЯ КОНЪЮГАЦИЯТрансформация Процесс переноса генетического материала, при котором клетка реципиента поглощает генетический материал в форме свободной ДНК от разрушенной клетки, при этом не требуется непосредственного контакта между двумя клетками. Источником ДНК может быть любая убитая культура м/о, но включаться в геном способна только гомологичная ДНК, поэтому 1Что такое трансформация? Гриффитс (1928) показал на Streptococcus pneumoniaeдва штамма: вирулентный и авирулентныйЧто такое трансформация? Хромосомная ДНКФрагменты ДНК клетки-донораКлетка-реципиент поглощает ДНК клетки-донора Рекомбинация между ДНК клетки-донора и ДНК клетки-реципиентаКлетка-реципиентДеградация фрагментов ДНК клетки-донораТрансформантЕсли в организм мыши ввести убитые нагреванием капсульные пневмококки, а потом живые, не бразующие капсул, то последние приобретают способность образовывать капсулы, то есть подвергаются трансформации.СПОСОБНОСТЬ ДНК ПРОНИКАТЬ В КЛЕТКУ РЕЦИПИЕНТА ЗАВИСИТ ОТ «СОСТОЯНИЯ» ДНК (ФРАГМЕНТИРОВАННАЯ МОЛЕКУЛА ДНК) И ОТ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КЛЕТКИ- РЕЦИПИЕНТА КЛЕТКИ, СПОСОБНЫЕ ВОСПРИНИМАТЬ ДОНОРНУЮ ДНК, НАЗЫВАЮТСЯ КОМПЕТЕНТНЫМИ В СОСТОЯНИИ КОМПЕТЕНТНОСТИ КЛЕТОЧНАЯ СТЕНКА БАКТЕРИЙ СТАНОВИТСЯ ПРОНИЦАЕМОЙ ДЛЯ ФРАГМЕНТОВ ДНКПроцесс трансформации включает несколько фаз: Адсорбция ДНК-донора на клетке- реципиенте Проникновение ДНК внутрь клетки-реципиента Соединение ДНК с гомологичным участком хромосомы реципиента с последующей рекомбинациейТрансдукция - перенос генетического материала из одной бактериальной клетки в другую (от донора к реципиенту) с помощью трансдуцирующих (умеренных) бактериофагов.Трансдукция оказывается возможной, если в процессе размножения фага одна из частиц случайно захватывает фрагмент бактериальной хромосомы.Когда такая фаговая частица заражает бактерию- реципиент, бактериальная ДНК проникает в клетку вместе с фаговой ДНК.Между трансдуцированной бактериальной ДНК и гомологичным участком бактериальной хромосомы может произойти обмен и, возникают рекомбинанты, несущие небольшую часть генетического материала клетки-донора. ТРАНСДУКЦИЯDRКонъюгация Перенос части генетического материала путем Трансмиссивные плазмиды кодируют половые пили, образующие конъюгационный мостик между клеткой-донором и клеткой-реципиентом 57Стадии конъюгации Образование и стабилизация межклеточного контакта. При конъюгации F+ клетка присоединяется к F- клетке при помощи F пилиF плазмида реплицируется по механизму катящегося кольца и одна цепь ДНК передается через F- пили в реципиентную клетку На этой цепи в реципиентной клетке синтезируется другая цепь ДНК и, таким образом, в реципиентной клетке появляется точно такая же плазмида как в клетке- донореВ результате конъюгации образуется две F+ клеткиФормирование межклеточного контакта при конъюгации у E.coliКОНЪЮГАЦИЯDRСтадии конъюгации 60Основываясь на прерывании конъюгации через определённые промежутки времени, можно определить порядок расположения генов на хромосоме бактерий – построить хромосомные карты бактерий (провести картирование бактерий)61Генетическая карта хромосомы E. Coli4. Биотехнология, генетическая инженерияБиотехнология – это наука, которая изучает биологические процессы, протекающие в живых организмах и системах, и возможность их использования для получения в промышленных условиях продуктов необходимых для человека Медицинская биотехнология занимается производством при помощи микробов ВитаминыВакциныГормоныАнтибиотикиСывороткиВысокоспецифические антителаДиагностические препараты и др.Прикладные аспекты генетики бактерий ДИАГНОСТИКАЛ Е Ч Е Н И Е ПРОФИЛАКТИКАГ Е Н Н А Я ИНЖЕНЕРИЯПолучение рекомбинантных штаммов методом генной инженерии: Выделение участка ДНК из разных организмов с помощью фермента рестриктазы2. Получение рекомбинантных молекул ДНК с помощью вектора и ферментов (лигазы).Вектор В качестве вектора используются: вирусы, космиды (гибрид бактериофага и плазмиды)3. Введение рекомбинантной молекулы в реципиентные клетки В качестве реципиентов используются:кишечные палочкибациллы псевдомонадыдрожживирусы674. Создание условий для размножения рекомбинантных штаммов и секреции продуктов, кодируемых встроенными генамиВ результате мы получаем клетку с рекомбинантной ДНК и с заранее известными наследственными свойствами Препараты, полученные методом генной инженерии РекомбинантныештаммыПрепараты E. coliα-интерферон (из 1 л - 100-150 доз)Соматотропин (из 1 л – 100 мг гормона)ИнсулинИнтерлейкины 1,2,3Ds-кумы (антигены ВИЧ)Фактор роста фибробластовФактор некроза опухолейФактор свертывания крови ( VII и IX)Фактор роста В- лимфоцитовДрожжиВакцина против гепатита В (Энджерикс В) Ds-кумы (антигены ВИЧ)Псевдомонадыα - интерферон Вирус осповакциныРекомбинантные вакцины:Моновалентные- гриппозная- герпетическая- гепатита В- малярийного плазмодия2. Поливалентные- против гепатита В, бешенства, клещевого энцефалита- ветряной оспы, гепатита АШтаммы БЦЖСекретируют протективные антигены, а также интерлейкины, γ – интерферон, гранулоцитостимулирующий фактор. Эффективны в отношении туберкулеза и рака мочевого пузыря.Благодарю за внимание Благодарю за вниманиеГЕНОТИПИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ РЕКОМБИНАЦИИМ У Т А Ц И ИКонъюгацияФЕНОТИПИЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ ИЗМЕНЧИВОСТИАДАПТАЦИИПОПУЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗСЕЛЕКЦИЯ КЛОНОВТрансфор-мацияТрансдукцияСпонтанныеИндуциро-ванныеДИССОЦИАЦИИ перейти в каталог файлов

Образовательный портал Как узнать результаты егэ Стихи про летний лагерь 3агадки для детей