Кольцевая днк. Днк бактерия в мазке расшифровка Есть ли днк у бактерий

ГЕНЕТИКА БАКТЕРИЙ

Цель лекции: ознакомить студентов с основами генетики бактерий, с основными методами генодиагностики.

План лекции

1. Особенности организации ядерного аппарата бактерий.

2. Состав бактериального генома.

3. Изменчивость бактерий.

4. Рекомбинации у бактерий и их особенности.

5. Генодиагностика.

6. Классификация бактерий.

1.Особенности морфологической организации ядерного аппарата бактерий:

- не имеет ядерной мембраны, ядрышка; носит название нуклеоид;

- носителем генетической информации является ДНК. Если у эукариот ДНКлинейная, то у большинства бактерий - кольцевая, и одна нить фиксирована на цитоплазматической мембране. Если раскрутить ДНК, то длина её будет в сотни раз превышать длину клетки. ДНК бактерий суперспирализована.

- бактериальная клетка содержит одну хромосому, т.е. бактерии являются гаплоидными организмами.

2. Биохимические особенности .

- ДНК бактерий имеет тот же состав, что и ДНК эукариот.

- у бактерий в составе ДНК могут находиться минорные основания, наличие которых защищает ДНК от действия собственных эндонуклеаз.

- в геноме патогенных бактерий имеются участки ДНК, которые отличаются от основного генома составом Г-Ц пар нуклеотидных оснований. Эти участки ответственны за синтез факторов патогенности-острова патогенности.

- ДНК бактерий не содержит гистонов, а их роль выполняют полиамины. Бактериальный геном представлен структурами, которые способны к

автономной репликации. Таких структур две: хромосомы , в которых закодирована вся жизненно необходимая информация (в хромосоме бактерий содержится до 3 тыс. различных генов), и плазмиды .

Плазмиды - это ДНК, которые имеют кольцевую природу. Плазмиды в клетке могут находиться в одном из двух альтернативных состояний: в свободном или интегрированном с хромосомой.

В плазмидах закодирована дополнительная генетическая информация, которая не является жизненно необходимой для клетки, но наличие этой информации сообщает ей определенные селективные преимущества. В состав плазмид входят:

Структурные гены; -гены, отвечающие за собственную репликацию плазмиды.

Некоторые плазмиды имеют гены, обеспечивающие трансмиссивность плазмиды - tra-гены.

По кодируемому признаку различают:

- R плазмидыкодируют лекарственную устойчивость бактерий;

- F (sex) плазмиды - определяют способность клетки быть донором генетической информации;

- Col плазмида - кодирует синтез бактериоцинов;

- плазмиды, отвечающие за синтез факторов вирулентности (Ent-, Hly-)

и другие плазмиды.

В состав бактериального генома входят подвижные генетические элементы: IS-элементы (insertion sequences), транспозоны и интегроны. Они обнаружены как в составе бактериальной хромосомы, так и в составе плазмид. Их репликация – составная часть репликации хромосомы и плазмиды.

IS-элементы - короткие (2000) нуклеотидные последовательности. Отличительной особенностью IS-элементов является наличие на концах инвертированных повторов, которые узнает транспозаза. Они не несут структурных генов; одинаковы у бактерий разных видов, родов, и даже считается, что они одинаковы у прокариот и у эукариот. IS-элементы могут перемещаться как по хромосоме, так и между хромосомами. Они содержат 2 гена:1-й кодирует синтез транспозазы; этот фермент обеспечивает процесс исключения IS элемента из хромосомы и его интеграцию в новой локус хромосомы. 2-й ген кодирует синтез репрессора, который регулирует весь процесс перемещения.

Транспозоны – это сегменты ДНК, обладающие теми же свойствами, что и ISэлемент, но имеющие структурные гены.

Интегроны – подвижные генетические элементы; они содержат ген, кодирующий устойчивость к антибиотикам. Интегроны являются системой захвата малых элементов ДНК, называемых генными кассетами посредством сайтспецифической рекомбинации и их экспрессии.

Значение мобильных элементов.

Перемещаясь по ДНК клетки или между ДНК разных клеток, они вызывают:

- инактивацию генов тех участков ДНК, куда они, переместившись, встраиваются;

- повреждения генетического материала;

- встраивание плазмиды в хромосому;

- распространение гена в популяции бактерий.

Бактериям, как и всем живым существам, свойственна изменчивость. Изменчивость у эукариот происходит по вертикали, у бактерий – и по вертикали, и по горизонтали.

Различают два вида изменчивости: - фенотипическая -генотипическая.

Фенотипическая изменчивость проявляется в виде модификаций - это изменение свойств клетки под влиянием внешних воздействий.

Модификации могут быть длительными и кратковременными. Модификационные изменения касаются подавляющего большинства клеток популяции.

Генотипическая - это мутации или рекомбинации. Мутации могут быть спонтанными и индуцированными.

Рекомбинации - это взаимодействие между двумя геномами, обладающими различными генотипами, которое приводит к образованию генома, сочетающего гены донора и реципиента. В процессе рекомбинации бактерий условно делят на клетки-доноры, которые передают генетический материал, и клетки-реципиенты, которые его принимают. Рекомбинация у бактерий рассматриваются как аналоги полового размножения.

Особенности рекомбинаций у бактерий:

- отсутствует мейоз. Образуется не зигота, а меразигота.

- всегда направлена от донора к реципиенту.

- количество генетического материала у рекомбинанта всегда больше одного. Рекомбинант содержит всю генетическую информацию реципиента и часть

генетической информации донора.

У эукариот механизм рекомбинации один – мейоз; у бактерий различают три вида рекомбинаций:

1) трансформацияэто обмен генетической информации с помощью чистой ДНК.

2) трансдукция – этот способ переноса генетической информации с помощью фагов.

3) конъюгация – это способ передачи генетической информации, когда между двумя бактериями образуются цитоплазмические мостики. При конъюгации

в клетку-реципиент может перейти почти весь геном.

Генетические методы применяются в практических целях как для обнаружения микроба в исследуемом материале без выделения чистой культуры, так и для определения таксономического положения микроба и проведения внутривидовой идентификации.

Секвенирование генома – определение последовательности пар нуклеотидов ДНК.

Рестрикционный анализ – этот метод основан на применении ферментов рестриктаз – это эндонуклеазы, которые расщепляют молекулу ДНК только в определённых местах. Если выделенную из конкретного материала ДНК обработать определенной рестриктазой, то это приведет к образованию строго определенного количества фрагментов ДНК фиксированных размеров.

Риботипирование – позволяет определить вид бактерий. Последовательность нуклеотидных оснований в оперонах, кодирующих рРНК, характеризуется наличием как консервативных участков, которые имеют сходное строение у различных бактерий, так и вариабельных последовательностей, которые родо- и видоспецифичны и являются маркерами при генетической идентификации.

Молекулярная гибридизация – применяется в геносистематике. Этот метод позволяет выявить степень сходства различных ДНК.

ПЦР используется для обнаружения генов или соответствующих нуклеотидных последовательностей, кодирующих либо видовую принадлежность, либо иной признак.

Метод ПЦР основан на принципе комплементарности и позволяет увеличивать (амплифицировать) количество исследуемого образца ДНК. Этот метод обладает чрезвычайно высокой чувствительностью и теоретически позволяет обнаружить в исследуемом материале даже единичные молекулы ДНК.

Разновидности ПЦР:

- ПЦР в режиме реального времени; даёт возможность определить количество фрагментов ДНК находящегося в материале, т.е. проводить количественный анализ;

- мультиплексная ПЦР – преимущество заключается в том, что в реакционную смесь можно вводить 2 – 4 и более пары праймеров. Они характерны для различных возбудителей.

- обратнотранскрипционная ПЦР – позволяет осуществить копирование РНК возбудителей.

ДНК – чипы являются новейшими технологиями гибридизационных методов молекулярно-генетического анализа. Они представляют собой носители известных олигонуклеотидов (менее 20 оснований каждый), комлементарных участкам исследуемого генома (или геномов) и занимающих определенный сайт (ячейку). При наличии в исследуемой пробе фрагментов искомой ДНК они гибридизуются (соединяются по принципу комплементарности) с нуклеотидными последовательностями, сидящими на чипе.

Классификация бактерий.

Основной таксономической единицей у бактерий является вид. Для обозначения вида у бактерий используется двойная (бинарная) номенклатура

Вид у бактерийэто совокупность родственных бактерий, которые обладают сходными биологическими свойствами и имеют общее происхождение. В настоящее время существует 3 подхода к классификации бактерий:

1. Рутинная классификация.

Она лежит в основе определителя бактерий под редакцией Берджи.

2. Нумерическая таксономия.

3. Геносистематика.

Заключение: студенты ознакомлены с основами генетики бактерий, с основными методами генодиагностики.

Именительный вокативный.

Основные Значения Именительного Падежа

Именительный падеж имеет следующие значения:

именительный субъектный;

существительное в этом значении обозначает предмет речи, субъект (производитель) действия, носителя признака, в предложении является подлежащим: Мама моет раму. Дом строится рабочими.

именительный предикативный;

существительное в этом значении обозначает признак предмета речи, в предложении является сказуемым: Москва – столица Российской Федерации. Мой брат – банкир.

именительный объектный;

существительное обозначает объект действия, субъект действия при этом выражен творительным падежом, указанное значение встречается в страдательной конструкции: Дом строится рабочими. Книга издается издательством.

именительный аппозитивный;

существительное выполняет функцию несогласованного определения (приложения): Там рысь, охотница седая, бежит, на лапы припадая.

Существительное является обращением, не выполняет синтаксической функции: Люди, будьте внимательны друг к другу.

Парадигма считается полной, если существительное имеет 12 падежных форм: 6 форм единственного и 6 форм множественного числа; поскольку изменяться по числам свойственно только конкретным существительным, другие ЛГР имеют неполную парадигму по числу.

Перитрихи. Жгутики расположены по всей поверхности клеточной стенки (бактерии семейств Enterobacteriaceae и Bacillaceae).

Монотрихи. Один толстый жгутик на одном конце (вибрионы).

Политрихи. Пучок из 2-50 жгутиков, видимый как одиночный.

Полярные жгутики прикреплены к одному или обеим концам бактерии. Лофотрихи – пучок жгутиков на одном конце бактерии (Pseudomonas). Амфитрихи – биполярно расположенные пучки (Spirillum).

Микроворсинки (пили, фимбрии) это белковые волоски (от 10 до нескольких тысяч) толщиной 3-25 нм и длиной до 12 мкм.

А. Обыкновенные пили. Многие грамотрицательные бактерии имеют длинные и тонкие пили (фимбрии), начинающиеся на цитоплазматической мембране и пронизывающие клеточную стенку. Они образованы белками одного типа, молекулы которых формируют спиральную нить. Их основная функция – прикрепление бактерий к субстратам , например поверхности слизистых оболочек, что является важным фактором колонизации и инфицирования. Кроме того, увеличение площади поверхности бактериальной клетки дает ей дополнительные преимущества в утилизации питательных веществ окружающей среды.

Б. F-пили (фактор фертильности) – специальные образования, участвующие в коньюгации бактерий. Имеют вид полых белковых трубочек длиной 0,5-10 мкм. Их образование кодируется плазмидами.

Клеточная оболочка большинства бактерий состоит из клеточной стенки и находящейся под ней цитоплазматической мембраны.

Клеточная стенка бактерий тонкая, эластичная и ригидная, может полностью отсутствовать у некоторых бактерий (например, L-форм и микоплазм). Клеточная стенка защищает бактерии от внешних воздействий, придает им характерную форму, через нее осуществляется транспорт питательных веществ и выделение метаболитов. На ее поверхности располагаются разнообразные рецепторы для бактериофагов, бактериоцинов и различных химических веществ. КС поддерживает постоянство внутренней среды и выдерживает значительное давление изнутри (например, парциальное давление внутриклеточных веществ грамположительных бактерий может достигать 30 атмосфер). Структура и состав элементов КС определяют способность воспринимать красители, т.е. их тинкториальные свойства . В основу одного из основных принципов дифференциации бактерий положена способность воспринимать и удерживать внутри клетки красящий комплекс генцианового фиолетового с йодом, либо терять его после обработки спиртом (окраска по Граму). Соответственно выделяют грамположительные (окрашиваются в фиолетово0пурпурный цвет) и грамотрицательные (красного цвета).

Основной компонент КС бактерий – пептидогликан (муреин). Пептидогликана относительно больше в грамположительных бактериях: доля муреиновой сети толщиной примерно в 40 слоев составляет 30-70% сухой массы КС. Грамотрицательные бактерии содержат всего 1-2 слоя муреина, составляющего около 10% сухой массы КС.

Пептидогликан представлен полимерными молекулами, состоящими из повторяющихся дисахаридных групп, в образовании которых участвуют N-ацетилглюкозамин и N-ацетилмурамовая кислота , последняя связывает дисахариды с олигопептидами (из 20 известных аминокислот в КС бактерий найдены лишь 4 – глутаминовая кислота, глицин, лизин и аланин). В состав КС бактерий также входят уникальные аминокислоты, например диаминопимелиновая и D-изомеры глутаминовой кислоты и аланина. Лизоцим гидролизует пептидогликан, расщепляя гликозидные связи между N-ацетилглюкозамином и N-ацетилмурамовой кислотой.

Перекрестное связывание пептидогликана заключается в образовании пептидной связи между терминальным остатком боковой пептидной цепи (обычно D-аланином) с предпоследним остатком примыкающей боковой цепи (L-лизином или диаминопимелиновой кислотой).

Грамположительные бактерии имеют несложно организованную, но мощную КС, состоящую преимущественно из множественных слоев пептидогликана, включающих уникальные полимеры тейхоевых кислот – цепи из 8-50 остатков глицерина или рибита, связанные между собой фосфатными мостиками.

Грамотрицательные бактерии имеют более тонкую (по сравнению с грамположительными бактериями) КС, включающую бимолекулярный слой пептидогликана и не содержащую тейхоевой кислоты.

Поверх пептидогликанового слоя расположена дополнительная, или внешняя мембрана. Её толщина превышает размеры монослоя пептидогликана.

Компоненты внешней мембраны: фосфолипидный бислой, белки, полисахариды и ЛПС, расположенные мозаично.

Фосфолипидный бислой прикреплен к пептидогликану липопротеинами, пересекающими периплазматическое пространство.

Белки , в том числе порины , образующие трансмембранные каналы, вовлечены в транспорт ионов и гидрофильных соединений из внешней среды в периплазму.

ЛПС образован из липидной части (липид А), насыщенной полисахаридами сердцевины и боковых полисахаридных цепей. Полисахаридная часть ЛПС обладает иммуногенными свойствами и называется О-Аг. Липидная часть термоустойчива и отвечает за биологические эффекты эндотоксина.

Аутолизины . КС бактерий содержат аутолизины – ферменты, растворяющие пептидогликановый слой. Их активность необходима для процессов роста КС, разделения клеток, споруляции и достижения состояния компетентности при трансформации.

Цитоплазматическая мембрана (иначе клеточная, или плазматическая мембрана) – физический, осмотический и метаболический барьер между внутренним содержимым бактериальной клетки и внешней средой. ЦПМ имеет сложную трехслойную структуру, для неё характерна выраженная избирательная проницаемость. У некоторых бактерий между ЦПМ и КС располагается периплазматическое пространство – полость, заполненная ферментами (рибонуклеазы, фосфатазы, пенициллиназы и др.), у грамотрицательных бактерий ферменты свободно изливаются в окружающую среду. ЦПМ бактерий состоит из белков, липидов, углеводов и РНК.

Белки ЦПМ разделяют на структурные и функциональные. Последние включают ферменты, участвующие в синтетических реакциях на поверхности мембраны, окислительно-восстановительных процессах, а также некоторые специальные энзимы (например, пермеазы ).

В ЦПМ расположена система электронного транспорта бактерий, обеспечивающая энергетические потребности.

Мезосомы – сложные инвагинации ЦПМ, функции которых до сих пор полностью не установлены. Известно, что они ассоциированы с нуклеоидом и имеют отношение к делению клеток и спорообразованию.

Удаление КС, защищающей прилежащую ЦПМ, приводит к лизису бактерий либо к образованию протопластов и сферопластов, различающихся по происхождению (из грамположительных или грамотрицательных бактерий соответственно), а также по осмотической устойчивости. Пребывая в изотонической среде, бактерии, лишенные КС, способны поглощать О 2 и выделять СО 2 , а также размножаться.

L-формы. Под влиянием некоторых внешних факторов бактерии способны терять КС, образуя L-формы (названы в честь Института им. Д.Листера, где были впервые выделены). Подобная трансформация может быть спонтанной (например, у хламидий) или индуцированной (например, под действием антибиотиков). Выделяют стабильные и нестабильные L-формы. Первые не способны к реверсии, а вторые реверсируют в исходные формы после удаления причинного фактора.

Представители группы микоплазм (класс Mollicutes) не имеют клеточных стенок.

Цитоплазма бактерий – матрикс для реализации жизненно важных реакций – отделена от КС цитоплпзматической мембраной. Цитоплазма большинства бактерий содержит ДНК, рибосомы и запасные гранулы; остальное пространство занимает коллоидная фаза, её основные составляющие – растворимые ферменты и РНК (матричные и транспортные РНК). Разнообразные органеллы, характерные для эукариотических клеток, у бактерий отсутствуют, а их функции выполняет бактериальная ЦПМ.

ДНК . В бактериальной клетке нет ядерной мембраны. ДНК сконцентрирована в цитоплазме в виде клубка, называемого нуклеоидом, или генофором.

Генофор бактерий представлен двойной спиральной кольцевой ковалентно замкнутой суперспирализованной молекулой ДНК, составляющей 2-3% сухой массы клетки (более 10% по объему). Длина контура молекулы варьирует от 0,25 до 3 мм. Суперспираль бактериальной ДНК не содержит гистонов. Объем генетической информации, кодируемой в генофоре, различается между видами (например, геном Escherichia coli кодирует примерно 4 000 различных полипептидов).

Плазмиды . У бактерий может присутствовать дополнительная молекула ДНК в виде внехромосомных элементов либо интегрированных в генофор. Подобные включения называют плазмидами (соответственно эписомальные или интегрированные ). Для ДНК эписом тоже характерна кольцевая форма, но по размеру эписомы меньше бактериальной хромосомы. Плазмиды несут ряд различных генов и часто определяют вирулентность бактерий, но информация, содержащаяся в плазмидах, не является абсолютно необходимой для бактериальной клетки.

Рибосомы бактерий – сложные глобулярные образования, состоящие из различных молекул РНК и многих связанных с ними белков. Всё образование функционирует как локус синтеза белков.

70S рибосомы . Диаметр бактериальных рибосом около 20 нм. Коэффициент седиментации – 70S (единиц Сведберга). Рибосомы бактерий состоят из двух субъединиц с коэффициентом седиментации 50S для одной и 30S для другой. Объединение субъединиц происходит перед началом синтеза белка. В зависимости от интенсивности роста бактериальная клетка может содержать от 5 000 до 50 000 рибосом.

Бактериостатические антибиотики (стрептомицин, тетрациклин, левомицетин) ингибируют синтез белка, блокируя некоторые метаболические процессы, протекающие в рибосомах бактерий.

Запасные гранулы содержат временный избыток метаболитов. Наличие и количество гранул изменяются в зависимости от вида бактерий и их метаболической активности. В виде гранул могут запасаться полисахариды (крахмал, гликоген, гранулёза), жиры (триглицериды, сходные с жирами высших животных, запасаются у дрожжей рода Candida; воска – у микобактерий и нокардий; полимеры β-оксимасляной кислоты – например в клетках Bacillus megaterium), полифосфаты (например, волютин, впервые обнаруженный у Spirillum volutans), сера (у бактерий, окисляющих сульфид до сульфата), белки – например, протоксин (у Bacillus thuringiensis и родственных видов).

Генетический материал бактерий представлен нуклеоидом, плазмидами, транспозонами и вставками-последователь-ностями.

Нуклеоид, илибактериальная хромосома, представляет собой двухнитевую кольцевую ДНК, не отделённую мембраной от цитоплазмы. Нуклеоид фиксирован специальными рецепторами к цитоплазматической мембране вблизи мезосомы – инвагинации мембраны, участвующей в делении клетки. Молекулярная масса ДНК у бактерий сравнительно велика и составляет, в среднем, 10 10 Д (5 * 10 6 пар оснований; геном человека составляет 2,9 * 10 9 пар оснований). Молекула хромосомной ДНК находится в суперспирализованной форме и свёрнута в виде петель, число которых составляет 12-80 на хромосому. Петли в центре нуклеоида объединены за счёт молекулы 4,5S-РНК. Такая упаковка ДНК не препятствует её репликации и обеспечивает постоянную транскрипцию отдельных оперонов. Нуклеоид является жизненно необходимой генетической структурой, поскольку содержит информацию, нужную для обеспечения конструктивного и энергетического метаболизма бактерий. При благоприятных условиях количество копий ДНК в интерфазе может увеличиваться и достигать значений, эквивалентных по массе 2, 4, 6 и даже 8 нуклеоидам. Это уникальное свойство бактериального генома позволяет бактериям регулировать метаболизм и скорость собственного размножения.

Нуклеоид состоит из структурно-функциональных фрагментов ДНК – генов, каждый из которых контролирует синтез 1 белка (рис. 1). Гены в нуклеоиде бактерий расположены дискретно – последовательно один за другим. Число генов достигает 400-600 у хламидий, 1000 – у риккетсий, 2500-3000 – у кишечной палочки.

Рисунок 1

Структурно-функциональная организация бактериальной ДНК

Гены, несущие информацию о синтезируемых бактерией ферментах или структурных белках, называются структурными генами , или генами-цистронами . Гены-цистроны управляются функциональным геном – геном-оператором , с которым гены-цистроны образуют более сложную структурно-функциональную единицу ДНК – оперон . В пределах гена-оператора находятся следующие элементы: промотор (область, с которой взаимодействует РНК-полимераза), энхенсор (область, усиливающая транскрипцию оперона); аттенуатор (область, ослабляющая работу оперона), терминатор (область, блокирующая работу оперона). В свою очередь, оперон или группа оперонов находятся под управлением 1 гена-регулятора . Так образуется более сложная структурно-функциональная единица – регулон .

Гены, содержащие информацию о том или ином соединении, принято обозначать строчными начальными буквами латинского алфавита со знаком «+», соответствующими названию данного соединения. Например, arg + - аргининовый ген, his + - гистидиновый ген, lac + - лактозный ген и т.д. Отсутствие данного гена обозначают знаком «-» (arg - , his -). Гены, обусловливающие резистентность к лекарственным препаратам, фагам, обозначают буквой r (от англ. resistant –резистентный). Например, резистентность к пенициллину записывают pen r , а чувствительность – pen s (от англ. sensitive – чувствительный).

К внехромосомным факторам наследственности у бактерий относятся плазмиды, транспозоны, вставки-последовательности. В отличие от нуклеоида, все они не являются жизненно необходимыми для бактерий, поскольку не несут информации о синтезе ферментов, участвующих в энергетическом или конструктивном метаболизме. Вместе с тем, внехромосомные факторы наследственности способны наделять бактерии определёнными селективными преимуществами.

Плазмиды представляют собой кольцевые суперспирализованные молекулы двухнитевой ДНК, содержащие 1500-400000 пар нуклеоидов. Молекулярная масса бактериальных плазмид составляет 10 6 -10 8 Д. Плазмиды могут содержать до 90 генов, которые контролируют саморепликацию плазмид, их самоперенос или мобилизацию на перенос, специфические функции самой плазмиды, а также свойства, привносимые в бактериальную клетку. Плазмиды, свободно расположенные в цитоплазме, называются автономными . Они имеют кольцевую структуру, реплицируются независимо от нуклеоида и могут быть представлены несколькими копиями. Плазмиды, встроенные в нуклеоид, называются интегрированными . Такие плазмиды имеют линейную структуру, реплицируются синхронно с нуклеоидом и представлены 1 копией. Интеграция плазмид происходит только в гомологичные участки бактериальной хромосомы.

В зависимости от способности передаваться при конъюгации от одной бактерии к другой плазмиды разделяют на конъюгативные и неконъюгативные . Конъюгативные плазмиды способны к самопереносу, то есть не только могут переходить от клетки-донора к клетке-реципиенту, но и отвечают за образование конъюгативных пилей (F-плазмиды). Неконъюгативные плазмиды передаются дочерним бактериям при бинарном делении материнской клетки, при трансформации и трансдукции. Неконъюгативные плазмиды неспособны самостоятельно индуцировать конъюгацию, но могут быть перенесены при конъюгации из одной бактерии в другую в случае интеграции с конъюгативными плазмидами.

Плазмиды осуществляют 2 функции – регуляторную и кодирующую. Первая заключается в компенсации нарушений структуры ДНК нуклеоида посредством встраивания в повреждённый участок и восстановления его функций. Кодирующая функция плазмид состоит во внесении в бактериальную клетку новой генетической информации, что проявляется появлением у бактерий нового признака (например, устойчивости к антибиотикам).

Классификация плазмид основана на том, что родственные плазмиды неспособны стабильно сосуществовать в одной клетке, одна из них подвергается элиминации. Несовместимые плазмиды объединяют в одну inc-группу (от англ. incompatibility – несовместимость). Inc-группа соответствует биологическому виду. Например, плазмиды энтеробактерий разделены на 39 inc-групп (incB, incC, incD и т.д.). Плазмиды, относящиеся к одной и той же inc-группе, имеют сходную молекулярную массу, высокую степень гомологии ДНК, наделяют клетку подобными морфологическими и серологическими свойствами.

По функциональной направленности выделяют: конъюгативные (F-), резистентности (R-), бактериоциногенные (Col-), патогенности (Ent-, Hly-), биодеградативные и криптические плазмиды.

F-плазмиды (от англ. fertility – плодовитость) содержат гены, контролирующие образование конъюгативных пилей (F-пилей), необходимых при конъюгации бактерий-доноров (F +) с бактериями-реципиентами (F -). Перенос генетического материала у F-плазмиды детерминирует tra-оперон (от англ. transfer – перенос). F-плазмиды могут находиться как в автономном, так и в интегрированном состоянии. Автономные F-плазмиды реплицируются независимо от нуклеоида и способны передаваться клеткам-реципиентам при конъюгации. Интегративное состояние F-плазмиды обратимо.

R-плазмиды (от англ. resistance – устойчивость) содержат гены, обеспечивающие бактериям устойчивость к лекарственным препаратам. R-плазмиды относятся к конъюгативным плазмидам, поскольку, наряду с генами резистентности, содержат все гены, ответственные за перенос факторов устойчивости из клетки в клетку. За устойчивость к какому-либо антибиотику отвечает r-ген, в состав которого могут входить вставки-последовательности и транспозоны. Многие r-гены являются транспозонами. Tra-оперон R-плазмид обеспечивает их конъюгативность.

Бактериоциногенные плазмиды содержат гены, кодирующие белки бактериоцины , которые вызывают гибель бактерий того же вида или близких видов. Первые бактериоцины – колицины были обнаружены у Escherichia coli (отсюда Col-плазмиды). Подобные бактериоцины выявлены у бактерии чумы (пестицины), стафилококков (стафилоцины), холерных вибрионов (вибриоцины). Бактериоцины способствуют выживанию бактерий, их продуцирующих, подавляя жизнедеятельность конкурентных микроорганизмов. Бактериоциногенные плазмиды относительно крупные (молекулярная масса 25-150 * 10 6 Д), присутствуют в бактериальной клетке в количестве 1-2 копий, преимущественно в автономном состоянии; конъюгативны (имеют tra-оперон). Широко распространены среди грамотрицательных бактерий.

Плазмиды патогенности контролируют токсинообразование и вирулентные свойства бактерий. К ним относятся Ent-плазмиды (обусловливают синтез энтеротоксинов), Hly-плазмиды (кодирует синтез гемолизинов), CFA-плазмиды (контролируют адгезию, колонизацию и некоторые антигены), а также F-, R- и Col-плазмиды, содержащие tox-гены, отвечающие за токсинообразование.

Биодеградативные плазмиды содержат гены, кодирующие сахаролитические, протеолитические и другие ферменты, позволяющие разрушать органические и неорганические соединения, в том числе содержащие тяжёлые металлы. Наличие плазмид биодеградации у патогенных или условно-патогенных для человека бактерий придаёт им преимущество перед представителями аутохтонной микрофлоры. Например, кишечная палочка, содержащая плазмиду биодеградации с геном уреазы, способна ферментировать мочевину и выживать в мочеполовом тракте.

Криптические (скрытые) плазмиды не содержат генов, которые можно было бы выявить по их фенотипическому проявлению.

Таблица 2

Сравнительная характеристика плазмид и вирусов

Траспозоны или Тn-элементы (от англ. transposition – транспозиция, изменение своего местоположения) представляют собой линейные фрагменты ДНК, состоящие из 2000-25000 пар нуклеотидов (рис. 2).

В состав транспозона входят: (1) транспозируемые структурные и/или функциональные гены; (2) 2 вставки-последовательности (Is-элементы); (3) прямые повторяющиеся последовательности (ограничивающие транспозоны). Транспо

Вставки-последовательности или Is-элементы (от англ. insertion – вставка и sequence – последовательность) представляют собой линейные фрагменты ДНК, содержащие 800-1500 пар нуклеоидов. Структурная организация Is-элементов представлена на рис. 3.

Кроме очень большой кольцевой хромосомы, расположенной в ядерной зоне, большинство бактерий содержат одну или несколько небольших кольцевых молекул ДНК, которые находятся в свободном состоянии в цитоплазме клетки.

Рис. 27-20. Электронные микрофотографии плазмид, выделенных из двух видов бактерий. А. Плазмида из Е. coli, которая придает клеткам устойчивость к тетрациклину. Б. Плазмиды из Neisseria gonorrhoeae - бактерии, вызывающей гонорею. Большинство молекул находится в релаксированном состоянии. На примере скрученных сверхспиралъных плазмид (одна из них в центре фотографии) видно, насколько эффективной может оказаться компактная упаковка колъцбвой ДНК в рефльтате отрицательных поворотов.

Эти экстрахромосомные элементы называют плазмидами (рис. 27-20). В большинстве своем плазмиды очень малы и содержат всего лишь несколько генов, т. е. гораздо меньше, чем бактериальная хромосома, в которой генов тысячи. В некоторых клетках, однако, плазмиды могут быть достаточно большими. Плазмиды несут генетическую информацию и реплицируются с образованием дочерних плазмид, которые при делении клетки переходят в дочерние клетки. В течение многих циклов деления клетки плазмиды «живут» своей собственной, обособленной от хромосомной ДНК «жизнью». Однако иногда они могут встраиваться в хромосомную ДНК и с таким же успехом покидать ее.

Некоторые плазмиды несут гены, которые определяют устойчивость бактерии-хозяина к антибиотикам, например тетрациклину и стрептомицину. Бактерии, содержащие такие плазмиды, устойчивы к этим антибиотикам. При лечении бактериальной инфекции антибиотиком эти клетки могут выжить в организме человека, так как антибиотик убивает только чувствительные к нему клетки. Устойчивые к антибиотику клетки могут затем размножаться и вызывать инфекцию, которую нельзя сдержать антибиотиком.

По этой причине антибиотики не следует применять для лечения инфекций без разбора: всегда необходимо быть уверенным в том, что возбудитель данной болезни чувствителен к используемому антибиотику. Плазмиды могут переноситься из устойчивых к антибиотику клеток в чувствительные клетки того же или другого вида, делая эти клетки устойчивыми.

Другая важная особенность плазмид состоит в том, что их можно очень легко выделить из бактериальных клеток. В выделенную плазмиду можно встроить новые гены из других видов и затем такую модифицированную плазмиду ввести обратно в обычную для нее клетку-хозяина. Такая плазмида, несущая чужеродный ген, будет реплицироваться и транскрибироваться и может заставить клетку-хозяина синтезировать белки, кодируемые искусственно встроенным геном, даже если он не является частью нормального генома клетки. Позже мы увидим, как получают такие рекомбинантные ДНК, как они транскрибируются и транслируются с образованием потенциально полезных продуктов.

ДНК-содержащие вирусы имеют либо собственные ферменты репликации (в капсиде), либо в их геноме закодирована информация о синтезе вирусных ферментов, обеспечивающих репликацию вирусной нуклеиновой кислоты. Количество этих ферментов различно в применении к разным вирусам. Например, в геноме бактериального вируса Т4 закодирована информация о синтезе около 30 вирусных ферментов. Далее геном крупных вирусов кодирует нуклеазы, разрушающие ДНК клетки-хозяина,а также белки, воздействие которых на клеточную РНК-полимеразу сопровождается тем, что «обработанная таким образом РНК-полимераза транскрибирует на разных стадиях вирусной инфекции разные вирусные гены. Напротив, малые по размерам ДНК-содержащие вирусы в большей мере зависят от ферментов клеток-хозяев. Например, синтез ДНК аденовирусов обеспечивается клеточными ферментами.[ ...]

Бактериальные ДНК - это высокополимерные соединения, состоящие из большого числа нуклеотидов - полинуклеотиды с молекулярным весом около 4 млн. Молекула ДНК представляет собой цепь нуклеотидов, где расположение их имеет определенную последовательность. В последовательности расположения азотистых оснований закодирована генетическая информация каждого вида. Нарушение этой последовательности возможно при естественных мутациях или же под влиянием мутагенных факторов. При этом микроорганизм приобретает или утрачивает какое-либо свойство. У него наследственно изменяются признаки, т. е. появляется новая форма микроорганизма. У всех микроорганизмов - прокариотов и эукариотов - носителями генетической информации являются нуклеиновые кислоты - ДНК и РНК. Лишь некоторые вирусы представляют собой исключение: у них ДНК отсутствует, а наследственная информация записана или отражена только в РНК.[ ...]

В бактериальных клетках в общем количестве оснований ДНК 32-65 мол.% гуанина и цитозина.[ ...]

Ядро бактериальной клетки. Примерно 1-2% веса сухой массы микроорганизмов приходится на ДНК, в которой заложена генетическая информация организма. У большинства микроорганизмов имеются области (или несколько областей), в которой сконцентрировано основное количество ДНК, имеющие определенную структуру (или органеллу) и называющиеся ядром. Ядро (или ядерное вещество) связано с цитоплазматической мембраной, независимо от того, окружено оно элементарными мембранами (как у амебы) или не имеет их (как у бактерий и сине-зеленых водорослей). Ядерное вещество активизируется в период размножения и при наступлении возрастных изменений, связанных со старением клетки.[ ...]

Сегмент ДНК (ген), который предназначен для молекулярного клонирования, должен обладать способностью к репликации при переносе его в бактериальную клетку, т. е. быть репликоном. Однако он такой способностью не обладает. Поэтому, чтобы обеспечить перенос и обнаружение клонируемых генов в клетках, их объединяют с так называемыми генетическими векторами. Последние должны обладать, как минимум, двумя свойствами. Во-первых, векторы должны быть способны к репликации в клетках, причем в нескольких копиях. Во-вторых, они должны обеспечивать возможность селекции клеток, содержащих вектор, т. е. обладать маркером, на который можно вести контрселекцию клеток, содержащих вектор вместе с клонируемым геном (рекомбинантные молекулы ДНК). Таким требованиям отвечают плазмиды и фаги. Плазмиды являются хорошими векторами по той причине, что они являются репликонами и могут содержать гены резистентности к,какому-либо антибиотику, что позволяет вести селекцию бактерий на устойчивость к этому антибиотику и, следовательно, легкое обнаружение рекомбинантных молекул ДНК.[ ...]

У бактерий ДНК упакована менее плотно, в отличие от истинных ядер; нуклеоид не обладает мембраной, ядрышком и набором хромосом. Бактериальная ДНК не связана с основными белками - гистонами - ив нуклео-иде расположена в виде пучка фибрилл.[ ...]

Применение методов рекомбинантной ДНК для получения биологических агентов для борьбы с загрязнениями находится на ранней стадии, но есть метод, который может оказаться полезным в обозримом будущем - это генетическое зондирование. Отбор организмов, способных трансформировать новое соединение, часто основан на способности использовать вещество как субстрат роста. Если рост слабый или субстрат только комета-болизируется, то методы селекции окажутся непригодными для идентификации деградативной способности. Следовательно, было бы полезно развивать генетическое зондирование для определения специфических последовательностей в плазмидах и хромосомах, это необходимо для определения катаболического потенциала, даже если этот потенциал не экспрессируется. Такие зонды разработаны для TOL-плазмид. Метод может определить одну бактериальную колонию, содержащую TOL-плазмиду, среди 106 колоний Escherichia coli. Такой мощный инструмент будет иметь огромное значение для выделения скрытых катаболических функций .[ ...]

Разработка изящной методики «клонирования» ДНК для получения большого количества точных копий специфических фрагментов ДНК (рис. 13.4) открыла в последнее время новые горизонты в изучении структуры, организации и функции генома. Если расщепить двухцепочечную ДИК одним из ферментов «рестрикции» (одной из нуклеаз), специфично узнающих и расщепляющих короткие последовательности нуклеотидов (4- 6 пар), то возникают в высшей степени воспроизводимые фрагменты ДНК. Концы двух цепей ДНК обычно бывают смещены относительно друг друга вследствие специфичности мест разрезания двухцепочечной молекулы, цепи которой комплементарны по составу оснований. ДНК обычно встраивают в плазмидный ген, важный для селекции, такой, как ген устойчивости к антибиотикам, что позволяет содержащим такую плазмиду бактериям расти в присутствии антибиотика.[ ...]

В бактериях при репликации образуется много копий плазмид, и таким образом можно «вырастить» большие количества встроенных фрагментов ДНК, а затем снова просто выделить их путем расщепления тем же самым ферментом рестрикции с разделением полученных продуктов гель-электрофорезом. Использование этого метода рекомбинации ДНК произвело революцию в изучении генов.[ ...]

Недавно было обнаружено, что мутагенное действие на бактериальные-ДНК-вирусы оказывают лучи с длиной волны 320-400 нм (область, близкая к зоне видимого света), обладающие низкой интенсивностью . Возможное влияние радиации в этом диапазоне длин волн на вирусы растений пока не обнаружено.[ ...]

Кривые зависимости реассоциацни от СОТ, полученные для бактериальной ДНК, лишены перегибов, а ДИК эукариот реас-социирует по другому типу (рис. 13.2). При низких концентрациях ДНК и коротком времени инкубации реиатурирует заметная доля одноцепочечной ДНК, а при увеличении СОТ образуется дополнительное количество двухцепочечных молекул, так что получается двухфазная кривая. Быстрая реиатурация при низких значениях СОТ показывает, что какие-то последовательности у эукариот повторяются много раз, т. е. до 10 000 раз и более.[ ...]

Отсутствие СХС может иммитироваться и в тех случаях, когда ДНК тестерных фагов не содержат сайтов, узнаваемых существующей в исследуемом штамме рестриктазой. Это явление представляет собой один из вариантов эволюционных адаптивных изменений бактериальных вирусов, призванных способствовать преодолению ими барьера СХС. Действие давления отбора в данном конкретном случае выражается в статистическом достоверном уменьшении числа или даже полной элиминации в фаговой ДНК последовательностей нуклеотидов, являющихся субстратом рестриктаз, характерных для клеток-хозяев бактериального вируса .[ ...]

Линдегрен описал возможные стадии образования бактериофага из ДНК профага, предположив, что профаг возникает как фрагмент чужеродной бактериальной ДНК, случайно проникший в клетку, который на ранних стадиях делится синхронно с бактериальной ДНК. Следующим важным этапом в развитии вируса явилось бы такое изменение профага, в результате которого стало возможным его независимое от ДНК клетки-хозяина размножение; в результате профаг использовал бы. все доступные нуклеотиды, нарушив тем-самым рост клетки-хозяина. Наконец, на какой-то более поздней стадии могла бы образоваться защитная белковая оболочка и возникли другие белки, что должно было обеспечить выживание ДНК вне организма хозяина и эффективное заражение новых клеток. Отделившийся фрагмент бактериальной ДНК вначале, очевидно, кодировал белки, приспособленные к бактериальным функциям. Необходимы очень существенные изменения в ДНК, чтобы могли возникнуть объекты настолько сложные и специализированные, как, скажем, фаг Т2 Е. coli, содержащие к тому же основания, которые в бактериальной ДИК отсутствуют.[ ...]

Генетическая информация бактерий не ограничивается ДНК, расположенной в нуклеоиде бактериальной клетки. Как уже отмечалось в предыдущих разделах книги, носителями наследственных свойств служат также внехромосомные элементы, получившие общее название плазмид. В отличие от ДНК ядерных эквивалентов-нуклеоидов, являющихся органоидами бактериальной клетки, плазмиды представляют собой независимые генетические элементы. Потеря плазмид или их приобретение не отражается на биологии клетки (приобретение плазмид оказывает положительное влияние лишь на популяцию в целом, повышая жизнеспособность вида). К трансмиссивным относят плазмиды, инициирующие свойства доноров у клеток-хозяев. При этом последние получают новое качество - возможность конъюгировать с клетками-реципиентами и отдавать им свои плазмиды. Клетки-реципиенты, приобретая во время конъюгации плазмиды, сами превращаются в доноров.[ ...]

Отсутствие адсорбции не исчерпывает разнообразия вариантов взаимодействия бактериальных вирусов и микробных клеток. Они иллюстрируют лишь одну сторону этого явления, а именно проявление клеточных защитных механизмов, фенотипически (по критерию отсутствия роста) иммитирующих рестрикцию. Однако, существует и другой вариант взаимодействия клетка-бактериофаг, который может иммитировать отсутствие СХС. Примерами таких механизмов является синтез ингибиторов и метилаз кодируемых фаговыми генами, защищающих вирусную ДНК от действия рестриктаз II типа.[ ...]

Механизм обеззараживающего действия хлора связан с нарушением обмена веществ бактериальной клетки в процессе дезинфекции воды. При этом выявлено влияние на ферментную активность бактерий, в частности, на дегидрогеназы, катализирующие окислительно-восстановительные реакции в бактериальной клетке. А. М. Ски-дальской (1969) было изучено влияние хлора на процесс декарбоксилирования аминокислот бактерий, протекающий в присутствии строго специфичных ферментов-декарбоксилаз, а также был определен нуклеотидный состав ДНК кишечной палочки после окончания процесса обеззараживания при различных уровнях бактерицидного эффекта.[ ...]

Бактериофаги Т-группы имеют форму барабанных палочек размером 100 х 25 нм. Их геном представлен ДНК. Они являются вирулентными фагами, т. к. после инфицирования ими бактериальных клеток последние лизируются с освобождением большого количества вновь синтезированных фаговых частиц.[ ...]

Плазмиды бактерий - это генетические структуры, находящиеся в цитоплазме и представляющие собой молекулы ДНК размером от 2250 до 400 ООО пар азотистых оснований. Они существуют обособленно от хромосом в количестве от одной до нескольких десятков копий на одну бактериальную клетку.[ ...]

Штамм Pseu.dom.onas вуг1 ае ри. рка8еоИсо1а обладает плазмидой длиной 150 тыс. п. н., которая может реплицироваться автономно, а может интегрироваться в бактериальную хромосому. Последующее неточное вырезание позволило получить семейство плазмид длиной от 35 до 270 тыс. п. н., некоторые из них содержали большие сегменты хромосомной ДНК .[ ...]

В ходе эволюции бактерии развили способность синтезировать так называемые рестрицирующие ферменты (эндонуклеазы), которые стали частью клеточной (бактериальной) системы рестрикции-модификации. У бактерий системы рестрикции-модификации являются внутриклеточной иммунной системой защиты от чужеродной ДНК. В отличие от высших организмов, у которых распознание и разрушение вирусов, бактерий и других патогенов происходит внеклеточно, у бактерий защита от чужеродной ДНК (ДНК растений и животных, в организме которых они обитают) происходит внухриклеточно, т. е. тогда, когда чужеродная ДНК проникает в цитоплазму бактерий. С целью защиты бактерии в ходе эволюции развили также способность «метить» собственную ДНК метилирующими основаниями на определенных последовательностях. По этой причине чужеродная ДНК из-за отсутствия в ней метальных групп на тех же последовательностях плавится (разрезается) на фрагменты разными бактериальными рестриктазами, а затем деградируется бактериальными экзонуклеазами до нуклеотидов. Можно сказать, что таким образом бактерии защищают себя от ДНК растений и животных, в организме которых они обитают временно (как патогены) или постоянно (как сапрофиты).[ ...]

Наследственные свойства бактерий или отдельные признаки закодированы в единицах наследственности - генах, линейно расположенных в хромосоме вдоль нити ДНК. Следовательно, ген является фрагментом нити ДНК- Каждому признаку соответствует определенный ген, а часто еще меньший отрезок ДНК - кодон. Иначе говоря, в нити ДНК в линейном порядке расположена информация обо всех свойствах бактерий. При этом у бактерий есть еще одна особенность. В ядрах эукариотов содержится обычно несколько хромосом, число их в ядре постоянно у каждого вида. Нуклеоид бактерий содержит лишь одно кольцо из нити ДНК, т. е. одну хромосому. Однако запасом информации, заключенным в одной хромосоме или в кольцеобразно сомкнувшейся двунитчатой спирали ДНК, сумма наследственных признаков бактериальной клетки не исчерпывается. Плазмиды содержат ДНК, также несущую генетическую информацию, передаваемую от материнской клетки к дочерней.[ ...]

Мутации - это изменения в генном аппарате клетки, которые сопровождаются изменениями контролируемых этими генами признаков. Различают макро- и микроповреждения ДНК, ведущие к изменению свойств клетки. Макроизменения, а именно: выпадение участка ДНК (деления), перемещение отдельного участка (транслокация) или поворот определенного участка молекулы на 180° (инверсия) -у бактерий наблюдаются сравнительно редко Гораздо более характерны для них микроповреждения, или точечные мутации, т. е. качественные изменения в отдельных генах, например замена пары азотистых оснований. Мутации бывают прямые и обратные, или реверсивные. Прямые - это мутации организмов дикого типа, например утрата способности самостоятельно синтезировать факторы роста, т. е. переход от прото- к ауксотрофности. Обратные мутации представляют собой возвращение, или реверсию, к дикому типу. Способность к реверсии характерна для точечных мутаций. В результате мутаций изменяются такие важнейшие признаки, как способность самостоятельно синтезировать аминокислоты и витамины (ауксотрофные мутанты), способность к образованию ферментов. Эти мутации называют биохимическими. Хорошо известны также мутации, ведущие к изменению чувствительности к антибиотикам и другим антимикробным веществам. По происхождению мутации разделяют на спонтанные и индуцированные. Спонтанные возникают самопроизвольно без вмешательства человека и носят случайный характер. Частота таких мутаций очень низка и составляет от 1 X Ю“4 ло 1 X 10-10. Индуцированные возникают при воздействии на микроорганизмы физических или химических мутагенных факторов. К физическим факторам, обладающим мутагенным действием, относятся ультрафиолетовое и ионизирующие излучения, а также температура. Химическими мутагенами являются ряд соединений и среди них наиболее активны так называемые супермутагены. В природных условиях и эксперименте изменения в составе бактериальных популяций могут возникать в результате действия двух факторов - мутаций и автоселекции, происходящей в результате адаптации некоторых мутантов к условиям среды обитания. Такой процесс, очевидно, наблюдается в среде, где преобладающим источником питания является синтетическое вещество, например, ПАВ или капролактам.[ ...]

Одиночная клетка E. coli окружена трехслойной клеточной оболочкой толщиной порядка 40 нм, представляющей собой «мешок» или «конверт», в котором заключено клеточное содержимое в виде, примерно, 2 х Ю 1Я г белка, 6 х 10 16 г ДНК и 2 х 10 14 г РНК (в основном ри-босомной РНК). В бактериальной клетке синтезируется около 2000 разных белков, большинство которых содержится в цитоплазме. Концентрация одних белков составляет 10“® М, тогда как других - порядка 2 х 10"4 М (от 10 до 200 000 молекул на клетку).[ ...]

У одноклеточных организмов половое размножение существует в нескольких формах. Конъюгация встречается также у инфузорий, у которых во время этого процесса происходит переход ядер от одних особей к другим, после чего следует деление последних.[ ...]

Бактерии: прокариоты («доядерные») одноклеточные организмы. Их клетки не имеют отделенного от цитоплазмы ядра. Однако генетическая программа, как и у всех живых организмов, закодирована в виде последовательности нуклеотидов в ДНК и несет информацию о структуре белков. Бактериальные клетки не содержат таких органелл, как хлоропласты (специализированные для фотосинтеза) и митохондрии (специализированные для клеточного дыхания и синтеза АТФ). Эти биохимические процессы происходят у бактерий в цитоплазме.[ ...]

Крайне малые размеры клеток являются характерной, но не главной особенностью бактерий. Все бактерии представлены особым типом клеток, лишенных истинного ядра, окруженного ядерной мембраной. Аналогом ядра у бактерий является нуклеоид - ДНК-содержащая плазма, не отграниченная от цитоплазмы мембраной. Кроме того, для бактериальных клеток характерны отсутствие митохондрий, хлоропла-стов, а также особое строение и состав мембранных структур и клеточных стенок. Организмы, в клетках которых отсутствует истинное ядро, называются прокариотами (доядер-ными) или протоцитами (т. е. организмами с примитивной организацией клеток).[ ...]

Микоплазменные клетки имеют овальную форму, а их размеры составляют около 0,1-0,25 нм в диаметре (рис. 43). Для них характерно наличие тонкой наружной плазматической мембраны (толщина - около 8 нм), которая окружает цитоплазму, содержащую молекулу ДНК, достаточную для кодирования около 800 разных белков, РНК разных типов, рибосом диаметром порядка 20 нм. В их цитоплазме содержатся различные включения в виде белков, гранул липидов и других соединений. Из-за недостаточной жесткости клеточкой мембраны микоплазмы проходят через бактериальные фильтры.[ ...]

Установлено, что на рибосомах происходят связывание активированных аминокислот и укладка их в полипептидную цепь в соответствии с генетической информацией, полученной из ядра через информационную (матричную) РНК (мРНК), которая как бы считывает соответствующую информацию с ДНК и передает ее на рибосомы. Целый ряд белков синтезирован на изолированных рибосомах и при этом отмечено включение в них меченых аминокислот. Роль матрицы в белковом синтезе выполняет мРНК, которая прикрепляется к рибосоме. На поверхности последней происходит взаимодействие между комплексом аминокислот, транспортной РНК, несущей очередную аминокислоту, и нуклеотидной последовательностью информационной РНК, которая функционирует на рибосоме однократно и после синтеза полипептидной цепи распадается, а вновь синтезированный белок накапливается в рибосомах. В бактериальной клетке при периоде регенерации 90 мин скорость кругооборота мРНК достигает 4-6 с.[ ...]

Цитоплазма представляет собой коллоидный раствор, дисперсной фазой которого являются сложные белковые соединения и вещества, близкие к жирам, а дисперсионной средой - вода. У некоторых форм бактерий в цитоплазме содержатся включения - капельки жира, серы, гликогена и др. Постоянными составляющими бактериальных клеток являются особые выросты цитоплазматической мембраны - мезосомы, в которых содержатся ферментные окислительно-восстановительные системы. В этих образованиях идут в основном процессы, связанные с дыханием бактерий. В мелких включениях - рибосомах, содержащих рибонуклеиновую кислоту, осуществляется биосинтез белка. Большинство видов бактерий не имеет обособленного ядра. Ядерное вещество, представленное ДНК, у них не отделено от цитоплазмы и образует нуклеоид. Транспортировка веществ, необходимых для жизнедеятельности клетки, и отвод продуктов обмена осуществляется по особым каналам и полостям, отделенным от цитоплазмы мембраной, имеющей такое же строение, как и цитоплазматическая. Это структурное образование называется эндоплазматической сетью (ретикулум).[ ...]

Представление об изменчивости и наследственности бактерий нельзя составить без знания некоторых положений молекулярной генетики прокариотической клетки. В основе процессов приспособления микробных культур к изменяющимся экологическим условиям лежат изменчивость и наследственность, являющиеся разделами генетики бактерий. При изложении цитологии бактериальной клетки уже рассматривалась структура ДНК и РНК и их роль в жизни клетки. Характерное строение ДНК сохраняется у каждого вида и передается потомству из поколения в поколение, как и другие признаки. ДНК бактерий представляет собой двунитчатую спираль, замыкающуюся в кольцо. Кольчатая нить ДНК бактерий, расположенная в ну-клеоиде, не содержит белка. Такое кольцо ДНК соответствует хромосоме эукариотической клетки. Известно, что в хромосоме эукариотических клеток, кроме ДНК, всегда содержится белковый компонент. Отсюда следует, что понятие хромосомы у эукариотов несколько отлично от понятия хромосомы бактерий. Нить ДНК, представляющая собой хромосому бактерий, разумеется, у разных видов различается. Сахарофосфатный компонент ДНК У всех видов бактерий одинаков; расположение азотистых оснований и их комбинация, напротив, различаются у разных видов.[ ...]

Все возрастающее беспорядочное применение антибиотиков в животноводстве, которые используются в малых дозах как стимуляторы роста, а также в качестве превентивной меры против вызванных стрессом желудочно-кишечных расстройств у животных на фермах, приводит к все более широкому распространению в микробных популяциях R-фактора устойчивости к антибиотикам, передающегося от одной бактериальной клетки к другой при конъюгации. Передача происходит через плазмиду, которая представляет собой кольцевую экстрахромосомную ДНК, способную к репликации.[ ...]

В противоположность вирулентным фагам, известны так называемые фаги умеренного действия, или просто умеренные фаги. Типичным представителем таких фагов является фаг X, который тоже использовался и используется в качестве экспериментальной модели для выяснения многих вопросов молекулярной генетики. Фагу X присущи два важных свойства. Подобно вирулентным фагам он может инфицировать бактериальные клетки, размножаться вегетативно, продуцируя в клетках сотни копий и лизировать клетки С освобождением зрелых фагочастиц. Однако ДНК этого фага может включаться в бактериальную хромосому, превращаясь в профаг. При этом происходит так называемая лизогенизация бактерий, а бактерии, содержащие профаг, называют лизогенными. Лизогенные бактериальные клетки могут обладать профагом бесконечно долгое время, при этом не лизируясь. Лизис с освобождением новых фагочастиц отмечается после воздействия на лизогенные бактерии какого-либо фактора, например УФ-излучения, которое индуцирует развитие профага в фаг. Изучение лизогенных бактерий позволило получить ряд новых данных о роли разных белков в действии фаговых генов.[ ...]

Геном хлоропластов ряда высших растений состоит из 120 генов. Хлоропластный геном очень сходен с бактериальным геномом как по организации, так и по функциям. В митохондриальном геноме человека, вероятно, отсутствуют интроны, но в ДНК хлоропластов некоторых высших растений, а также в ДНК митохондрий грибов интроны обнаружены. Считают, что хлоропластные геномы высших растений остаются без изменений примерно несколько миллионов лет. Возможно, что такая древность характерна и для митохондриальных геномов млекопитающих, включая человека.[ ...]

Современные схемы, иллюстрирующие работу генов, построены на основании логического анализа экспериментальных данных, полученных с помощью биохимических и генетических методов. Применение тонких электронно-микроскопических методов позволяет в буквальном смысле слова увидеть работу наследственного аппарата клетки. В последнее время получены электронно-микроскопические снимки, на которых видно, как на матрице бактериальной ДНК, в тех участках, где к ДНК прикреплены молекулы РНК-полимеразы (фермента, катализирующего транскрипцию ДНК в РНК), происходит синтез молекул и-РНК. Нити и-РНК, расположенные перпендикулярно к линейной молекуле ДНК, продвигаются вдоль матрицы и увеличиваются в длине. По мере удлинения нитей РНК к ним присоединяются рибосомы, которые, продвигаясь, в свою очередь, вдоль нити РНК по направлению к ДНК, ведут синтез белка.[ ...]

Трансдукция - это перенос генетического материала от бактерии-донора к бактерии-реципиенту с помощью фага. Впервые явление трансдукции было открыто в 1951 г. Ледербергом с сотрудниками у Salmonella typhimurium. Сейчас различают неспецифическую и специфическую трансдукции. При неспецифической трансдукции возможен перенос фагом любого признака от бактерии-донора к бактерии-реципиенту. Перенос осуществляется только умеренными (невирулентными) фагами. Умеренные фаги способны заражать бактерии, однако не размножаются в них и не вызывают лизиса, а включаются в ДНК бактериальной клетки и в таком неинфекционном состоянии в виде так называемого профага передаются от клетки к клетке при размножении. Культуры бактерий, содержащие профаг, называются лизогенными. В этих культурах с небольшой частотой (в одной из 102 - 105 клеток) наблюдается спонтанное размножение фага и происходит лизис клетки с освобождением фаговых частиц, обнаруживаемых с помощью бактерий-индикаторов, для которых такой фаг вирулентен.[ ...]

Опыты проводили на трехкамерной ячейке, состоящей из центральной рабочей и двух электродных камер. В рабочую камеру размером 25 X 7 X 37 мм (длина X ширина X высота), отделенную от электродных целлофановыми мембранами, помещали 750 мг ваты. Через нее снизу вверх подавали с постоянной скоростью исходный раствор исследуемых веществ. За содержанием соединений в исходных, подаваемых в рабочую камеру растворах (С0), и в растворах, выходящих из камеры (Ci), следили по максимумам поглощения белков и нуклеиновых кислот в диапазоне волновых чисел (35,5-38) X Ю3 см-1 с помощью УФ-спектрофотометра Specord UV-VIS. Электродные камеры заполняли гранулированным активированным углем и через них отдельным протоком пропускали дистиллированную воду.