Gyűrűs DNS. DNS baktérium a kenetben dekódoló Van-e a baktériumoknak DNS-e

A BAKTÉRIUMOK GENETIKÁJA

Az előadás célja: a hallgatók megismertetése a bakteriális genetika alapjaival, a géndiagnosztika főbb módszereivel.

Előadásterv

1. A baktériumok nukleáris berendezésének szervezeti jellemzői.

2. a bakteriális genom összetétele.

3. Változás a baktériumokban.

4. Rekombináció baktériumokban és jellemzőik.

5. Genodiagnostika.

6. A baktériumok osztályozása.

1. A baktériumok nukleáris berendezésének morfológiai felépítésének jellemzői:

- nem rendelkezik magmembránnal, nucleolusszal; nukleoidnak nevezik;

- A DNS a genetikai információ hordozója. Ha az eukariótáknak lineáris DNS-ük van, akkor a legtöbb baktérium körkörös DNS-sel rendelkezik, és az egyik szál a citoplazma membránján van rögzítve. Ha letekerjük a DNS-t, akkor annak hossza több százszor nagyobb lesz, mint a sejt hossza. A bakteriális DNS szuperspirálos.

- egy baktériumsejt egy kromoszómát tartalmaz, azaz. A baktériumok haploid szervezetek.

2. Biokémiai jellemzők.

- A bakteriális DNS összetétele megegyezik az eukarióta DNS-sel.

- Baktériumokban a DNS kisebb bázisokat tartalmazhat, amelyek jelenléte megvédi a DNS-t saját endonukleázaitól.

- a patogén baktériumok genomjában vannak olyan DNS-szakaszok, amelyek összetételében különböznek a fő genomtól G-C nukleotid bázispárok. Ezek a helyek felelősek a patogenitási faktorok – patogenitási szigetek – szintéziséért.

- A bakteriális DNS nem tartalmaz hisztonokat, szerepüket a poliaminok töltik be. A bakteriális genomot olyan struktúrák képviselik, amelyek képesek

offline replikáció. Két ilyen szerkezet létezik: a kromoszómák, amelyekben minden létfontosságú információ kódolva van (a baktériumok kromoszómájában legfeljebb 3 ezer különböző gén található), és a plazmidok.

A plazmidok körkörös természetű DNS-ek. A sejtben lévő plazmidok két alternatív állapotúak lehetnek: szabadok vagy a kromoszómával integrálva.

A plazmidok további genetikai információkat kódolnak, amelyek nem létfontosságúak a sejt számára, de ezen információ jelenléte bizonyos szelektív előnyöket biztosít. A plazmidok közé tartoznak:

Strukturális gének; - a plazmid saját replikációjáért felelős gének.

Egyes plazmidok olyan génekkel rendelkeznek, amelyek biztosítják a plazmid átvihetőségét - tra-gének.

A kódolt jellemző szerint megkülönböztetik:

- Az R plazmidok bakteriális gyógyszerrezisztenciát kódolnak;

- F (szex) plazmidok - meghatározzák a sejt azon képességét, hogy genetikai információ donorja legyen;

- Col plazmid - a bakteriocinek szintézisét kódolja;

- a virulencia faktorok szintéziséért felelős plazmidok(Ent-, Hly-)

és más plazmidok.

A bakteriális genom mobil genetikai elemeket tartalmaz: IS elemeket (inszerciós szekvenciákat), transzpozonokat és integronokat. Mind a bakteriális kromoszóma összetételében, mind a plazmidok összetételében megtalálhatók. Replikációjuk a kromoszóma- és plazmidreplikáció szerves része.

Az IS elemek rövid (2000) nukleotidszekvenciák. Az IS elemek megkülönböztető jellemzője a fordított ismétlődések jelenléte a végeken, amelyeket a transzpozáz ismer fel. Nem hordoznak szerkezeti géneket; azonosak a különböző fajokhoz, nemzetségekhez tartozó baktériumokban, sőt úgy gondolják, hogy ugyanazok a prokariótákban és az eukariótákban. Az IS elemek a kromoszóma mentén és a kromoszómák között is mozoghatnak. 2 gént tartalmaznak: az 1. a transzpozáz szintézisét kódolja; ez az enzim biztosítja az IS elem kromoszómából való kizárásának folyamatát és a kromoszóma új lokuszába való integrálódását. A 2. gén egy represszor szintézisét kódolja, amely szabályozza a mozgás teljes folyamatát.

A transzpozonok olyan DNS-szegmensek, amelyek tulajdonságai megegyeznek az IS elemével, de szerkezeti génekkel rendelkeznek.

Az integronok mobil genetikai elemek; tartalmazzák az antibiotikum-rezisztenciát kódoló gént. Az integronok kis DNS-elemek, úgynevezett génkazetták rögzítésére szolgáló rendszer helyspecifikus rekombináció és expressziójuk révén.

A mobil elemek jelentése.

Egy sejt DNS-e mentén vagy különböző sejtek DNS-ei között mozogva a következőket okozzák:

- a DNS azon szakaszainak génjeinek inaktiválása, amelyekbe elmozdulásuk után beágyazódnak;

- a genetikai anyag károsodása;

- a plazmid beépítése a kromoszómába;

- egy gén eloszlása ​​egy baktériumpopulációban.

A baktériumokra, mint minden élőlényre, a változékonyság jellemző. Az eukarióták változatossága függőlegesen, a baktériumokban - függőlegesen és vízszintesen egyaránt.

A variabilitásnak két típusa van: - fenotípusos - genotípusos.

A fenotípusos variabilitás módosulások formájában nyilvánul meg - ez a sejt tulajdonságainak megváltozása külső hatások hatására.

A módosítások lehetnek hosszú távúak és rövid távúak. A módosítási változások a populáció sejtjeinek túlnyomó többségét érintik.

A genotípus mutációt vagy rekombinációt jelent. A mutációk lehetnek spontánok vagy indukáltak.

A rekombináció két különböző genotípusú genom kölcsönhatása, amely egy olyan genom kialakulásához vezet, amely egyesíti a donor és a recipiens géneket. A rekombináció során a baktériumokat feltételesen felosztják donorsejtekre, amelyek genetikai anyagot továbbítanak, és recipiens sejtekre, amelyek elfogadják azt. A baktériumokban történő rekombinációt az ivaros szaporodás analógjának tekintik.

A rekombináció jellemzői baktériumokban:

- meiosis hiányzik. Nem zigóta, hanem merazigóta képződik.

- mindig a donortól a recipiens felé irányítják.

- a genetikai anyag mennyisége egy rekombinánsban mindig nagyobb, mint egy. A rekombináns tartalmazza a recipiens összes genetikai információját és néhányat

a donor genetikai információi.

Az eukariótákban csak egy rekombinációs mechanizmus létezik - a meiózis; A baktériumokban háromféle rekombináció létezik:

1) A transzformáció a genetikai információcsere tiszta DNS felhasználásával.

2) A transzdukció a genetikai információ átvitelének módja fágok segítségével.

3) A konjugáció a genetikai információ átvitelének egyik módja, amikor két baktérium között citoplazmahidak képződnek. Ha konjugált

szinte a teljes genom átjuthat a befogadó sejtbe.

A genetikai módszereket gyakorlati célokra alkalmazzák mind a mikroba kimutatására a vizsgált anyagban tiszta tenyészet izolálása nélkül, mind a mikroba taxonómiai helyzetének meghatározására és az intraspecifikus azonosításra.

Genom szekvenálás- DNS nukleotid párok szekvenciájának meghatározása.

Restrikciós elemzés- ez a módszer restrikciós enzimek használatán alapul - ezek olyan endonukleázok, amelyek csak bizonyos helyeken hasítják a DNS molekulát. Ha egy adott anyagból izolált DNS-t specifikus restrikciós enzimmel kezelnek, ez szigorúan meghatározott számú, rögzített méretű DNS-fragmens kialakulásához vezet.

Ribotipizálás- lehetővé teszi a baktériumok típusának meghatározását. Az rRNS-t kódoló operonokban a nukleotidbázisok szekvenciáját egyaránt jellemzi a különböző baktériumokban hasonló szerkezetű konzervatív régiók, valamint a genetikai azonosítás markereiként szolgáló, nemzetség- és fajspecifikus variábilis szekvenciák jelenléte.

Molekuláris hibridizáció- genetikai rendszerekben használják. Ez a módszer lehetővé teszi a különböző DNS-ek hasonlóságának mértékének azonosítását.

A PCR-t olyan gének vagy megfelelő nukleotidszekvenciák kimutatására használják, amelyek egy fajt vagy más tulajdonságot kódolnak.

A PCR-módszer a komplementaritás elvén alapul, és lehetővé teszi a vizsgált DNS-minta mennyiségének növelését (amplifikálását). Ez a módszer rendkívül nagy érzékenységgel rendelkezik, és elméletileg lehetővé teszi akár egyetlen DNS-molekulák kimutatását is a vizsgált anyagban.

A PCR típusai:

- PCR valós időben; lehetővé teszi az anyagban jelenlévő DNS-fragmensek számának meghatározását, pl. kvantitatív elemzést végezni;

- multiplex PCR - előnye, hogy a reakcióelegybe 2-4 vagy több láncindítópár is bevihető. Különféle kórokozókra jellemzőek.

- reverz transzkripciós PCR - lehetővé teszi a kórokozók RNS-ének másolását.

A DNS chipek a molekuláris genetikai elemzés hibridizációs módszereinek legújabb technológiái. Ismert oligonukleotidok hordozói (egyenként kevesebb, mint 20 bázis), amelyek komplementerek a vizsgált genom (vagy genomok) régióival, és egy meghatározott helyet (sejtet) foglalnak el. Ha a vizsgált mintában találhatók a kívánt DNS-fragmensek, azok hibridizálnak (a komplementaritás elve szerint kapcsolódnak) a chipen lévő nukleotidszekvenciákkal.

A baktériumok osztályozása.

A baktériumok alapvető taxonómiai egysége a faj. A baktériumok bináris nómenklatúrát használnak egy faj megjelölésére.

A baktériumfajok olyan rokon baktériumok gyűjteménye, amelyek hasonló biológiai tulajdonságokkal rendelkeznek és közös eredetűek. Jelenleg 3 megközelítés létezik a baktériumok osztályozására:

1. Rutin osztályozás.

Ez a Burgey által szerkesztett Baktériumkulcs alapja.

2. Numerikus taxonómia.

3. Genoszisztematika.

Következtetés: a hallgatók ismerik a bakteriális genetika alapjait, a géndiagnosztika főbb módszereit.

Nominatív szószó.

A névelős eset alapvető jelentései

A névelős eset jelentése a következő:

névadó alany;

a főnév ebben a jelentésben a beszéd alanyát, a cselekvés alanyát (termelőjét), a jel hordozóját jelöli, a mondatban az alany: Anya lemossa a keretet. Ház munkások építették.

névelő jelző;

a főnév ebben az értelemben a beszéd alanyának jelét jelöli, a mondatban pedig állítmány: Moszkva - főváros Orosz Föderáció. A testvérem - bankár.

névelő tárgy;

a főnév a cselekvés tárgyát jelöli, míg a cselekvés alanya instrumentális esetben, a jelzett jelentés a passzív szerkezetben fordul elő: Ház munkások építették. Könyv kiadó adta ki.

névadó pozitív;

a főnév inkonzisztens definíció (alkalmazás) funkcióját tölti be: Van egy hiúz vadásznőősz hajú, szaladgál, mancsára esik.

A főnév cím, nem tölt be szintaktikai funkciót: Emberek, legyenek figyelmesek egymásra.

Egy paradigma akkor tekinthető teljesnek, ha a főnévnek 12 esetalakja van: 6 egyes szám és 6 többes szám; mivel csak bizonyos főnevek száma változik, a többi LGR-nek hiányos a számparadigmája.

Peritrichs. A flagellák a sejtfal teljes felületén találhatók (az Enterobacteriaceae és Bacillaceae családba tartozó baktériumok).

Monotrichok. Az egyik végén vastag flagellum (vibriók).

Politrichok. Egy köteg 2-50 flagellából, egyedülállónak tekinthető.

A sarki flagellák a baktérium egyik vagy mindkét végéhez kapcsolódnak. lophotrichus- flagella köteg egy baktérium (Pseudomonas) egyik végén. amphitricches- bipoláris kötegek (Spirillum).

mikrobolyhok(pili, fimbriae) 3-25 nm vastag és akár 12 mikron hosszúságú fehérjeszőrszálak (10-től több ezerig).

A. Közönséges italok. Sok Gram-negatív baktériumnak hosszú és vékony pilusai (fimbriái) vannak, amelyek a citoplazma membránjából indulnak ki, és áthatolnak a sejtfalon. Ugyanolyan típusú fehérjék alkotják őket, amelyek molekulái spirális fonalat alkotnak. Az övék fő funkciója a baktériumok szubsztrátumokhoz való rögzítése, mint például a nyálkahártya felszínén, ami fontos tényező a kolonizációban és a fertőzésben. Ezenkívül a baktériumsejt felszínének növekedése további előnyöket biztosít a környezeti tápanyagok hasznosításában.

B. F-ivott(termékenységi faktor) - speciális képződmények, amelyek a baktériumok konjugációjában vesznek részt. Úgy néznek ki, mint 0,5-10 mikron hosszúságú üreges fehérjecsövek. Kialakulásukat plazmidok kódolják.

Sejtfal A legtöbb baktérium sejtfalból és az alatta lévő citoplazmatikus membránból áll.

A baktérium sejtfala vékony, rugalmas és merev, és egyes baktériumokban (pl. L-formák és mikoplazmák) teljesen hiányozhat. A sejtfal megvédi a baktériumokat a külső hatásoktól, jellegzetes formát ad nekik, a tápanyagok szállítását és ezen keresztül metabolitok felszabadulását. Felületén számos bakteriofág, bakteriocin és különféle vegyi anyag receptor található. A CS fenntartja a belső környezet állandóságát, és ellenáll a jelentős belső nyomásnak (például a gram-pozitív baktériumok intracelluláris anyagainak parciális nyomása elérheti a 30 atmoszférát). A CS-elemek szerkezete és összetétele határozza meg a színezékek érzékelési képességét, azaz. az övék tinctoriális tulajdonságok. A bakteriális differenciálódás egyik alapelve azon a képességen alapul, hogy az enciánibolya színező komplexét jóddal a sejten belül érzékeljük és megtartjuk, vagy alkoholos kezelés után elveszítjük (Gram-festés). Ennek megfelelően megkülönböztetik a gram-pozitív (ibolya-lila) és a gram-negatív (piros).

A bakteriális CS fő összetevője a peptidoglikán (murein). A peptidoglikán relatíve magasabb a Gram-pozitív baktériumokban: a körülbelül 40 réteg vastag murein hálózat aránya a CM száraz tömegének 30-70%-a. A Gram-negatív baktériumok mindössze 1-2 réteg mureint tartalmaznak, ami a CM száraz tömegének körülbelül 10%-a.

A peptidoglikánt olyan polimer molekulák képviselik, amelyek ismétlődő diszacharid csoportokból állnak, amelyek kialakulása során N-acetil-glükózamin és N-acetil-muraminsav, ez utóbbi megköti a diszacharidokat oligopeptidekkel (a bakteriális CS-ben 20 ismert aminosavból csak 4-et találtak - glutaminsavat, glicint, lizint és alanint). A bakteriális CS-k egyedi aminosavakat is tartalmaznak, mint például a diaminopimelic és a glutaminsav és az alanin D-izomerjei. A lizozim a peptidoglikánt az N-acetil-glükózamin és az N-acetil-muraminsav közötti glikozidos kötések felhasításával hidrolizálja.

A peptidoglikán keresztkötése a peptid oldalláncának terminális csoportja (általában D-alanin) és a szomszédos oldallánc utolsó előtti maradéka (L-lizin vagy diaminopimelinsav) között peptidkötés képződésében áll.

A Gram-pozitív baktériumok egyszerű, de erőteljes CS-vel rendelkeznek, amely főleg több réteg peptidoglikánból áll, beleértve az egyedi teikhoinsav polimerek- 8-50 glicerin- vagy ribitolmaradékból álló láncok, amelyeket foszfáthidak kapcsolnak össze.

A Gram-negatív baktériumok vékonyabb (a gram-pozitív baktériumokhoz képest) CS-vel rendelkeznek, amely egy bimolekuláris peptidoglikán réteget tartalmaz, és nem tartalmaz teichoinsavat.

A peptidoglikán réteg tetején egy további vagy külső membrán található. Vastagsága meghaladja a peptidoglikán monoréteg méreteit.

A külső membrán összetevői: foszfolipid kettős réteg, fehérjék, poliszacharidok és mozaikszerűen elhelyezkedő LPS.

Foszfolipid kettős réteg a periplazmatikus teret áthaladó lipoproteinek segítségével a peptidoglikánhoz kötődnek.

Mókusok, beleértve porins, amelyek transzmembrán csatornákat képeznek, részt vesznek az ionok és hidrofil vegyületek szállításában a külső környezetből a periplazmába.

LPS Lipid részből (lipid A), poliszacharidokban gazdag magból és oldalsó poliszacharid láncokból áll. Az LPS poliszacharid része immunogén tulajdonságokkal rendelkezik, és O-Ag-nek hívják. A lipid rész hőstabil, és felelős az endotoxin biológiai hatásaiért.

Autolizinek. A bakteriális CM-ek autolizineket, enzimeket tartalmaznak, amelyek feloldják a peptidoglikán réteget. Tevékenységük szükséges az SC növekedési, sejtosztódási, sporulációs folyamataihoz és az átalakulás során a kompetencia állapot eléréséhez.

citoplazmatikus membrán(egyébként celluláris, vagy plazmamembrán) egy fizikai, ozmotikus és metabolikus gát a baktériumsejt belső tartalma és a külső környezet között. A CPM összetett háromrétegű szerkezettel rendelkezik, kifejezett szelektív permeabilitás jellemzi. Egyes baktériumokban a CPM és a CS között periplazmatikus tér van - enzimekkel (ribonukleázok, foszfatázok, penicillinázok stb.) töltött üreg, a Gram-negatív baktériumokban az enzimek szabadon kerülnek a környezetbe. A baktériumok CPM-je fehérjékből, lipidekből, szénhidrátokból és RNS-ből áll.

Mókusok A CPM fel van osztva szerkezetiÉs funkcionális. Ez utóbbiak közé tartoznak a membrán felületén zajló szintetikus reakciókban, redox folyamatokban részt vevő enzimek, valamint néhány speciális enzim (pl. áthatol).

A CPM található baktérium elektronikus szállító rendszer, energiaszükséglet kielégítése.

Mezoszómák - a CPM komplex intussuscepciói, amelyek funkciói még nem teljesen tisztázottak. Ismeretes, hogy a nukleoidhoz kapcsolódnak, és a sejtosztódáshoz és a sporulációhoz kapcsolódnak.

A szomszédos CPM-et védő CS eltávolítása a baktériumok líziséhez vagy protoplasztok és szferoplasztok képződéséhez vezet, amelyek eredete (a Gram-pozitív vagy Gram-negatív baktériumoktól) és ozmotikus stabilitásukban is különbözik. A CS-től megfosztott baktériumok izotóniás környezetben képesek O 2-t felvenni és CO 2-t kibocsátani, illetve szaporodni is.

L-alakúak. Néhány külső tényező hatására a baktériumok képesek elveszíteni a CS-t, és L-formákat képeznek (a D. Lister Intézetről nevezték el, ahol először izolálták őket). Az ilyen átalakulás lehet spontán (pl. chlamydia esetén) vagy indukált (pl. antibiotikumok hatására). Kioszt stabil és instabil L-formák. Az előbbiek nem képesek visszafordulni, míg az utóbbiak a kiváltó tényező eltávolítása után visszaváltanak eredeti formájukba.

A mycoplasma csoport (Mollicutes osztály) képviselőinek nincs sejtfaluk.

Citoplazma a baktériumokat - a létfontosságú reakciók végrehajtásához szükséges mátrixot - citoplazmatikus membrán választja el a CS-től. A legtöbb baktérium citoplazmája DNS-t, riboszómákat és tárológranulátumokat tartalmaz; a tér többi részét a kolloid fázis foglalja el, fő összetevői az oldható enzimek és az RNS (mátrix és transzfer RNS). A baktériumokban számos, az eukarióta sejtekre jellemző organellum hiányzik, és funkciójukat a bakteriális CPM látja el.

DNS. A baktériumsejtnek nincs nukleáris membránja. A DNS a citoplazmában koncentrálódik egy tekercs formájában, amelyet nukleoidnak vagy genofórnak neveznek.

Genofor A baktériumokat egy kettős spirális, körkörös, kovalensen zárt szupertekercses DNS-molekula képviseli, amely a sejt száraz tömegének 2-3%-át teszi ki (több mint 10 térfogatszázalék). A molekula körvonalának hossza 0,25 és 3 mm között változik. A bakteriális DNS szuperspirál nem tartalmaz hisztonokat. A genofórban kódolt genetikai információ mennyisége fajonként változik (például az Escherichia coli genom körülbelül 4000 különböző polipeptidet kódol).

Plazmidok. A baktériumoknak lehet egy további DNS-molekula extrakromoszómális elemek formájában, vagy a genofórba integrálódva. Az ilyen zárványokat plazmidoknak nevezzük (ill episzómális vagy integrált). Az episzóma DNS-re is jellemző a kör alakú, de az episzóma mérete kisebb, mint a bakteriális kromoszómáé. A plazmidok számos különböző gént hordoznak, és gyakran meghatározzák a baktériumok virulenciáját, de a plazmidokban lévő információk nem feltétlenül szükségesek egy baktériumsejt számára.

Riboszómák A baktériumok összetett gömb alakú képződmények, amelyek különböző RNS-molekulákból és számos, azokhoz kapcsolódó fehérjéből állnak. A teljes formáció a fehérjeszintézis helyeként működik.

70S riboszómák. A bakteriális riboszómák átmérője körülbelül 20 nm. Az ülepedési együttható 70S (Swedberg-egység). A bakteriális riboszómák két alegységből állnak, amelyek ülepedési együtthatója az egyiknél 50S, a másiknál ​​30S. Az alegységek asszociációja a fehérjeszintézis megkezdése előtt megtörténik. A növekedés intenzitásától függően egy baktériumsejt 5000-50 000 riboszómát tartalmazhat.

A bakteriosztatikus antibiotikumok (sztreptomicin, tetraciklin, levomycetin) gátolják a fehérjeszintézist azáltal, hogy blokkolják a bakteriális riboszómák egyes anyagcserefolyamatait.

Tartalék pelletátmenetileg több metabolitot tartalmaznak. A granulátumok jelenléte és száma a baktériumok típusától és metabolikus aktivitásától függően változik. Granulátum formájában a poliszacharidok (keményítő, glikogén, granulóz), zsírok (a magasabb rendű állatok zsírjaihoz hasonló trigliceridek) a Candida nemzetség élesztőjében tárolódnak; viasz - mikobaktériumokban és nocardiában; β-hidroxi-vajsav polimerjei - például a Bacillus megaterium sejtekben), polifoszfátok (például volutin, amelyet először a Spirillum volutansban fedeztek fel), kén (a szulfidot szulfáttá oxidáló baktériumokban), fehérjék - például protoxin (a Bacillus thuringiensisben és a rokon fajokban).

A baktériumok genetikai anyagát nukleoidok, plazmidok, transzpozonok és inszert szekvenciák képviselik.

nukleoid, vagy bakteriális kromoszóma, egy kétszálú, körkörös DNS, amelyet nem választ el membrán a citoplazmától. A nukleoidot speciális receptorok rögzítik a citoplazmatikus membránhoz a mezoszóma közelében, amely a sejtosztódásban részt vevő membrán invaginációja. A baktériumokban lévő DNS molekulatömege viszonylag nagy, és átlagosan 10 10 D (5 * 10 6 bázispár; az emberi genom 2,9 * 10 9 bázispár). A kromoszómális DNS-molekula szupertekercses formában van, és hurkok formájában össze van hajtva, amelyek száma kromoszómánként 12-80. A nukleoid közepén lévő hurkokat egy 4,5S-RNS molekula köti össze. A DNS ilyen csomagolása nem akadályozza meg replikációját, és biztosítja az egyes operonok állandó átírását. A nukleoid létfontosságú genetikai szerkezet, mert tartalmazza a baktériumok konstruktív és energiaanyagcseréjének biztosításához szükséges információkat. Kedvező körülmények között a DNS-másolatok száma az interfázisban megnőhet, és elérheti a 2, 4, 6 vagy akár 8 nukleoid tömegének megfelelő értéket. A baktériumgenom ezen egyedülálló tulajdonsága lehetővé teszi a baktériumok számára, hogy szabályozzák saját anyagcseréjüket és szaporodási sebességüket.

A nukleoid szerkezeti és funkcionális DNS-fragmensekből – génekből – áll, amelyek mindegyike 1 fehérje szintézisét szabályozza (1. ábra). A baktériumok nukleoidjában a gének diszkréten helyezkednek el - sorban egymás után. A gének száma eléri a 400-600-at a chlamydia-ban, az 1000-et a rickettsiában, a 2500-3000-et az Escherichia coli-ban.

1. kép

A bakteriális DNS szerkezeti és funkcionális szerveződése

A baktériumok által szintetizált enzimekről vagy szerkezeti fehérjékről információt hordozó géneket nevezzük szerkezeti gének , vagy cisztron gének . A cisztron géneket szabályozzák funkcionális genom – operátor genomja , amellyel a cisztron gének a DNS bonyolultabb szerkezeti és funkcionális egységét alkotják - operon . Az operátor génen belül a következő elemek találhatók: promóter (terület, amellyel az RNS-polimeráz kölcsönhatásba lép), fokozó (az operon transzkripcióját fokozó régió); csillapító (az operon munkáját gyengítő régió), Végrehajtó (az operon munkáját blokkoló terület). Egy operont vagy operonok csoportját viszont az 1 irányítja szabályozó gén . Így jön létre egy bonyolultabb szerkezeti és funkcionális egység - regulon .

Azokat a géneket, amelyek egy adott vegyületről információt tartalmaznak, általában a latin ábécé kis kezdőbetűivel jelölik, a vegyület nevének megfelelő „+” jellel. Például az arg + egy arginin gén, az ő + egy hisztidin gén, a lac + egy laktóz gén stb. Ennek a génnek a hiányát a "-" jel jelzi (arg - , his -). A gyógyszerekkel, fágokkal szembeni rezisztenciát okozó géneket r betűvel jelöljük (az angol. ellenálló- ellenálló). Például a penicillinrezisztencia tollal r, az érzékenységi tollat ​​pedig s (angol nyelvből). érzékeny- érzékeny).

A baktériumok öröklődésének extrakromoszómális faktorai közé tartoznak a plazmidok, transzpozonok, inszert szekvenciák. A nukleoidokkal ellentétben nem mindegyik létfontosságú a baktériumok számára, mivel nem hordoznak információt az energiában vagy a konstruktív anyagcserében részt vevő enzimek szintéziséről. Ugyanakkor az öröklődés extrakromoszómális tényezői bizonyos szelektív előnyökkel ruházhatják fel a baktériumokat.

Plazmidok 1500-400 000 pár nukleoidot tartalmazó, cirkuláris szupertekercses, kétszálú DNS-molekulák. A bakteriális plazmidok molekulatömege 10 6 -10 8 D. A plazmidok legfeljebb 90 gént tartalmazhatnak, amelyek szabályozzák a plazmidok önreplikációját, öntranszfert vagy átvitel céljából történő mobilizálást, magának a plazmidnak a specifikus funkcióit, valamint a baktériumsejtbe bevitt tulajdonságok. A citoplazmában szabadon megtalálható plazmidokat ún autonóm . Körkörös szerkezetűek, a nukleoidtól függetlenül replikálódnak, és több másolattal is ábrázolhatók. A nukleoidba ágyazott plazmidokat ún integrált . Az ilyen plazmidok lineáris szerkezetűek, szinkronban replikálódnak a nukleoiddal, és 1 kópia képviseli őket. A plazmidintegráció csak a bakteriális kromoszóma homológ régióiban fordul elő.

Attól függően, hogy az egyik baktériumból a másikba történő konjugáció során átvihetőek-e, a plazmidokat a következőkre osztják: ragozó És nem konjugatív . A konjugatív plazmidok képesek öntranszferre, vagyis nem csak a donor sejtből tudnak átjutni a recipiens sejtbe, hanem a konjugatív pili (F-plazmidok) kialakulásáért is felelősek. A nem konjugatív plazmidok átkerülnek a leánybaktériumokba az anyasejt bináris hasadása során, a transzformáció és transzdukció során. A nem konjugatív plazmidok önmagukban nem képesek konjugációt indukálni, de konjugációval átvihetők egyik baktériumból a másikba, ha konjugatív plazmidokkal integrálódnak.

A plazmidok 2 funkciót látnak el - szabályozó és kódoló. Az első a nukleoid DNS szerkezetének megsértésének kompenzálása a sérült területbe való beillesztéssel és funkcióinak helyreállításával. A plazmidok kódoló funkciója új genetikai információ bejuttatása a baktériumsejtbe, ami egy új tulajdonság megjelenésében nyilvánul meg a baktériumokban (például antibiotikum-rezisztencia).

A plazmidok osztályozása azon alapul, hogy a rokon plazmidok nem képesek stabilan együtt élni egy sejtben, egyikük elimináción megy keresztül. Az inkompatibilis plazmidokat egyetlen inc-csoportba egyesítik (az angol. összeférhetetlenség- inkompatibilitás). Az Inc-csoport a biológiai fajoknak felel meg. Például az enterobaktérium plazmidokat 39 inc-csoportra osztják (incB, incC, incD stb.). Az azonos inc-csoportba tartozó plazmidok hasonló molekulatömeggel, nagyfokú DNS-homológiával rendelkeznek, hasonló morfológiai és szerológiai tulajdonságokkal ruházzák fel a sejtet.

Funkcionális orientáció szerint vannak: konjugatív (F-), rezisztencia (R-), bakteriocinogén (Col-), patogenitási (Ent-, Hly-), biodegradatív és rejtélyes plazmidok.

F-plazmidok(angolról. termékenység– termékenység) olyan géneket tartalmaznak, amelyek szabályozzák a donorbaktériumok (F +) és a recipiens baktériumok (F -) konjugációjához szükséges konjugatív pilusok (F pili) képződését. A genetikai anyag átvitele az F-plazmidban határozza meg a tra-operont (az angol. átruházás- átadás). Az F-plazmidok autonóm és integrált állapotban is lehetnek. Az autonóm F-plazmidok a nukleoidtól függetlenül replikálódnak, és konjugáció után képesek átkerülni a recipiens sejtekbe. Az F-plazmid integratív állapota reverzibilis.

R-plazmidok(angolról. ellenállás rezisztencia) olyan géneket tartalmaznak, amelyek rezisztenssé teszik a baktériumokat a gyógyszerekkel szemben. Az R-plazmidok konjugatív plazmidok, mivel a rezisztenciagénekkel együtt tartalmazzák az összes olyan gént, amely felelős a rezisztenciafaktorok sejtről sejtre történő átviteléért. Az r-gén, amely inszert szekvenciákat és transzpozonokat tartalmazhat, felelős bármely antibiotikummal szembeni rezisztenciáért. Sok r-gén transzpozon. Az R-plazmidok Tra-operonja biztosítja a konjugativitást.

Bakteriocinogén plazmidok kódoló géneket tartalmaznak bakteriocin fehérjék amelyek ugyanazon fajhoz vagy rokon fajhoz tartozó baktériumok pusztulását okozzák. Az első bakteriocinokat, a colicint ben találták meg Escherichia coli(tehát Col-plazmidok). Hasonló bakteriocinokat találtak pestisbaktériumokban (pesticinek), staphylococcusokban (staphylocinek) és vibrio cholerae-ban (vibriocinek). A bakteriocinek hozzájárulnak az őket termelő baktériumok túléléséhez azáltal, hogy elnyomják a kompetitív mikroorganizmusok létfontosságú tevékenységét. A bakteriocinogén plazmidok viszonylag nagyok (molekulatömeg 25-150 * 10 6 D), baktériumsejtben 1-2 kópia mennyiségben vannak jelen, többnyire autonóm állapotban; konjugatív (tra-operon van). Széles körben elterjedt a Gram-negatív baktériumok között.

Patogenitás Plazmidok szabályozza a toxinok képződését és a baktériumok virulens tulajdonságait. Ilyenek az Ent-plazmidok (enterotoxinok szintézisét okozzák), a Hly-plazmidok (hemolizinek szintézisét kódolják), a CFA-plazmidok (az adhéziót, a kolonizációt és egyes antigéneket szabályozzák), valamint az F-, R- és Col-plazmidokat. tox gének.felelős a toxintermelésért.

Biológiailag lebontható plazmidok szacharolitikus, proteolitikus és egyéb enzimeket kódoló géneket tartalmaznak, amelyek lehetővé teszik a szerves és szervetlen vegyületek elpusztítását, beleértve a nehézfémeket is. A biodegradációs plazmidok jelenléte az ember számára patogén vagy feltételesen patogén baktériumokban előnyt jelent az autochton mikroflóra képviselőivel szemben. Például az ureáz gént tartalmazó biodegradációs plazmidot tartalmazó E. coli képes karbamidot fermentálni és túlélni a húgyúti traktusban.

Kriptikus (rejtett) plazmidok nem tartalmaznak olyan géneket, amelyek fenotípusos expressziójuk alapján azonosíthatók.

2. táblázat

A plazmidok és vírusok összehasonlító jellemzői

Trasposonok vagy Tn elemek(angolról. átültetése- transzpozíció, helyváltoztatás) 2000-25000 bázispárból álló lineáris DNS-fragmensek (2. ábra).

A transzpozon a következőket tartalmazza: (1) transzponálható szerkezeti és/vagy funkcionális gének; (2) 2 beszúrási szekvencia (Is-elemek); (3) közvetlen ismétlődő szekvenciák (limitáló transzpozonok). Transpo

Beszúrás-sorozatok vagy Az elemek(angolról. beillesztés- helyezze be és sorrend- szekvencia) lineáris DNS-fragmensek, amelyek 800-1500 pár nukleoidot tartalmaznak. Az Is-elemek szerkezeti felépítését az ábra mutatja. 3.

A nukleáris zónában található nagyon nagy, körkörös kromoszómán kívül a legtöbb baktérium egy vagy több kis, körkörös DNS-molekulát tartalmaz, amelyek szabad állapotban találhatók a sejt citoplazmájában.

Rizs. 27-20. Két baktériumfajból izolált plazmidok elektronmikroszkópos felvételei. A. E. coli-ból származó plazmid, amely tetraciklinnel szembeni rezisztenciát biztosít a sejtekben. B. A Neisseria gonorrhoeae, a gonorrhoeát okozó baktérium plazmidjai. A legtöbb molekula ellazult állapotban van. A csavart szupertekercses plazmidok példája (az egyik a kép közepén) azt mutatja, hogy a cirkuláris DNS kompakt csomagolása mennyire hatékony lehet a negatív fordulatok visszaáramlásában.

Ezeket az extrakromoszómális elemeket plazmidoknak nevezzük (27-20. ábra). A plazmidok többnyire nagyon kicsik, és csak néhány gént tartalmaznak, vagyis sokkal kevesebbet, mint egy bakteriális kromoszóma, amely több ezer gént tartalmaz. Egyes sejtekben azonban a plazmidok meglehetősen nagyok lehetnek. A plazmidok genetikai információt hordoznak, és szaporodva leányplazmidokat képeznek, amelyek a sejt osztódása után leánysejtekké válnak. Számos osztódási ciklus során a plazmidsejtek „élik” saját „életüket”, elkülönülve a kromoszómális DNS-től. Néha azonban beépülhetnek a kromoszómális DNS-be, és ugyanúgy elhagyhatják azt.

Egyes plazmidok olyan géneket hordoznak, amelyek meghatározzák a gazdabaktérium antibiotikumokkal, például tetraciklinnel és sztreptomicinnel szembeni rezisztenciáját. Az ilyen plazmidokat tartalmazó baktériumok rezisztensek ezekkel az antibiotikumokkal szemben. Ha egy bakteriális fertőzést antibiotikummal kezelnek, ezek a sejtek életben maradhatnak az emberi szervezetben, mivel az antibiotikum csak a rá érzékeny sejteket pusztítja el. Az antibiotikum-rezisztens sejtek ekkor elszaporodhatnak, és olyan fertőzést okozhatnak, amelyet az antibiotikum nem képes megfékezni.

Emiatt az antibiotikumokat nem szabad válogatás nélkül alkalmazni a fertőzések kezelésére: mindig meg kell győződni arról, hogy a betegség kórokozója érzékeny az alkalmazott antibiotikumra. A plazmidok átvihetők az antibiotikum-rezisztens sejtekből az azonos vagy különböző fajokhoz tartozó érzékeny sejtekbe, ezáltal ezek a sejtek rezisztenssé válnak.

A plazmidok másik fontos jellemzője, hogy nagyon könnyen izolálhatók a baktériumsejtekből. Más fajokból származó új géneket be lehet illeszteni egy izolált plazmidba, majd a módosított plazmidot vissza lehet juttatni a normál gazdasejtbe. Egy ilyen idegen gént hordozó plazmid replikálódik és átíródik, és a gazdasejtet a mesterségesen beillesztett gén által kódolt fehérjék szintetizálására késztetheti, még akkor is, ha az nem része a sejt normál genomjának. Később látni fogjuk, hogyan készülnek ezek a rekombináns DNS-ek, hogyan íródnak át és fordítanak le potenciálisan hasznos termékekké.

A DNS-tartalmú vírusok vagy saját replikációs enzimekkel rendelkeznek (a kapszidban), vagy genomjuk a vírus nukleinsav replikációját biztosító vírusenzimek szintézisére vonatkozó információkat kódol. Ezen enzimek mennyisége eltérő a különböző vírusok esetében. Például a bakteriális T4 vírus genomja körülbelül 30 vírusenzim szintézisére vonatkozó információt kódol. Továbbá a nagy vírusok genomja a gazdasejt DNS-ét elpusztító nukleázokat, valamint fehérjéket kódol, amelyeknek a sejt RNS-polimerázra gyakorolt ​​hatását az is kíséri, hogy „az így feldolgozott RNS-polimeráz különböző vírusgéneket ír át különböző helyeken. a vírusfertőzés szakaszai. Ezzel szemben a kisméretű DNS-tartalmú vírusok jobban függenek a gazdasejt enzimeitől. Például az adenovírus DNS szintézisét sejtenzimek biztosítják.[ ...]

A bakteriális DNS egy erősen polimer vegyület, amely nagyszámú nukleotidból áll - körülbelül 4 millió molekulatömegű polinukleotidból A DNS-molekula nukleotidok lánca, ahol a helyük meghatározott szekvenciával rendelkezik. A nitrogéntartalmú bázisok szekvenciája az egyes fajok genetikai információit kódolja. Ennek a szekvenciának a megsértése természetes mutációkkal vagy mutagén tényezők hatására lehetséges. Ebben az esetben a mikroorganizmus bármilyen tulajdonságot szerez vagy elveszít. Jelei örökletesen változnak, azaz a mikroorganizmus új formája jelenik meg. Minden mikroorganizmusban - prokariótákban és eukariótákban - a genetikai információ hordozói a nukleinsavak - DNS és RNS. Ez alól csak néhány vírus jelent kivételt: nincs DNS-ük, és az öröklődő információkat csak az RNS-ben rögzítik vagy tükrözik.[ ...]

A baktériumsejtekben a DNS-bázisok összlétszáma 32-65 mol% guanin és citozin.[ ...]

A baktériumsejt magja. A mikroorganizmusok száraz tömegének körülbelül 1-2%-a esik a DNS-re, amely a szervezet genetikai információit tartalmazza. A legtöbb mikroorganizmusnak van olyan területe (vagy több területe), ahol a DNS fő mennyisége koncentrálódik, és amelyek egy bizonyos szerkezettel (vagy organellával) rendelkeznek, és amelyeket magnak neveznek. A sejtmag (vagy nukleáris anyag) a citoplazma membránhoz kapcsolódik, függetlenül attól, hogy elemi membránok veszik körül (mint egy amőbát), vagy nincsenek benne (mint a baktériumokban és a kékalgákban). A nukleáris anyag a szaporodási időszakban és a sejtek öregedésével összefüggő, életkorral összefüggő változások beindulásakor aktiválódik.[ ...]

A molekuláris klónozásra szánt DNS-szegmensnek (génnek) képesnek kell lennie a replikációra, ha baktériumsejtbe kerül, azaz replikonnak kell lennie. Ezzel a képességgel azonban nem rendelkezik. Ezért a klónozott gének sejtekben történő átvitelének és kimutatásának biztosítása érdekében ezeket úgynevezett genetikai vektorokkal kombinálják. Ez utóbbinak legalább két tulajdonsággal kell rendelkeznie. Először is, a vektoroknak képesnek kell lenniük a sejtekben és több másolatban is replikálódni. Másodsorban lehetőséget kell biztosítaniuk a vektort tartalmazó sejtek kiválasztására, azaz rendelkezniük kell egy olyan markerrel, amelyre a vektort a klónozott génnel együtt tartalmazó sejteket (rekombináns DNS-molekulák) kontraszelektálni lehet. A plazmidok és fágok megfelelnek ezeknek a követelményeknek. A plazmidok jó vektorok, mert replikonok, és tartalmazhatnak olyan géneket, amelyek bármilyen antibiotikummal szemben rezisztensek, ami lehetővé teszi az ezzel az antibiotikummal szemben rezisztens baktériumok kiválasztását, és ezáltal a rekombináns DNS-molekulák könnyű kimutatását.[...]

A baktériumokban a DNS kevésbé sűrűn van becsomagolva, mint a valódi sejtmagokban; Egy nukleoidnak nincs membránja, magja vagy kromoszómakészlete. A bakteriális DNS nem kapcsolódik a fő fehérjékhez - hisztonokhoz -, a nukleozid pedig rostköteg formájában helyezkedik el.[ ...]

A rekombináns DNS-technikák alkalmazása biológiai szennyezéscsökkentő szerek előállítására még korai stádiumban van, de az egyik technika, amely a belátható jövőben hasznosnak bizonyulhat, a genetikai szondázás. Az új vegyület átalakítására képes organizmusok kiválasztása gyakran azon a képességen alapul, hogy az anyagot növekedési szubsztrátként használják fel. Ha a növekedés gyenge, vagy a szubsztrát csak kometabolizálódik, akkor a szelekciós módszerek alkalmatlanok lesznek a lebontó képesség azonosítására. Ezért hasznos lenne genetikai szondázást kidolgozni a plazmidok és kromoszómák specifikus szekvenciáinak meghatározására, ez szükséges a katabolikus potenciál meghatározásához, még akkor is, ha ez a potenciál nem fejeződik ki. Ilyen próbákat fejlesztettek ki TOL plazmidokhoz. A módszer 106 Escherichia coli telep közül egy TOL plazmidot tartalmazó baktériumkolóniát képes kimutatni. Egy ilyen hatékony eszköz nagyban hozzájárulna a rejtett katabolikus funkciók kiemeléséhez.[ ...]

A DNS „klónozásának” elegáns technikájának kidolgozása specifikus DNS-fragmensek nagyszámú, pontos másolatának előállítására (13.4. ábra) a közelmúltban új távlatokat nyitott a genom szerkezetének, szerveződésének és működésének tanulmányozásában. Ha egy kétszálú DIC-t az egyik „restrikciós” enzim (az egyik nukleáz) hasít, amely specifikusan felismeri és hasítja a rövid nukleotidszekvenciákat (4-6 pár), akkor nagymértékben reprodukálható DNS-fragmensek keletkeznek. A DNS két szálának végei általában eltolódnak egymáshoz képest a kétszálú molekula vágási helyeinek specifitása miatt, amelyek láncai bázisösszetételben komplementerek. A DNS-t általában a szelekció szempontjából fontos plazmidgénbe, például egy antibiotikum-rezisztencia génbe építik be, amely lehetővé teszi az ilyen plazmidot tartalmazó baktériumok növekedését antibiotikum jelenlétében.[ ...]

A baktériumok replikációjuk során sok plazmidmásolatot állítanak elő, és ily módon lehetőség nyílik nagyszámú inszertált DNS-fragmens "növesztésére", majd egyszerűen újra izolálására ugyanazzal a restrikciós enzimmel végzett emésztéssel, a keletkező termékeket gélelektroforézissel elválasztva. Ennek a DNS-rekombinációs módszernek az alkalmazása forradalmasította a gének tanulmányozását.[ ...]

A közelmúltban azt találták, hogy a bakteriális DNS-vírusokra gyakorolt ​​mutagén hatások 320-400 nm hullámhosszúságú sugarak (a látható fényzónához közeli régió), amelyek alacsony intenzitásúak. A sugárzásnak ebben a hullámhossz-tartományban a növényi vírusokra gyakorolt ​​lehetséges hatását még nem találták.[ ...]

A bakteriális DNS-re kapott COT reasszociációs görbék mentesek az inflexióktól, és az eukarióta DIC más típus szerint asszociál (13.2. ábra). Alacsony DNS-koncentráció és rövid inkubációs idő esetén az egyszálú DNS jelentős része újrahasznosul, a COT növekedésével pedig további kétszálú molekulák képződnek, így kétfázisú görbét kapunk. A gyors renaturáció alacsony COT-értékeknél azt mutatja, hogy az eukarióták egyes szekvenciái sokszor ismétlődnek, azaz akár 10 000-szer vagy többször is.[ ...]

A CXC hiánya akkor is utánozható, ha a tesztfágok DNS-e nem tartalmaz olyan helyeket, amelyeket a vizsgált törzsben jelen lévő restrikciós enzim felismer. Ez a jelenség a bakteriális vírusok evolúciós adaptív változásainak egyik változata, amelynek célja az SCS-gát leküzdése. A szelekciós nyomás ebben az esetben a bakteriális vírus gazdasejtjére jellemző restrikciós endonukleázok szubsztrátját képező nukleotidszekvenciák számának statisztikailag szignifikáns csökkenésében vagy akár teljes eliminációjában fejeződik ki a fág DNS-ben.[...]

Lindegren leírta a bakteriofág kialakulásának lehetséges szakaszait egy prófág DNS-éből, és azt sugallja, hogy a prófág a sejtbe véletlenül bejutott idegen bakteriális DNS fragmentumaként keletkezik, amely a korai szakaszban szinkronban osztódik a bakteriális DNS-sel. A vírus fejlődésének következő fontos állomása a profág olyan változása lenne, amelynek következtében lehetővé vált a gazdasejt DNS-étől független szaporodása; ennek eredményeként a prófág azt használná. minden elérhető nukleotidot, ezáltal megzavarva a gazdasejt növekedését. Végül egy későbbi szakaszban kialakulhatott egy védő fehérjehéj, és más fehérjék is keletkezhettek volna, amelyeknek biztosítaniuk kellett volna, hogy a DNS túlélje a gazdaszervezeten kívül, és hatékonyan fertőzze meg az új sejteket. A bakteriális DNS levált fragmentuma kezdetben nyilvánvalóan a bakteriális funkciókhoz alkalmazkodott fehérjéket kódolt. Nagyon jelentős változások szükségesek a DNS-ben ahhoz, hogy olyan összetett és speciális objektumok jöjjenek létre, mint például az E. coli T2 fágja, amelyek emellett olyan bázisokat tartalmaznak, amelyek hiányoznak a bakteriális DIC-ből.[ ...]

A baktériumok genetikai információja nem korlátozódik a baktériumsejt nukleoidjában található DNS-re. Amint azt a könyv előző részeiben már említettük, az extrakromoszómális elemek, amelyek a plazmidok általános nevét kapták, örökletes tulajdonságok hordozóiként is szolgálnak. Ellentétben a sejtmag-ekvivalensek DNS-ével, a nukleoidokkal, amelyek a baktériumsejt organellumai, a plazmidok független genetikai elemek. A plazmidok elvesztése vagy beszerzése nem befolyásolja a sejt biológiáját (a plazmidok megszerzése csak a populáció egészére hat pozitívan, növelve a faj életképességét). Az átvihető plazmidok azok, amelyek beindítják a donorok tulajdonságait a gazdasejtekben. Ugyanakkor az utóbbiak új minőséget kapnak - képesek konjugálni a befogadó sejtekkel és plazmidjaikat adni nekik. A recipiens sejtek a konjugáció során plazmidokat szerezve maguk is donorokká válnak.[ ...]

Az adszorpció hiánya nem meríti ki a bakteriális vírusok és a mikrobiális sejtek közötti kölcsönhatások sokféleségét. A jelenségnek csak az egyik oldalát illusztrálják, nevezetesen a sejtes védekezési mechanizmusok megnyilvánulását, amelyek fenotípusosan (a növekedéshiány kritériuma szerint) a restrikciót imitálják. A sejt-bakteriofág kölcsönhatásnak van azonban egy másik változata, amely utánozhatja a CXC hiányát. Ilyen mechanizmusok például a fággének által kódolt inhibitorok és metilázok szintézise, ​​amelyek megvédik a vírus DNS-t a II-es típusú restrikciós hatásoktól.[ ...]

A klór fertőtlenítő hatásának mechanizmusa a baktériumsejt anyagcserezavarával függ össze a vízfertőtlenítés folyamatában. Ugyanakkor kimutatták a baktériumok enzimaktivitására gyakorolt ​​hatást, különös tekintettel a bakteriális sejtben redox reakciókat katalizáló dehidrogenázokra. A. M. Skidalskaya (1969) tanulmányozta a klór hatását a bakteriális aminosavak dekarboxilezési folyamatára, amely szigorúan specifikus dekarboxiláz enzimek jelenlétében megy végbe, és meghatározta az Escherichia coli DNS nukleotid összetételét a fertőtlenítési folyamat befejezése után különböző esetekben. baktericid hatás szintje. [ ..]

A T-csoportú bakteriofágok 100 x 25 nm méretű dobverő alakúak. Genomjukat a DNS képviseli. Virulens fágok, mert miután megfertőzik a baktériumsejteket, az utóbbiak nagyszámú újonnan szintetizált fágrészecske felszabadulásával lizálódnak.[ ...]

A bakteriális plazmidok a citoplazmában található genetikai struktúrák, és 2250-400 000 bázispár méretű DNS-molekulák. A kromoszómáktól elkülönítve léteznek baktériumsejtenként egy-több tíz kópia mennyiségben.[ ...]

Pseu.dom.onas vur1 ae ri törzs. A pka8eoIsola egy 150 kb méretű plazmiddal rendelkezik, amely képes autonóm replikációra vagy a bakteriális kromoszómába integrálódni. Az ezt követő pontatlan kimetszés lehetővé tette egy 35-270 ezer bp hosszúságú plazmidcsalád előállítását, amelyek némelyike ​​nagy kromoszómális DNS-szegmenseket tartalmazott.[ ...]

Az evolúció során a baktériumokban kialakult az úgynevezett restrikciós enzimek (endonukleázok) szintetizálásának képessége, amely a sejtes (bakteriális) restrikciós-módosító rendszer részévé vált. A baktériumokban a restrikciós-módosító rendszerek az intracelluláris immunvédelmi rendszer az idegen DNS ellen. Ellentétben a magasabb rendű organizmusokkal, amelyekben a vírusokat, baktériumokat és más kórokozókat sejten kívül ismerik fel és semmisítik meg, a baktériumokban az idegen DNS (a növények és állatok DNS-e, amelyekben élnek) elleni védelem intracellulárisan történik, vagyis amikor idegen DNS behatol a citoplazmába. a baktériumok. Annak érdekében, hogy megvédjék magukat, a baktériumok azt a képességet is kifejlesztették, hogy saját DNS-üket meghatározott szekvenciáknál metiláló bázisokkal „megjelöljék”. Emiatt, mivel ugyanazon szekvenciákon hiányoznak benne metilcsoportok, az idegen DNS-t különböző bakteriális restrikciós enzimek megolvasztják (fragmensekre vágják), majd bakteriális exonukleázok nukleotidokra bontják. Elmondhatjuk, hogy így a baktériumok megvédik magukat a növények és állatok DNS-étől, amelyek szervezetében átmenetileg (kórokozóként) vagy tartósan (szaprofitaként) élnek.[ ...]

A baktériumok vagy egyedi tulajdonságok örökletes tulajdonságait öröklődési egységekben kódolják - gének, amelyek lineárisan helyezkednek el a kromoszómában a DNS-szál mentén. Ezért a gén egy DNS-szál töredéke.Minden tulajdonság egy adott génnek felel meg, és gyakran egy még kisebb DNS-szegmensnek - kodonnak. Más szóval, a baktériumok összes tulajdonságára vonatkozó információ lineáris sorrendben található a DNS-szálban. A baktériumoknak azonban van egy másik tulajdonsága is. Az eukarióták magjai általában több kromoszómát tartalmaznak, számuk a sejtmagban fajonként állandó. A bakteriális nukleoid csak egy DNS-szál gyűrűt, azaz egy kromoszómát tartalmaz. A baktériumsejt örökletes tulajdonságainak mennyiségét azonban nem meríti ki az egy kromoszómában vagy egy gyűrűszerűen zárt, kettős szálú DNS-hélixben található információkészlet. A plazmidok DNS-t tartalmaznak, amely az anyasejtből a leánysejtbe továbbított genetikai információt is hordozza.[ ...]

A mutációk egy sejt génberendezésében bekövetkező változások, amelyek az e gének által szabályozott tulajdonságok változásával járnak együtt. A DNS makro- és mikrosérülései a sejt tulajdonságainak megváltozásához vezetnek. Makrokváltozások, nevezetesen: egy DNS-szakasz elvesztése (osztódás), egy külön szakasz elmozdulása (transzlokáció) vagy a molekula egy bizonyos szakaszának 180°-os elfordulása (inverzió) - baktériumokban viszonylag ritkán figyelhető meg Mikrokárosodás, ill. pontmutációk, azaz sokkal inkább jellemző rájuk.az egyes gének minőségi változásai, például egy pár nitrogénbázis kicserélődése. A mutációk lehetnek közvetlenek és fordítottak vagy fordítottak. A közvetlen mutációk vad típusú organizmusok, például a növekedési faktorok önálló szintézisére való képesség elvesztése, azaz a prototrófiából az auxotrófiába való átmenet. A hátsó mutációk a vad típushoz való visszatérést vagy visszaállást jelentik. A visszatérési képesség a pontmutációkra jellemző. A mutációk hatására megváltoznak az olyan fontos tulajdonságok, mint az aminosavak és vitaminok önálló szintézisének képessége (auxotróf mutánsok), valamint az enzimképző képesség. Ezeket a mutációkat biokémiainak nevezzük. Az antibiotikumokkal és más antimikrobiális szerekkel szembeni érzékenység megváltozásához vezető mutációk szintén jól ismertek. Eredetük szerint a mutációkat spontán és indukált mutációkra osztják. A spontánok spontán módon, emberi beavatkozás nélkül fordulnak elő, és véletlenszerűek. Az ilyen mutációk gyakorisága nagyon alacsony, és 1 x 10-4 és 1 x 10-10 között mozog. Az indukáltak akkor fordulnak elő, amikor a mikroorganizmusok fizikai vagy kémiai mutagén tényezőknek vannak kitéve. A mutagén hatású fizikai tényezők közé tartozik az ultraibolya és ionizáló sugárzás, valamint a hőmérséklet. A kémiai mutagének számos vegyületet tartalmaznak, és ezek közül a legaktívabbak az úgynevezett szupermutagének. Természetes és kísérleti körülmények között a baktériumpopulációk összetételében bekövetkező változások két tényező - mutációk és autoszelekció - hatására következhetnek be, amely egyes mutánsok környezeti feltételekhez való alkalmazkodása következtében következik be. Egy ilyen folyamat nyilvánvalóan megfigyelhető olyan környezetben, ahol a táplálkozás túlnyomó része egy szintetikus anyag, például felületaktív anyag vagy kaprolaktám.[ ...]

Egyetlen E. coli sejtet háromrétegű, körülbelül 40 nm vastag sejtmembrán vesz körül, amely egy „zacskó” vagy „burok”, amely körülbelül 2 x 10 1R g fehérje formájában tartalmazza a sejttartalmat, 6 x 10 16 g DNS és 2 x 10 14 g RNS (főleg riboszómális RNS). Körülbelül 2000 különböző fehérje szintetizálódik egy baktériumsejtben, amelyek többsége a citoplazmában található. Egyes fehérjék koncentrációja 10 "® M, míg mások körülbelül 2 x 10" 4 M (sejtenként 10-200 000 molekula).[ ...]

Az egysejtű szervezetekben az ivaros szaporodás többféle formában létezik. A konjugáció megtalálható a csillósoknál is, amelyek során e folyamat során a magok egyik egyedről a másikra kerülnek, majd az utóbbi osztódik.[ ...]

Baktériumok: prokarióták ("nukleáris előtti") egysejtű szervezetek. Sejtjeikben nincs a citoplazmától elválasztott sejtmag. A genetikai program azonban, mint minden élő szervezetben, nukleotidszekvenciaként van kódolva a DNS-ben, és információkat hordoz a fehérjék szerkezetéről. A baktériumsejtek nem tartalmaznak olyan organellumokat, mint a kloroplasztok (fotoszintézisre specializálódtak) és a mitokondriumok (a sejtlégzésre és az ATP-szintézisre specializálódtak). Ezek a biokémiai folyamatok a citoplazmában lévő baktériumokban mennek végbe.[ ...]

Az extrém kis sejtméret a baktériumok jellemző, de nem fő jellemzője. Minden baktériumot egy speciális sejttípus képvisel, amelyeknek nincs valódi magjuk, és nukleáris membrán vesz körül. A baktériumok sejtmagjának analógja a nukleoid - DNS-tartalmú plazma, amelyet nem választ el a citoplazmától membrán. Ezenkívül a bakteriális sejteket a mitokondriumok, a kloroplasztiszok hiánya, valamint a membránszerkezetek és a sejtfalak speciális szerkezete és összetétele jellemzi. Azokat az élőlényeket, amelyek sejtjeiben hiányzik a valódi sejtmag, prokariótáknak (pre-nukleáris) vagy protocitáknak (vagyis primitív sejtszervezettel rendelkező szervezeteknek) nevezik.[ ...]

A mikoplazmasejtek ovális alakúak, méretük körülbelül 0,1-0,25 nm átmérőjű (43. ábra). Jellemzőjük egy vékony külső plazmamembrán jelenléte (vastagsága - körülbelül 8 nm), amely körülveszi a citoplazmát, amely körülbelül 800 különböző fehérje kódolásához elegendő DNS-molekulát, különböző típusú RNS-t, körülbelül 20 nm átmérőjű riboszómákat tartalmaz. Citoplazmájuk különféle zárványokat tartalmaz fehérjék, lipidgranulátumok és egyéb vegyületek formájában. A nem megfelelő sejtmerevség miatt a mikoplazma membránok baktériumszűrőkön haladnak át.[ ...]

Megállapítást nyert, hogy az aktivált aminosavak a riboszómákon kötődnek, és a sejtmagtól a messenger RNS-en (mRNS) keresztül kapott genetikai információnak megfelelően polipeptidláncba hajtogatják azokat, amely mintegy beolvassa a megfelelő információt a DNS-ből és továbbítja azt. a riboszómákhoz. Számos fehérjét szintetizáltak izolált riboszómákon, és jelölt aminosavakat is tartalmaztak. A templát szerepét a fehérjeszintézisben az mRNS látja el, amely a riboszómához kapcsolódik. Utóbbi felületén kölcsönhatás megy végbe az aminosavak komplexe, a következő aminosavat hordozó transzfer RNS és a hírvivő RNS nukleotidszekvenciája között, amely a riboszómán egyszer, majd a polipeptidlánc szintézise után működik. lefelé, és az újonnan szintetizált fehérje felhalmozódik a riboszómákban. Egy baktériumsejtben 90 perces regenerációs periódus mellett az mRNS-forgalom eléri a 4-6 másodpercet.[ ...]

A citoplazma kolloid oldat, melynek diszpergált fázisa összetett fehérjevegyületek és zsírokhoz közeli anyagok, diszperziós közege pedig víz. A baktériumok egyes formáiban a citoplazma zárványokat tartalmaz - zsír-, kén-, glikogéncseppeket stb. A baktériumsejtek állandó komponensei a citoplazmatikus membrán speciális kinövései - mezoszómák, amelyek enzimatikus redox rendszereket tartalmaznak. Ezekben a képződményekben főleg a baktériumok légzésével kapcsolatos folyamatok zajlanak. Kis zárványokban - ribonukleinsavat tartalmazó riboszómákban - fehérje bioszintézist hajtanak végre. A legtöbb baktériumfajnak nincs külön sejtmagja. A DNS által képviselt nukleáris anyag nem válik el a citoplazmától, és nukleoidot képez. A sejt életéhez szükséges anyagok szállítása és az anyagcseretermékek eltávolítása speciális csatornákon és üregeken keresztül történik, amelyeket a citoplazmától a citoplazmával megegyező szerkezetű membrán választ el. Ezt a szerkezeti képződményt endoplazmatikus retikulumnak (reticulum) nevezik.[ ...]

A baktériumok variabilitásának és öröklődésének elképzelése nem alkotható meg a prokarióta sejt molekuláris genetikájának bizonyos rendelkezéseinek ismerete nélkül. A mikrobiális kultúrák változó környezeti feltételekhez való alkalmazkodási folyamatai a variabilitáson és az öröklődésen alapulnak, amelyek a bakteriális genetika részei. A baktériumsejt citológiájának bemutatásakor már szóba került a DNS és az RNS szerkezete, valamint a sejt életében betöltött szerepe. A DNS jellegzetes szerkezete minden fajban megmarad, és más karakterekhez hasonlóan nemzedékről nemzedékre továbbadódik az utódoknak. A bakteriális DNS egy kétszálú hélix, amely gyűrűvé záródik. A bakteriális DNS gyűrűs szála, amely a nukleoidban található, nem tartalmaz fehérjét. Egy ilyen DNS-gyűrű egy eukarióta sejt kromoszómájának felel meg. Ismeretes, hogy az eukarióta sejtek kromoszómájában a DNS mellett mindig van fehérjekomponens is. Ebből következik, hogy az eukarióták kromoszóma fogalma némileg eltér a bakteriális kromoszóma fogalmától. A DNS-szál, amely a baktériumok kromoszómája, természetesen fajonként változik. A DNS cukor-foszfát komponense minden típusú baktérium esetében azonos; a nitrogénbázisok elrendezése és ezek kombinációja, éppen ellenkezőleg, a különböző fajokban eltérő.[ ...]

Az antibiotikumok növekvő válogatás nélküli alkalmazása az állatállományban, amelyeket alacsony dózisban alkalmaznak növekedésserkentőként és a haszonállatok stressz által kiváltott gyomor-bélrendszeri rendellenességei elleni megelőző intézkedésként, az antibiotikum R-faktor rezisztencia növekvő előfordulásához vezet a mikrobiális populációkban. az egyik baktériumsejt a másikba a konjugáció során. Az átvitel egy plazmidon keresztül történik, amely egy cirkuláris extrakromoszómális DNS, amely replikációra képes.[ ...]

A virulens fágokkal ellentétben ismertek az úgynevezett mérsékelt fágok, vagy egyszerűen csak mérsékelt fágok. Az ilyen fágok tipikus képviselője az X fág, amelyet szintén használtak és használnak kísérleti modellként a molekuláris genetika számos kérdésének tisztázására. Az X fágnak két fontos tulajdonsága van. A virulens fágokhoz hasonlóan képes megfertőzni a baktériumsejteket, vegetatívan szaporodni, több száz kópiát hozva létre a sejtekben, és a sejteket érett fágrészecskék felszabadításával lizálni. Ennek a fágnak a DNS-e azonban bekerülhet a bakteriális kromoszómába, és prófággá alakulhat. Ebben az esetben a baktériumok úgynevezett lizogenizálódása következik be, és a profágot tartalmazó baktériumokat lizogénnek nevezik. A lizogén baktériumsejtek végtelenül hosszú ideig birtokolhatnak prófégot anélkül, hogy lizálnának. Új fágrészecskék felszabadulásával járó lízist figyeltek meg a lizogén baktériumok valamilyen tényezőnek, például UV-sugárzásnak való kitétele után, amely a profág fággá történő fejlődését indukálja. A lizogén baktériumok vizsgálata lehetővé tette számos új adat megszerzését a különböző fehérjék fággének működésében betöltött szerepéről.[ ...]

Számos magasabb rendű növény kloroplaszt genomja 120 génből áll. A kloroplaszt genom felépítésében és működésében nagyon hasonlít a bakteriális genomhoz. Az intronok valószínűleg hiányoznak az emberi mitokondriális genomból, de egyes magasabb rendű növények kloroplasztiszainak DNS-ében, valamint gombás mitokondriumok DNS-ében találtak intronokat. Úgy gondolják, hogy a magasabb rendű növények kloroplasztisz genomja körülbelül több millió évig változatlan marad. Lehetséges, hogy az emlősök, így az ember mitokondriális genomjára is ilyen régiség jellemző.[ ...]

A gének működését szemléltető modern sémák biokémiai és genetikai módszerekkel nyert kísérleti adatok logikai elemzése alapján épülnek fel. A finom elektronmikroszkópos módszerek használata lehetővé teszi, hogy szó szerint megtekinthesse a sejt örökletes apparátusának munkáját. A közelmúltban elektronmikroszkópos felvételek készültek, amelyek azt mutatják be, hogyan szintetizálódnak bakteriális DNS-mátrixon azokon a területeken, ahol RNS-polimeráz molekulák (a DNS RNS-be való átírását katalizáló enzim) kapcsolódnak a DNS-hez, mRNS-molekulák szintetizálódnak. A lineáris DNS-molekulára merőlegesen elhelyezkedő mRNS-szálak a mátrix mentén mozognak és megnövekednek. Az RNS-szálak meghosszabbodásával riboszómák csatlakoznak hozzájuk, amelyek viszont az RNS-szál mentén a DNS felé haladva fehérjeszintézishez vezetnek.[ ...]

A transzdukció a genetikai anyag átvitele egy donor baktériumból a recipiens baktériumba egy fág segítségével. A transzdukció jelenségét először 1951-ben fedezték fel Lederberg és munkatársai a Salmonella typhimuriumban. Most különböztesse meg a nem specifikus és a specifikus transzdukciót. Nem specifikus transzdukcióval a fág bármely tulajdonságot átvihet a donor baktériumból a recipiens baktériumba. Az átvitelt csak mérsékelt (nem virulens) fágok hajtják végre. A mérsékelt égövi fágok képesek megfertőzni a baktériumokat, de nem szaporodnak bennük és nem okoznak lízist, hanem bekerülnek egy baktériumsejt DNS-ébe és ilyen nem fertőző állapotban úgynevezett prófág formájában továbbítják sejtről sejtre a szaporodás során. A profágot tartalmazó baktériumtenyészeteket lizogénnek nevezzük. Ezekben a tenyészetekben alacsony gyakorisággal (102-105 sejt egyikében) a fág spontán reprodukciója figyelhető meg, és sejtlízis megy végbe olyan indikátorbaktériumok segítségével kimutatott fágrészecskék felszabadulásával, amelyekre az ilyen fág virulens. .]

A kísérleteket háromkamrás cellán végeztük, amely egy központi munkakamrából és két elektródkamrából állt. 750 mg vattát helyeztünk egy 25 x 7 x 37 mm méretű (hossz x szélesség x magasság) munkakamrába, amelyet celofán membránnal választottunk el az elektródcelláktól. Ezen keresztül, alulról felfelé, állandó sebességgel táplálták be a vizsgált anyagok kezdeti oldatát. A munkakamrába juttatott kiindulási oldatok (C0) és a kamrából kilépő oldatok (Ci) vegyülettartalmát a fehérjék és nukleinsavak abszorpciós maximumaival követtük a hullámszám tartományban (35,5-38) X 103 cm- 1 Specord UV-VIS UV spektrofotométerrel. Az elektródkamrákat szemcsés aktív szénnel töltöttük meg, és külön áramlásban desztillált vizet engedtünk át rajtuk.