Теоретическая справка

Плазмиды. Методы выявления плазмид

У бактерий имеется одна замкнутая кольцевая хромосома, содержащая до 4000 отдельных генов, необходимых для поддержания жизнедеятельности и размножения бактерий, т. е. бактериальная клетка гаплоидна, а удвоение хромосомы всегда сопровождается ее делением. Обычная бактериальная хромосома имеет молекулярную массу около 10¹⁰ Д (5х10⁶ пар оснований; размер генома человека составляет 2,9x10⁹ пар оснований). Длина бактериальной хромосомы в развернутом состоянии, впервые установленная методом радиоавтографии, для клеток E.coli составляет около 1 мм. Возможность регулировать скорость собственного размножения - уникальное свойство бактериального генома.

В некоторых бактериях обнаруживают подвижные молекулы ДНК, представленные транспозонами и инсерционными (вставочными) последовательностями. Они не являются жизненно необходимыми, т. е. не кодируют информацию о синтезе ферментов, участвующих в энергетическом и пластическом метаболизме. Транспозоны и инсерционные последовательности (Is-посл.) связаны с хромосомой и не способны к самостоятельной репликации.

У бактерий обнаружены дополнительные молекулы ДНК - плазмиды.

Плазмиды - фрагменты ДНК с молекулярной массой 10⁶ - 10⁸ Д, несущие от 40 до 50 генов, выполняют 2 функции:

1. регуляторную - компенсация нарушений метаболизма ДНК клетки хозяина. Например, при интегрировании плазмиды в состав поврежденного бактериального генома, не способного к репликации, его функция восстанавливается за счет плазмидного репликона.

2. кодирующую - внесение в бактериальную клетку новой генетической информации. Например, образованию пилей (F-плазмиды), резистентности к а/б (R-плазмиды), выделению бактериоцинов

КЛАССИФИКАЦИЯ ПЛАЗМИД

Конъюгативные плазмиды относительно крупные F-, R-, Col-плазмиды располагаются автономно, независимо от хромосомы, переносятся от бактерии к бактерии (обычно внутри вида или близкородственными видами) в процессе конъюгации, (чаще выявляются у Гр-палочек).

Неконъюгативные плазмиды небольшие по размерам встроены в бактериальную хромосому характерны для Гр+ кокков, но могут встречаться и у Гр - микроорганизмов. Они не способны к самостоятельной репликации и к переносу из одной клетки в другую

R-плазмиды обусловливают устойчивость к лекарственным препаратам (сульфаниламидам, стрептомицину, пенициллину, тетрациклину) и к тяжелым металлам (ртуть, никель, кадмий, кобальт). R-плазмиды выявляют постановкой чувствительности бактерий к антибиотикам методом диффузии в агар из бумажных дисков.

F-плазмиды контролирует синтез половых ворсинок (sex или F рШ), которые способствуют эффективному спариванию бактерий-доноров с реципиентными клетками при конъюгации. Интегрированные в бактериальную хромосому F-плазмиды называют Hfr-плазмиды (от англ. High frequency of recombitions - высокая частота рекомбинации) - увеличивают «плодовитость» бактерий.

Col-плазмиды контролируют синтез бактериоцинов, способных вызывать гибель бактерий того же вида или близких видов. Бактериоцины обнаружены у кишечной палочки (колицины), бактерий чумы (пестицины), холерных вибрионов (вибриоцины), стафилококков (стафилоцины). Известно более 200 различных бактериоцинов. Роль этих продуктов связана с формированием микробных сообществ.

Способность к синтезу бактериоцинов используют в эпидемиологических исследованиях, выявляя тип колицина, вырабатываемого патогенным видом (колицинотипирование), либо тип плазмиды (колициногенотипирование).

Плазмиды биодеградации несут информацию об утилизации некоторых органических соединений, которые бактерии используют в качестве источников углевода и энергии.

Они могут играть важную роль в экологии патогенных бактерий, обеспечивая им селективные преимущества во время пребывания в объектах окружающей среды и в организме человека. Например, урологические штаммы кишечных палочек содержат плазмиду гидролизации мочевины.

Плазмиды патогенности контролируют вирулентные свойства многих видов, особенно энтеробактерий. К ним относятся плазмиды: ENT, HLY, адгезии, инвазии. В частности Р-Д-,Со1-плазмиды в интегрированном состоянии включают tox⁺ транспозоны, кодирующие токсинообразование.

Установлено, что гены патогенности входят в состав не только плазмид, но и транспозонов, умеренных бактериофагов, а это определяет широкие адаптационные возможности микроорганизмов. Гены патогенности объединяются в группы сцепления - «острова патогенности». Они детерминируют синтез токсинов, факторов адгезии, инвазии, а также синтез особой транспортной системы III типа, ответственной за доставку факторов патогенности из микроорганизма в эукариотическую клетку.