Роль IS элементов и транспозонов в возникновении мутаций

IS-элементы - простые вставочные (инсерционные) последовательности. Эти сегменты ДНК имеют инвертированные повторы на концах, содержащие обычно несколько десятков нуклеотидных пар, и не содержат никаких генов, кроме тех, которые необходимы для их перемещения (транспозиции) по геному. Они встречаются в некоторых плазмидах (внехромосомные носители наследственности) и умеренных фагах (способны существовать в клетке в форме профага).

Транспозиции IS-элементов не сопряжены с их исключением из мест исходной локализации в плазмидах или хромосоме; при транспозиции IS-элемент удваивается и одна его копия остается на прежнем месте, а другая попадает в новый локус.

Значение IS-элементов для эволюции бактерий связано с тем, что эти элементы при своих перемещениях инактивируют различные гены или нарушают их нормальную регуляцию. Помимо прямого влияния на экспрессию гена, эти мигрирующие генетические элементы могут влиять также на транскрипцию окружающих их последовательностей ДНК генома. Это происходит вследствие того, что многие IS-элементы содержат промоторные и терминаторные участки ДНК. Транспозиции IS-элементов могут вызывать слияние двух не связанных ранее генов или оперонов с образованием новых функциональных единиц, а также индуцировать все виды хромосомных перестроек.

Транспозоны - это разновидность мобильных генетических элементов, которые содержат в своем составе один или несколько структурных генов и гены, ответственные за перемещение Транспозоны способны перепрыгивать из одного участка генома в другой, в частности из бактериальной хромосомы в плазмиду и обратно таким образом, они могут включаться в различные участки генома, В случае внедрения транспозона в какой-либо структурный ген хромосомы нуклеотидная последовательность этого гена будет нарушена и генетическая информация не сможет транслироваться в функционально полноценный полипептид. Возникнет инсерционный мутант. 

Нуклеоиды и репликация ДНК

Репликация ДНК у бактерий начинается в строго определенной точке хромосомы (локусе – oriC), носит полуконсервативный характер, идет одновременно в двух противоположных направлениях и заканчивается также в строго фиксированной точке (terminus).

Стадии репликации ДНК:

1. Разрезание молекулы ДНК с помощью фермента рестриктазы.

2. Раскручивание цепей ДНК с участием изомеразы и их разделение хеликазами с образованием репликаторной вилки.

3. Стабилизация однонитевых участков ДНК ДНК-связывающим белком.

4. Каждая из спиралей становиться матрицей, на которой достраивается молекула ДНК по закону комплементарности пар оснований: особенность репликации ДНК является необходимость в затравке – коротких фрагментов РНК, которые синтезируются с помощью ДНК-праймазы; Репликация ДНК осуществляется с помощью фермента ДНК-полимеразы, которая осуществляет синтез ДНК только в направлении 5' → 3', а поскольку цепи ДНК антипараллельны репликация происходит своеобразно: на одной из матричной цепи («ведущей») синтез ДНК идет непрерывно, а на другой («отстающей») цепи ДНК-полимераза должна возвращаться, чтобы наращивать нить тоже в направлении 5' → 3', поэтому репликация идет прерывисто, короткими фрагментами– участок РНК-затравки вырезается с помощью эндонуклеазы и заменяется сегментами Оказаки, сшивании их с матричной ДНК присходит с помощью лигаз.

5. Суперспирализация вновь синтезированных нитей ДНК с участием топоизомеразы.

6. Ревизия ДНК-полимеразой вновь синтезированных фрагментов ДНК (для исключения ошибочного включения нуклеотидов).

Билет

Специфическая и неспецифическая трансдукция

Трансдукция – перенос генетической информации (хромосомных генов или плазмид) от клетки-донора к клетке-реципиенту, который осуществляется при участии бактериофагов. Генерализованная (неспецифическая, общая). Бактериофаг может встраиваться в любом месте генома бактерии и потому способен переносить любой фрагмент ДНК хозяина. Трансдуцирующими агентами являются профаги, способные соединяться с любым участком бактериального генома. Количество бактериальной ДНК, которое может переноситься фагом, обычно составляет 1–2 % всей ДНК, содержащейся в клетке. В осуществлении генерализованной трансдукции бактериальный вирус является только «пассивным» переносчиком генетического материала бактерий. Трансдуцирующие дефектные фаги содержат только фрагменты бактериальной ДНК. А генетическая рекомбинация у трансдуцируемых бактерий происходит по общим закономерностям рекомбинационного процесса.

Специфическая (ограниченная). Бактериофаг встраивается в строго определенные места генома бактерии, а потому переносит лишь строго определенные фрагменты ДНК. Характерными особенностями специфической трансдукции являются: 1) каждый трансдуцирующий фаг передает только строго определенную, весьма ограниченную область бактериальной хромосомы; 2) фаг не только переносит генетический материал, но и обеспечивает его включение в бактериальную хромосому; 3) вирус включает ДНК бактерий в свой геном и передает ее, лизогенизируя бактерии-реципиенты.