Основы генетики микроорганизмов

Генетика – наука о наследственности и изменчивости. Наследственность характеризует состояние постоянства свойств вида в поколениях, т.е. воспроизведение себе подобных, изменчивость – различия в свойствах между особями одного вида. Генетика бактерий – наука о наследственности и изменчивости бактерий. Она изучает механизмы хранения и передачи генетической информации от одной клетки к другой в пределах одного или разных видов бактерий, анализирует механизмы, контролирующие развитие и проявление признаков или свойств, закономерности изменения этих признаков.

Основной генетической структурой бактериальной клетки является бактериальная хромосома. Она представляет собой гигантскую молекулу ДНК. Эта молекула замкнута в кольцо и состоит из функционально неоднородных генетических детерминант(элементов) – генов. В генах закодирована генетическая информация обо всех свойствах клетки: форме, структуре белка и их свойствах. Вся хромосома бактерий реплицируется (удваивается) как единое целое, т.е. является репликоном. Все прокариоты гаплоидны, т.е. генетический материал у них представлен одним набором генов. В клетке может быть несколько копий бактериальной хромосомы. Кроме хромосомы в некоторых бактериальных клетках содержится внехромосомные генетические структуры – плазмиды.

Каждый ген контролирует синтез клеткой одного белка или соответствующего соединения. Гены подразделяются на структурные гены, гены-регуляторы, гены-операторы. В структурных генах закодирована информация о первичном строении контролируемого ими белка, т.е. последовательность расположения аминокислот, входящих в состав белка. Гены-регуляторы контролируют синтез белков-репрессоров, подавляющих функцию структурных генов. Гены-операторы играют роль посредников между генами-регуляторами и структурными генами.

Генотип – полный набор генов, которым обладает клетка. Генотип определяет потенциальные свойства бактериальной клетки. Фенотип – сумма признаков, которые имеет генотип, реализованные в конкретных условиях. В зависимости от условий существования организмы одного генотипа могут образовывать особи с разными фенотипами. Например, в определенных условиях бактерии, образовавшиеся из одной клетки, могут различаться между собой по ферментативной активности, морфологическим признакам.

У бактерий различают генотипическую (наследственную) и фенотипическую (ненаследственную) изменчивость. Генотипическая изменчивость может быть комбинативной и мутационной. Комбинативная изменчивость связана с процессом рекомбинации в генотипе. Она обусловлена изменениями в последовательности и сцепленности генов или частей генов. Мутационная изменчивость обусловлена изменениями в ДНК при воздействии мутагенных факторов.

Фенотипическая (модификационная) изменчивость возникает под влиянием изменения условий внешней среды. Она не влечет за собой изменений в генотипе бактерий. Однако диапазон такой изменчивости обусловлен генотипом. Модификационные изменения обратимы. Они бывают кратковременнымии длительными. Длительные модификации сохраняются некоторое время после возвращения микробной популяции в стандартные условия, т.е. проявляются в нескольких клеточных поколениях. Фенотипическая изменчивость повышает адаптивные возможности бактерий.