Основные вопросы темы

1.Основные закономерности изменчивости как общебиологическая проблема.

2. Формы изменчивости, фенотипическая и генетическая изменчивость.

3. Мутации, их механизм.

4. Рекомбинации ДНК и способы передачи генетической информации между бактериями: трансформация, конъюгация, трансдукция.

5. Плазмиды как внехромосомные факторы наследственности.

6. Общая характеристика вирусов.

7. Природа и свойства бактериофагов, механизм взаимодействия фага с бактериальной клеткой /вирулентные и умеренные фаги/.

8. Применение бактериофагов для профилактики, лечения болезней и идентификации бактерий.

БЛОК ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ.

1. Формы изменчивости микроорганизмов.

Изменчивость микроорганизмов может возникать под действием внешних факторов и связана, в основном, с образованием индуцированных ферментов. Такие изменения являются фенотипическими, не наследуются и сохраняются в течение действия внешнего фактора.

Наследуемые изменения у микроорганизмов являются следствием нарушений генетической информации и связаны, в основном, с мутациями и генетическими рекомбинациями. Основой наследственности у бактерий и вирусов служит ДНК. Бактериальная ДНК замкнута в кольцо. Эта структура называется нуклеоидом или бактериальной хромосомой. Сохранение генетической информации поддерживается точным воспроизведением ДНК в репликации и системой репарации ДНК. Репаративная система представляет комплекс белков ферментов /конститутивные и индуцибельные/, которые находят поврежденные участки ДНК, разрушают их, затем полимеразы синтезируют новый участок, а лигазы вшивают его в цепочку.

Внехромосомные факторы наследственности представлены плазмидами, транспозонами и Is-последовательностями, которые представляют молекулы ДНК. Они не являются жизненно необходимыми для бактерий, но придают им селективные преимущества.

Плазмиды могут быть связаны с хромосомой и делятся вместе с ней или находятся в свободном состоянии в цитоплазме, где может происходить их автономная амплификация. Плазмиды несут генетическую информацию:

F - плазмиды способствуют конъюгации,

Rtf - множественной устойчивости к антибиотикам,

End - плазмиды контролируют синтез токсина,

Hly – плазмида - синтез гемолизина.

Плазмиды могут контролировать синтез факторов вирулентности и устойчивости микробов к различным воздействиям внешней среды /к свету, ультрафиолету/, могут менять скорость размножения бактерий.

Транспозоны всегда связаны с хромосомой, они несут информацию для транспозиции, при включении в ДНК способны перемещаться с одного репликона на другой, вызывая дупликации или делеции и инверсии. Они могут нести информацию для синтеза токсинов и ферментов, обуславливают антимикробную устойчивость к одному фактору.

Is-последовательности (inscription – вставка, sequencl – послежлвательность) - это фрагменты ДНК, в которых содержится информация для их перемещения в различные участки ДНК. Они вызывают делеции или инверсии, а при включении в хромосому - дупликации. Они кодируют взаимодействие транспозонов, плазмид и умеренных фагов между собой и обеспечивают их рекомбинацию.

Изменения генетической информации микроба связаны в основном с мутациями и генетическими рекомбинациями.

Мутации бывают:

1. Спонтанные (радиация, световой фон, ошибки ДНК – полимеразы).

2. Индуцированные - причина их возникновения связана с мутагенными факторами (физическими, химическими, биологичес­кими).

а). т очковые - замена основания.

б). транспозиция - перенос участка ДНК с одного на другой.

в). трансверсия - переворот на 180 градусов.

г). амплификация генов - вставочные мутации, ДНК становится больше.

д). делеции - выпадение участка ДНК.

Последствия мутаций:

1. Нейтральная - измененияне проявляются.

2. Условно-летальные изменения имеются, но фермент не утрачивает активности.

3. Летальная - утрата функциональной активности, не синтезируется жизненно важный для клетки фермент.

4. Повышающие жизнеспособность, встречаются крайне редко.

Рекомбинации ДНК и передача генетической информации между бактериями происходит путем трансформации, трансдукции и конъюгации.

Трансформация - передача генетической информации от одной бактерии к другой без их непосредственного контакта. Трансформацию открыл Ф. Гриффитц, который показал способность экстракта капсульного пневмококка индуцировать вирулентность и образование капсулы у бескапсульного пневмококка. Трансформация чаще происходит между разновидностями, типами и штаммами микробов одного вида и осуществляется донором и реципиентом. Донор отдает ДНК, а реципиент воспринимает ее. Донором являются клетки с максимальной скоростью размножения, часть ДНК попадает в окружающую среду, где и захватывается реципиентом. Реципиентом являются клетки со сниженной скоростью размножения в состоянии фазокомпетентности, на поверхности этих клеток появляются белки- трансформосомы, которые связывают ДНК в окружающей среде. Этот процесс идет активнее у грамположительных бактерий, а у грамотрицательных бактерий переносу ДНК мешает наружная мембрана клеточной стенки. При трансформации приобретаются один или два признака донора, чаще передаются капсульные и поверхностные антигены, резистентность к лекарственным препаратам, способность синтезировать факторы роста и ферментировать углеводы.

Конъюгация –передача генетической информации между бактериями при их непосредственном контакте. Клетка - донор имеет специальные плазмиды фертильности (F-плазмиды), эта клетка имеет специальные sex- реснички, которые служат для сближения клеток донора и реципиента и образования между ними протоплазматических мостиков.

F- фактор, включенный в ДНК дает высокую частоту рекомбинаций.

Hfr - форма расщепляет двойную спираль (ДНК), превращая ее из кольцевой молекулы в линейную и транспортирует ее в клетку реципиента,

Оставшаяся в клетке донора ДНК восстанавливает свою первоначальную структуру, достраиваясь до двойной спирали. При конъюгации от донора к реципиенту могут передаваться плазмиды, автономно расположенные в цитоплазме.

Конъюгация чаще происходит у медленно делящихся клеток. У грамотрицательных бактерий в этом процессе участвуют две клетки (донор и реципиент), а у грамположительных бактерий в конъюгации одновременно участвует 50-100 клеток, эти скопления называют клампами.

Конъюгация лучше возникает при внутривидовом скрещивании бактерий, но возможна и межвидовая рекомбинация, которая часто происходит у бактерий кишечной группы, воспроизводится между кишечными палочками, шигеллами, сальмонеллами, клебсиеллами, холерным вибрионом.

Трансдукция - передача генетической информации из одной микробной клетки в другую с помощью бактериофагов. Этот процесс может осуществляться как умеренными, так и вирулент­ными фагами.

Для умеренных фагов характерен переход к продуктивной инфекции, что чаще связано с действием ультрафиолетового облучения или радиации, при этом происходит повреждение хромосомы клетки и вирусная ДНК в процессе сборки вириона соединяется с одним или несколькими генами хромосомы клетки хозяина. Неправильно вылепленный геном вируса начинает реплицироваться, образуется множество копий, каждая из которых содержит гены клетки донора. Синтезируются белки капсида бактериофага, и из клетки выходит популяция вирусов, где каждый из вирусов содержит один или несколько генов клетки донора.

Дальше, взаимодействуя с клеткой-реципиентом, геном вируса встраивается в хромосому клетки вместе с генами из хромосомы клетки донора.

Трансдукцию, осуществляемую умеренными бактериофагами, подраз­деляют на общую, специфическую и абортивную. При общей трансдукции вирус встраивается в различные места хромосомы клетки-донора. Специфическая трансдукция характерна для бактериофага, встраивающего свой геном в строго определенное место хромосомы донора. При абортивной трансдукции перенесенный ген не встраивается в хромосому клетки реципиента, а остается в цитоплазме. При делении клетки этот ген остается в одной клетке и происходит постепенное утрачивание нового признака.

У вирулентных фагов в процессе сборки вирионов образуются дефектные вирусы, содержащие внутри капсида участок ДНК клетки донора, который они и переносят в цитоплазму клетки-реципиента, но не вызывают процесса репликации вирусов.

Трансдукция, осуществляемая умеренными бактериофагами, включает этап амплификации, то есть увеличение копий переносимого гена, что весьма важно в изменчивости микроорганизмов.

В процессе трансдукции передается генетическая информация об антигенной структуре бактерий и осуществляется передача факторов вирулентности.