1. Предмет и задачи микробиологии. Разделы микробиологии. Основные перспективные направления науки
|
|
Скачать 2.05 Mb.
|
|
^ Состав клеточной стенки: У эубактерий - основа – полимер – гликопептид (пептидогликан, мукопептид) муреин, У архей – псевдомуреин, У уксуснокислой бактерии Acetobacter xylinum – целюллоза Кроме муреина сод-ся белки, липиды, липопротеиды, у некоторых бактерий – тейхоевые кислоты Муреин состоит из цепочек N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмурамовой кислоты, соединенных бета-1,4-гликозидными связями. Является опорным каркасом клеточной стенки, к которому прикрепляются другие вещества. Муреиновый мешок: эластичен, способен растягиваться под воздействием внешних факторов, способен сжиматься до четырех раз, имеет отверстия размером до 6 нм, обладает избирательностью, имеет отверстия для выхода фимбрий и жгутиков. Окраска по Граму служит важным таксономическим признаком, с которым коррелируют другие свойства бактерий. Метод предложил Ганс Кристиан Йоахим Грам Гр+: Толстый слой муреина, Содержание муреина 95 %, Содержание липидов около 5 %,Присутствуют тейхоевые кислоты Гр-: Тонкий слой муреина, Содержание муреина 5 – 10%, Содержание липидов около 75 %, Отсутствуют тейхоевые кислоты Механизм образования окрашенного комплекса: * >Муреин + тейхоевые кислоты + Йод + Генциан-виолет = фиолетовый стойкий окрашенный комплекс (Гр+) * <�Муреин + Йод + Генциан-виолет = нестойкий комплекс, легко смываемый спиртом (Гр-), докрашиваются бактерии сафранином ^ особая форма изменчивости или способность адаптироваться к окружающим условиям. Проявляется в колониях чистых культур при исследовании их морфологии. Может быть обратимой или необратимой. Обнаруживаются необычные для данного вида бактерий формы: нитевидные, волокнистые, колбасовидные, шаровидные образования и мелкие гранулы размером 0,1-0,15 мкм (фильтрующиеся формы бактерий). *Обратимая L-трансформация: генетический контроль синтеза клеточной стенки сохраняется; L-формы при благоприятных условиях могут возвращаться в исходную бактериальную форму; восстановление всех основных биологических свойств * Необратимая L-трансформация: генетический контроль синтеза клеточной стенки нарушен необратимо; L-трансформация приобретает необратимый характер; L-трансформанты по своим морфологическим, культуральным и иным свойствам становятся неотличимыми от микоплазм. Особенности L-форм: +Сходство морфологических изменений: образование нитевидных, волокнистых, колбасовидных, шаровидных, гранулярных и микоплазменных форм. +Сходные культуральные свойства: рост на плотных средах в виде характерных колоний двух типов – А и В. +Колонии типа А растут на поверхности агара, имеют очень мелкие размеры. Они состоят главным образом из гранулярных структур, лишенных клеточной стенки, и очень похожи на микоплазмы. +Колонии типа В состоят из центральной зоны, врастающей в агар, и прозрачной фестончатой периферической зоны. В этих колониях обнаруживаются крупные тела, содержащие компоненты клеточной стенки, сходные со стенкой родительских бактерий, но лишенные ригидности. +Образование стабильных и нестабильных L-форм (в зависимости от степени полноты утраты способности синтезировать клеточную стенку). +Изменение антигенных свойств (утрата К- и О-антигенов как следствие нарушения синтеза клеточной стенки). +Снижение вирулентности по сравнению с исходными родительскими формами в связи с утратой различных факторов патогенности. +Способность длительно персистировать в организме. Утрата клеточной стенки делает L-формы нечувствительными к различным химиопрепаратам и антителам. +Способность при неполной утрате синтеза клеточной стенки возвращаться в исходную бактериальную форму. Факторы, индуцирующие трансформацию: *различные антибиотики, угнетающие биосинтез клеточной стенки; *ферменты; *антимикробные антитела; *высокие концентрации некоторых аминокислот (глицин и фенилаланин) ^ цитоплазматическая мембрана (ЦПМ) плотно прилегает к клеточной стенке и отделяет от клеточной стенки содержимое клетки. Это обязательная структура любой клетки. Нарушение целостности мембраны приводит к потере клеткой жизнеспособности. На долю цитоплазматической мембраны приходится 8–15 % сухого вещества клетки, толщина ее 7–10 нм. Представлена в виде трехслойной структуры – одного липидного слоя и двух примыкающих к нему с обеих сторон белковых слоев. Часто образует впячивания внутрь клетки или спиралевидные тельца – мезосомы. Цитоплазматическую мембрану с мезосомами называют бактериальной мембраной. Основные компоненты: белки (50–75 %), фосфолипиды (15–45 %), связанная вода (25 % сухой массы), небольшое количество углеводов, различные ферменты стеролы и стерины в бактериальной мембране большинства прокариот отсутствуют, поэтому бактерии проявляют устойчивость по отношению к некоторым антибиотикам, которые способны связываться со стеролами мембран эукариот. Так, например, нистатин и амфотерицин связывается со стеролами мембраны и увеличивает пропускную способность ЦПМ грибной клетки, в результате чего клетка гибнет. Бактериальная мембрана: закрепляет ферменты, выполняет штативную функцию, транспортирует вещества, принимает участие в обмене веществ между клеткой и окружающей средой, главный осмотический барьер клетки, участвует в репликации генома Мезосомы локализуют ферменты, участвующие в энергетических процессах, в снабжении клетки энергией, осуществляют синтез материала клеточной стенки, принимают участие в распределении ДНК между новообразующимися особями при делении клетки. Хорошо развитые мезосомы обнаружены только у гр+ бактерий, у гр- они развиты слабо и имеют более простое строение. Выделяют 3 вида мезосом: *ламеллярные (пластинчатые); *везикулярные (в форме пузырьков); *тубулярные (трубчатые). Часто у бактерий можно наблюдать мезосомы смешанного типа: состоящие из ламелл, трубочек, пузырьков. По расположению в клетке различают: *мезосомы, образующиеся в зоне клеточного деления и формирования поперечной перегородки (септы); *мезосомы, к которым прикреплен нуклеоид; *мезосомы, сформированные в результате инвагинации периферических участков ЦПМ. Рибосомы рассеяны в цитоплазме в виде мелких гранул размером 20–30 нм нуклеопротеиды, содержащие примерно 60 % РНК и 40% белка. количество рибосом в клетке зависит от условий ее культивирования и возраста (от 5000 до 50 000) имеют константу седиментации 70S, поэтому называются 70S-частицы ответственны за синтез белка клетки Цитоплазма – полужидкая коллоидная система. Степень вязкости зависит от возраста и физиологического состояния клетки. Она обладает круговой подвижностью, обеспечивающую интенсивный перенос продуктов обмена от одного органоида к другому. Неоднородна, содержит различные мембраны, связанные системой канальцев и пузырьков. Содержит воду (в количестве 70–80 % от общей массы клетки), ферментные белки, аминокислоты, рибонуклеиновые кислоты, углеводы, липиды и различные низкомолекулярные вещества. Включает ядерный аппарат, рибосомы и гранулы запасных веществ различной природы. ^ Цитоплазматические включения разнообразны. Это могут быть питательные вещества. Откладываются в клетке, когда она развивается в условиях избытка питательных веществ в среде, и потребляются, когда клетки попадают в условия голодания.
*Аэросомы – газовые вакуоли, имеющиеся у 15 таксономических групп почвенных и водных бактерий в цитоплазме. Аэросомы – это сложно организованные структуры, состоящие из множества регулярно расположенных газовых пузырьков, имеющих форму вытянутого цилиндра с заостренными концами длиной 200-1200 и диаметром 65-115 нм. Пузырьки окружены белковой мембраной и заполнены азотом, количество их может достигать 40–60 шт. Мембрана аэросом проницаема для газов, но не для воды. Регулируя степень наполнения вакуолей газом, клетка осуществляет механическое передвижение снизу вверх в водоемах или капиллярах почвы. Аэросомы присущи безжгутиковым формам и являются альтернативным видом движения. *Хлоросомы – структуры, присущие фотосинтезирующим зеленым бактериям, локализующие пигменты – хлорофиллы с, d и е, поглощающие кванты света и передающие их в реакционные центры клетки. Хлоросомы имеют форму продолговатых пузырьков длиной 90-120 и шириной 25-70 нм, окруженных однослойной белковой мембраной толщиной 2-3 нм. Хлоросомы расположены вблизи от ЦПМ. *Фикобилисомы – структуры цианобактерий, расположенные правильными рядами на внешних поверхностях фотосинтетических мембран, локализуют фикобилипротеины, имеют вид гранул диаметром 28-55 нм. * Карбоксисомы – полиэдральные тела клеток некоторых фототрофных и хемолитотрофных эубактерий. Карбоксисомы имеют форму многогранника с 4-6 сторонами и диаметром 90-500 нм. Структуры белковой природы толщиной 3 нм заполнены гранулярным содержимым, включающим рибулозодифосфаткарбоксилазу, принимают участие в восстановительном пентозофосфатном цикле. Карбоксисомы обеспечивают защиту и консервирование ключевого фермента рибулезофосфатного метаболического пути, предотвращая его разрушение внутриклеточными протеазами. * Магнитосомы – цитоплазматические включения магнитных бактерий, заполненные железом в форме магнетита (Fe3O4) и выполняющие функцию магнитной стрелки. На долю магнетита может приходиться до 4 % сухого вещества таких бактерий. Магнитосомы для бактерий имеют приспособительное значение. ^ Жгутики – это тонкие, спирально закрученные нити белковой природы, которые могут осуществлять вращательные движения. Они прикрепляются к цитоплазматической мембране с помощью двух пар дисков и через поры в мембране выходят наружу. Толщина их от 10 до 20 нм, длина может достигать 200 мкм. У одних бактерий жгутик может быть полым, у других он заполнен веществом липидной природы. Сам жгутик спирально закручен и состоит из порядка 20000 молекул сократительного белка флагеллина общей молекулярной массой от 20 до 60 кДа, синтез которого кодируется более чем 30 генами. Флагеллин не обладает ферментативной активностью, однако, способен выполнять ритмические сокращения, в результате которых жгутик совершает спиральные волнообразные движения. В белках бактериальных жгутиков отсутствуют серосодержащие аминокислоты, мало ароматических и циклических аминокислот. Кислые аминокислоты составляют до 20 % всех аминокислот филамента. Вследствие отсутствия цистеина полая структура жгутика защищена от изменений, вызванных изменением потенциала в окружающей среде. Жгутики хорошо функционируют при рН среды от 3,0 до 11,0, при наступлении неблагоприятных условий жгутики дезагрегируют, движение затрудняется. Жгутик состоит из трех частей. *Основную массу жгутика составляет длинная спиральная нить (фибрилла, филамент), у поверхности клеточной стенки переходящая в утолщенную изогнутую структуру – крюк. Нить с помощью крюка прикреплена к базальному телу, вмонтированному в ЦПМ и клеточную стенку. У большинства прокариот нить состоит только из одного типа белка флагеллина. Белковые субъединицы уложены в виде спирали, внутри которой проходит полый канал. Наращивание жгутика происходит с дистального конца, куда субъединицы поступают по внутреннему каналу. У некоторых видов жгутик снаружи дополнительно покрыт чехлом особого химического строения или же являющимся продолжением клеточной стенки и, вероятно, построенным из того же материала. * Крюк (толщина 20 – 45 нм) состоит из белка, отличающегося от флагеллина, и служит для обеспечения гибкого соединения нити с базальным телом. * Базальное тело содержит 9 – 12 различных белков и представляет собой систему из двух или четырех колец, нанизанных на стержень, который является продолжением крюка. Базальное тело – это самая сложно устроенная часть жгутика, напоминающая ось с нанизанными на нее колесами. Два внутренних кольца (М и S) – обязательные составные части базального тела, в то время как наружные кольца (Р и L) отсутствуют у грамположительных эубактерий и, следовательно, не необходимы для движения. М-кольцо локализовано в ЦПМ, S-кольцо располагается в периплазматическом пространстве грамотрицательных или в пептидогликановом мешке грамположительных эубактерий. Кольца Р и L, имеющиеся только у грамотрицательных эубактерий, локализованы соответственно в пептидогликановом слое и во внешней мембране. Особенности строения базального тела определяются строением клеточной стенки. Интактность последней необходима для движения жгутиковых бактерий. Обработка клеток лизоцимом, приводящая к удалению пептидогликанового слоя клеточной стенки, вызывает и потерю способности бактерий к движению, хотя жгутики остаются при этом неповрежденными. ^ * Монотрихиальное жгутикование (Располагаются на поверхности тела бактерий по одиночке); * Лофотрихиальное жгутикование (пучком на одном или обоих концах клетки); * Перитрихиальное жгутикование (могут находиться на всей поверхности клетки). Ворсинки. Многие бактериальные клетки имеют на своей поверхности прямые отростки – ворсинки, фимбрии, пили. Они короче (до 12 мкм) и тоньше (диаметр до 25 нм) жгутиков, но более многочисленны (от 10 до многих тысяч). Ворсинки построены из белка – пилина – и представляют собой прямые белковые цилиндры толщиной 8,5 – 9,5 нм и длиной до 1 мкм, отходящие от поверхности клетки. Пили расположены на поверхности клеток чаще всего перитрихиально или сконцентрированы на полюсах – полярное расположение. Пили обнаружены у подвижных и неподвижных форм, выполняют различные функции, также через ворсинки в клетку могут проникать бактериофаги. Имеются ворсинки общего типа и половые. Ворсинки общего типа придают бактериям свойство гидрофобности, обеспечивают их прикрепление к клеткам животных, растений, грибов и неорганическим частицам, принимают участие в транспорте метаболитов. С их помощью бактерии прикрепляются к субстрату или образуют агрегаты клеток. Фимбрии общего типа участвуют в регуляции водносолевого обмена бактерий (у них внутри имеется канал шириной 1-2 нм). В целом, ворсинки отвечают за адаптацию организмов, выживаемость и распространены не только у патогенных, но и сапротрофных видов. Более крупные ворсинки получили название F-пили (от англ. fertility – плодовитый), внутри они имеют канал диаметром 3-4 нм и служат для передачи наследственной информации из клетки в клетку при конъюгации бактерий. F-пили необходимы клетке-донору для обеспечения контакта между ней и реципиентом и в качестве конъюгационного тоннеля, по которому происходит передача ДНК. Ворсинки нельзя считать обязательной клеточной структурой, без них бактерии хорошо растут и размножаются. Побочная функция фимбрии – защита клетки от нападения паразитов, адгезия, образование колоний и агрегатов. ^ виды таксиса: 1. Хемотаксис – движение за счет влияния химических или питательных веществ. Аттрактант – привлекающий фактор. Репеллент – отталкивающий фактор. 2. Фототаксис – движение в зависимости от света, положительный фототаксис свойственен для фотосинтезирующих бактерий. 3. Аэротаксис – движение за счет воздуха. Аттрактантом для аэробных и репеллентом для анаэробных прокариот является молекулярный кислород. 4. Магнитотаксис – движение под влиянием соединений железа 5. Вискозитаксис – способность реагировать на изменение вязкости раствора и перемещаться в направлении ее увеличения или уменьшения Выделяют следующие виды движения: *Плавание *Дрожание или кувыркание *Катание по слизи Подвижные бактерии оставляют на субстрате особый налет – «роение». Это объясняется наличием у подвижных бактерий Н-антигена (от нем. Hauch – налет), содержащегося в жгутиках. Неподвижные бактерии имеют только соматический антиген О-антиген (от нем. ohne Hauch – без налета). У бактерий с перитрихиальным жгутикованием выявлены два вида двигательного поведения: прямолинейное движение и кувыркание, т.е. периодические и случайные изменения направления движения. Если в клетке много жгутиков, все они при движении собираются в пучок, вращаясь в одном направлении. Вращение жгутиков передается клетке, начинающей вращаться в противоположном направлении, и обеспечивает эффективное движение (плавание) в жидкой среде и более медленное перемещение по поверхности твердых сред. Плавающее движение осуществляется клеткой, когда вращение жгутиков синхронизировано. Если жгутики не синхронизированы, то движение бактерий напоминает кружение на одном месте, дрожание или кувыркание. Обычно дрожание и плавание чередуются в зависимости от наличия аттрактанта, при увеличении концентрации аттрактанта дрожание подавляется, сменяясь плаванием. Движение бактерий, имеющих жгутики, носит свободно-плавающий характер: *плавание - синхронизированное, в сторону аттрактанта *кувыркание – не синхронизировано, в сторону от репеллента У бактерий жгутики правовращающие, у архей – левовращающие. Движения спирохет весьма активны. Характер движения – вращательно-спиральный, обусловленный сокращением осевой нити (аксостиля) клетки. Характер движения миксобактерий – скользящий, что определяется соприкосновением выбрасываемой ими слизи с субстратом. Цианобактерии лишены жгутиков, однако они тоже способны к движению за счет энергии градиента Моторы сине-зеленых водорослей вращают белковые тяжи, спрятанные в периплазме Жгутики есть во всех группах архей, даже у группы термоплазм, лишенных клеточной стенки. Археи живут в экстремальных условиях, поэтому их жгутики устойчивы к экстремальным внешним воздействиям. кольца аналогичные кольцам жгутиков бактерий отсутствуют. Архейные жгутики состоят из уникальных компонентов, которые уложены иным способом и синтезируются иначе, чем у бактерий. Жгутик археев включает до пяти различных видов белков, представляющих собой кислотоустойчивые полимеры гликопротеидов, больше схожие с белками пилей. Жгутики архей тоньше, чем бактериальные – в диаметре не более 14 нм. ^ Бактериальное ядро представлено молекулами, имеющими наименьшее для клеточных организмов количество ДНК (0,4–0,8)•109. Наибольшее содержание ДНК среди прокариот обнаружено у нитчатых цианобактерий (8,5•109). каждая прокариотная клетка содержит 1 хромосому. В экспоненциально растущей культуре количество ДНК на клетку может достигать массы 3, 4, 8 и более хромосом. при действии вредных факторов (температуры, рН среды, ионизирующего излучения, солей тяжелых металлов, некоторых антибиотиков) происходит образование множества копий хромосомы. При устранении воздействий, после перехода в стационарную фазу в клетках обнаруживается по одной копии хромосомы. => термины «нуклеоид» и «хромосома» не всегда совпадают. В зависимости от условий нуклеоид прокариотной клетки может состоять из одной или некоторого числа копий хромосомы ДНК прокариот построена так же, как и эукариот. Молекула ДНК несет множество отрицательных зарядов, поскольку каждый фосфатный остаток содержит ионизированную гидроксильную группу. У эукариот отрицательные заряды нейтрализуются образованием комплекса ДНК с основными белками – гистонами. В клетках подавляющего большинства прокариот не обнаружено гистонов. Нейтрализация зарядов осуществляется взаимодействием ДНК с полиаминами (спермином и спермидином), а также с ионами Mg2+. У некоторых архебактерий и цианобактерий обнаружены гистоны и гистоноподобные белки, связанные с ДНК. Содержание пар оснований А+Т и Г+Ц в молекуле ДНК является постоянным для данного вида организма и служит важным диагностическим признаком. У прокариот молярная доля ГЦ в ДНК колеблется в очень широких пределах: от 23 до 75 %. В среднем каждый ген состоит примерно из 1000 пар нуклеотидов, а вес одного нуклеотида ДНК составляет около 500 дальтон. ^ Особенности генетической системы бактерий: *Хромосомы бактерий (и плазмид) располагаются свободно в цитоплазме, не отграничены от нее никакими мембранами, но связаны с определенными рецепторами на цитоплазматической мембране. *хромосома особым компактным образом в ней упакована, ДНК находится в суперспирализованной форме и свернута в виде петель *число петель 12-80 на хромосому *петли в центре нуклеоида объединяются за счет связывания ДНК с сердцевинной структурой, представленной молекулами особого класса РНК *данная упаковка обеспечивает возможность транскрипции отдельных оперонов хромосомы, не препятствует ее репликации, а также петли упакованной хромосомы способствуют компартментализации рибосом *Бактерии являются гаплоидными организмами, имеют один набор генов. *Содержание ДНК у них непостоянно, оно может достигать значений, эквивалентных по массе от двух до восьми хромосом *Регулируя содержание копий своих генов, бактерии одновременно приспосабливают скорость своего размножения к условиям роста. *Наряду с увеличением содержания ДНК у бактерий в этом случае существенно возрастает и количество рибосом. *Благодаря этому возрастает суммарная скорость биосинтеза всех субклеточных и клеточных структур и, соответственно, скорость размножения бактерий. *У бактерий в естественных условиях передача генетической информации происходит не только по вертикали, т. е. от родительской клетки дочерним, но и по горизонтали с помощью различных механизмов: конъюгации, сексдукции, трансдукции, трансформации. *У бактерий часто помимо хромосомного генома имеется дополнительный плазмидный геном, наделяющий их важными биологическими свойствами, нередко – специфическим иммунитетом к антибиотикам и химиопрепаратам. Типы репликации ДНК: 1. Вегетативная репликация хромосомной и плазмидной ДНК обусловливает передачу генетической информации по вертикали, контролируется хромосомными и плазмидными генами. 2. Репаративная репликация – механизм, посредством которого осуществляется устранение из ДНК структурных повреждений или заключительный этап генетической рекомбинации, контролируется хромосомными и плазмидными генами. 3. Конъюгативная репликация осуществляется при конъюгации, контролируется плазмидными генами. 4. Стабильная репликация так названа потому, что происходит независимо от наличия или отсутствия синтеза белка. Деление молекулы ДНК (репликация) происходит по полуконсервативному механизму и в норме всегда предшествует делению клетки. Репликация ДНК начинается в точке прикрепления кольцевой хромосомы к ЦПМ, где локализован ферментативный аппарат, ответственный за репликацию. Контакт ДНК с ЦПМ осуществляется посредством мезосом. Репликация, начавшаяся в точке прикрепления, идет затем в двух противоположных направлениях, образуя характерные для кольцевой хромосомы промежуточные структуры. Возникающие дочерние хромосомы остаются прикрепленными к мембране. Репликация молекул ДНК происходит параллельно с синтезом мембраны в области контакта ДНК с ЦПМ. Это приводит к разделению (сегрегации) дочерних молекул ДНК и оформлению обособленных хромосом ^ Виды деления: 1. Равновеликое бинарное поперечное деление, приводящее к образованию двух одинаковых дочерних клеток. При таком способе деления имеет место симметрия в отношении продольной и поперечной оси. При равновеликом бинарном делении материнская клетка, делясь, дает начало двум дочерним клеткам и сама, таким образом, исчезает. 2. ^ . При почковании на одном из полюсов материнской клетки образуется маленький вырост (почка), увеличивающийся в процессе роста. Постепенно почка достигает размеров материнской клетки, после чего отделяется от последней. Клеточная стенка почки полностью синтезируется заново. В процессе почкования симметрия наблюдается в отношении только продольной оси. При почковании материнская клетка дает начало дочерней клетке, и между ними можно в большинстве случаев обнаружить морфологические и физиологические различия: есть старая материнская клетка и новая дочерняя. 3. ^ , характерное для одной группы одноклеточных цианобактерий, в результате образуются мелкие клетки, получивших название баеоцитов (греч. bae – маленькая, cyto – клетка), число которых у разных видов колеблется от 4 до 1000. Освобождение баеоцитов происходит путем разрыва материнской клеточной стенки. В основе множественного деления лежит принцип равновеликого бинарного деления. Отличие заключается в том, что в этом случае после бинарного деления не происходит роста образовавшихся дочерних клеток, а они снова подвергаются делению. ^ Формы обмена генетическим материалом у бактерий: 1. по горизонтали * трансформация – перенос генетического материала, заключающийся в том, что бактерия-реципиент захватывает (поглощает) из внешней среды фрагменты чужеродной ДНК. А) Индуцированная (искусственно получаемая) трансформация происходит при добавлении к культуре бактерий очищенной ДНК, полученной из культур тех бактерий, генетические признаки которых стремятся передать исследуемой культуре. Б) Спонтанная трансформация происходит в естественных условиях и проявляется в возникновении рекомбинантов при смешивании генетически различающихся клеток. Она протекает за счет ДНК, выделяющейся клетками в окружающую среду вследствие их лизиса или в результате активного выделения ДНК жизнеспособными клетками-донорами. * сексдукция * трансфекция – вариант трансформации бактериальных клеток, лишенных клеточной стенки, осуществляемый вирусной (фаговой) нуклеиновой кислотой. С помощью трансфекции удается вызвать у таких бактерий (без клеточной стенки) вирусную инфекцию. Трансфекцию можно осуществить и с другими (не бактериальными) клетками, если ввести в них чужеродную ДНК, способную рекомбинировать с ДНК этих клеток, или воспроизводить вирионы, или самостоятельно реплицироваться. * конъюгация – процесс обмена генетическим материалом (хромосомным и плазмидным), осуществляемый при непосредственном контакте клеток донора и реципиента. Этот процесс контролируется только конъюгативными плазмидами, имеющими совокупность генов, называемую tra-опероном (tra – от англ., transfer – перенос). Этот оперон контролирует синтез аппарата переноса, конъюгативную репликацию и явление поверхностного исключения. Аппаратом переноса являются специальные донорные ворсинки, с помощью которых устанавливается контакт между конъюгирующими клетками. Донорные ворсинки представляют собой длинные (1-20 мкм) тонкие трубчатые структуры белковой природы с внутренним диаметром около 3 нм. Стадии:
Конъюгативная репликация переносимой нити хромосомной или плазмидной ДНК осуществляется также под контролем плазмидных генов. Классическим примером конъюгативной плазмиды является половой фактор, или F-плазмида (от англ. fertility – плодовитость). F-плазмида может находиться как в автономном состоянии, так и интегрироваться в хромосому клетки. Находясь в автономном состоянии, она контролирует только собственный перенос, при котором Р~-клетка (клетка, лишенная F-плазмиды) превращается в Р+-клетку (клетку, содержащую F-плазмиду). F-плазмида может интегрироваться в определенные участки бактериальной хромосомы, в этом случае она станет контролировать конъюгативный перенос хромосомы клетки. Таким образом, конъюгация начинается с установления контакта между донором и реципиентом с помощью донорной ворсинки. Последняя смыкается с рецептором клеточной мембраны клетки-реципиента. Нередко такой контакт устанавливается не только между двумя клетками, а между многими клетками, образуя агрегаты спаривания. Предполагают, что нить ДНК в процессе конъюгации протаскивается через канал донорной ворсинки. Поскольку донорный мостик является непрочным, процесс конъюгации может в любой момент прерваться. Поэтому при конъюгации может переноситься или часть хромосомы, или, реже, – полная хромосома. С помощью F-плазмид частота переноса генов между бактериями существенно возрастает. * трансдукция - перенос генетического материала от клетки-донора клетке-реципиенту с помощью бактериофагов. Различают трансдукцию неспецифическую и специфическую. А) Неспецифическая трансдукция - случайный перенос фрагментов ДНК от одной бактериальной клетки к другой. Б) Специфическая трансдукция осуществляется только умеренными фагами, способными включаться в строго определенные участки хромосомы бактериальной клетки и переносить определенные гены. Молекулярные механизмы изменчивости бактерий Бактерии в силу относительной простоты их организации и короткого срока жизни подвергаются изменчивости быстрее, чем многие другие организмы. В основе их изменчивости лежат мутации и генетические рекомбинации, особенно протекающие с участием транспонируемых элементов. *Мутации – изменения в генотипе, которые стабильно наследуются. Мутации могут быть спонтанными или индуцированными. а) Спонтанные мутации возникают без каких-либо специальных воздействий, они происходят в результате ошибок при репликации и репарации. Средняя частота спонтанных мутаций составляет около 1•106 (один мутант на 1 млн. клеток). б) Индуцированные мутации происходят с гораздо большей частотой, они возникают в результате воздействия различных мутагенов – физических и химических факторов, повреждающих ДНК: ионизирующая радиация, УФ облучение, различные аналоги оснований ДНК, алкилирующие соединения, акридины, антибиотики в) Точечные мутации могут быть обусловлены: заменой оснований, выпадением (делецией) основания, появлением дополнительного основания (вставки). Точечные мутации могут иметь три последствия: 1) замена одного кодона на другой, а стало быть, одной аминокислоты на другую; 2) сдвиг рамки считывания, что приведет к изменению целой серии последовательностей аминокислотных остатков; 3)возникновение «бессмысленного» кодона, что приведет к прекращению трансляции в данной точке синтез белка может быть полностью заблокирован. Будет синтезироваться измененный белок Все это приведет либо к утрате какого-то фенотипического признака у мутанта, либо, реже, к появлению у него нового признака. Нарушение генома может быть следствием: *протяженных делеций *инверсии (поворот сегмента хромосомы на 180°) *транслокации (перемещение участка хромосомы из одной позиции в другую) Все это также будет приводить к изменению и нарушению различных функций клетки (организма). Большая роль в изменчивости бактерий и других организмов принадлежит так называемым транспонируемым генетическим элементам, то есть генетическим структурам, способным в интактной форме перемещаться внутри данного генома или переходить от одного генома к другому, например от плазмидного генома к бактериальному и наоборот. Различают три класса транспонируемых элементов: IS-элементы, транспозоны и эписомы. #Вставочные последовательности (от англ, insertion sequence), имеют обычно размеры, не превышающие 2 тыс. пар оснований, или 2 к.б. (килобаза – тысяча пар оснований). IS-элементы несут только один ген, кодирующий белок транспозазу, с помощью которой IS-элементы встраиваются в различные участки хромосомы. Их обозначают цифрами: IS1, IS2, IS3 и т. д. #Транспозоны представляют собой более крупные сегменты ДНК, фланкированные инвертированными IS-элементами. Способны встраиваться в различные участки хромосомы или переходить из одного генома в другой, т. е. ведут себя как IS-элементы. Помимо генов, обеспечивающих их перемещение, они содержат и другие гены, например гены лекарственной устойчивости. Транспозоны обнаружены в геномах плазмид, вирусов, прокариот и эукариот и их, как и IS-элементы, обозначают порядковым номером: Tп1, Тп2, ТпЗ и т. д. # К эписомам относятся еще более крупные и сложные саморегулирующиеся системы, содержащие IS-элементы и транспозоны и способные реплицироваться в любом из двух своих альтернативных состояний – автономном или интегрированном – в хромосому клетки-хозяина. К эписомам относят различные умеренные лизогенные фаги; они отличаются от всех других транспонируемых элементов наличием собственной белковой оболочки и более сложным циклом репродукции. Собственно эписомы – это вирусы, обладающие, подобно другим транспонируемым элементам, способностью в интактной форме переходить из одного генома в другой. |
плохо
1
отлично
1
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям