Генетика мікроорганізмів. Мінливість бактерій.

Мікробіологічні основи генної інженерії і

біотехнології.

ВНМУ ім. М.І.ПироговаКафедра мікробіології

Організація генетичного апарату бактерій

Геном - вся сукупність генів у бактеріальній клітині.

Ген – це фрагмент молекули ДНК, що кодує послідовність амінокислот в поліпептидному ланцюзі, яким обумовлюється певна ознака окремої особини

Генотип - індивідуальні спадкові властивості і ознаки мікроорганізму, зумовлені індивідуальним геномом

Фенотип – це зовнішні прояви результату взаємодії бактерії із оточуючим середовищем, які знаходяться під контролем генотипу

(індивідуальний прояв генотипу)

Особливості генетики бактерійГеном бактерій складається із

хромосоми і позахромосомних елементів

Хромосома бактерій представлена кільцевою молекулою ДНК, що містить від 400 до 4000 генів (виключення –B.burgdorferi, хромосома якої є лінійною)

Позахромосомний генетичний матеріал бактерій

Плазміди – кільцеві молекули ДНК, які містять до 40 генів, і стабільно спадкуються клітиною в позахромосомному стані

Транспозони- дрібні, не здатні до самовідтворення позахромосомні молекули ДНК, які містять від 4 до 10 генів

Вставні послідовності (IS-елементи) – короткі ланцюги ДНК, які самостійно не реплікуються і не кодують фенотипових ознак, але здатні регулювати активність генів хромосоми, вільно пересуваючись з однієї її ділянки до іншої

Мінливість бактерій Фенотипова (модифікаційна)

мінливість або модифікації виникає під впливом факторів зовнішнього середовища і не супроводжується змінами у генетичному апараті

Генотипова мінливість (мутації і генетичні рекомбінації) зумовлена змінами у генетичному апараті бактерій

Генотипова мінливість

Мутації – зміни в первинній структурі ДНК клітини, які супроводжуються стійкою стрибкоподібною зміною певної біологічної ознаки і стабільно успадковуються наступними поколіннями

Генетичні рекомбінації – зміни в генотипі бактерій, які зумовлені передачею фрагменту геному однієї клітини (донор) до іншої (реципієнт), і супроводжуються появою нових ознак у рекомбінанта

Генетичні рекомбінаціїГенетичні рекомбінації – це обмін

генетичною інформацією між двома спорідненими бактеріальними геномами

Види рекомбінацій:1. Трансформація2. Кон'югація 3. Трансдукція

ТрансформаціяТрансформація це процес включення у

геном клітини реципієнту поглинутих фрагментів донорської ДНК (хромосом-ної або плазмідної)

Умови для здійснення: компетентність реципієнту гомологічність донорської ДНК (близька

генетична спорідненість донора і реципієнта) наявність двохниткового фрагменту ДНК велика молекулярна маса фрагменту ДНК

Кон'югація

Кон’югація – процес обміну генетичним матеріалом при безпосередньому контакті клітини донора (F+ або Hfr+) і реципієнта

Умови для здійснення: наявність у клітини донора F-

плазміди або Hfr-фактора як правило, спорідненість

генотипу донора і реципієнта

Генетика вірусівОсобливості вірусного геному:1. Містить тільки один тип нуклеїнової кислоти

(ДНК або РНК)2. Гаплоїдність, що зумовлює негайне

потрапляння мутантів під контроль природного відбору (диплоїдний геном мають тільки ретровіруси і реовіруси)

3. Мала ємкість геному (від 3 до 200 генів).4. Існування різних механізмів підвищення

ємкості вірусного геному (перекривання геному, наявність декількох рамок зчитування, сегментація та інше)

Генофонд вірусних популяцій поповнюється і змінюється внаслідок:

1. Мутацій (напр., антигенний дрейф у вірусів грипу)

2. Рекомбінацій між спорідненими РНК вірусами із сегментованим геномами (напр., антигенний шифт у вірусів грипу)

3. Рекомбінацій в межах геному двохниткових ДНК вірусів

4. Рекомбінацій з геномом клітини хазяїна (можливо для онкогенних вірусів, які вбудовують власний геном у геном інфікованої клітини)