Pie mikroorganismiem, pieder organismi, kas atšķiras pēc organizācijas līmeņiem,

pieder pie dažādām valstīm

.

Sēnēm un aļģem ir parasta kodola organizācija, kāda ir raksturīga eikariotisko organismu šūnām, kaut gan dažiem no šiem organismiem kodola uzbūve var būt atšķirīga.

Sēnes un aļģes

Baktērijām nav kodola, bet ir nukleoīds.Nukleoīds nav atdalīts no citoplazmas ar membrānu.Daloties nereorganizējas, kā tas notiek augstāko organismu mitotiskā cikla laikā,dalīšanās vārpsta neveidojas.

Baktērijas

Vīrusiem nav šūnas organizācijas.Atšķirībā no visiem citiem organismiem,tie vairojas tikai dzīvnieku, augu vai mikroorganismu šūnās.

Vīrusi

Ģenētiskos pētījumos visbiežāk tiek izmantoti baktēriju vīrusi-bakteriofāgi

Mikroorganismi ir ļoti atšķirīgi savā starpā,bet to iedzimtību un mainību pēta viena zinātne -

Kāpēc?

Kas viņus apvieno?

Mīkroorganismu ģenētīka

Mikroorganimi ideāli atbilst visām tām prasībām,kuras nepieciešamas ģenētiskiem objektiem

1. Mikroorganismiem ir nelieli izmēri,tas nozīmē, ka liels daudzums šo objektu var ievietoties nelielā tilpumā un laboratorijā tie aizņem maz vietas.

Pašu mazāko baktēriju diametrs ir aptuveni 0,1 mkm ( 100 nm ), tas ir mazāks nekālielākajiem vīrusiem, bet baktērijas, kurām irnūjiņas forma sasniedz 60 mkm garumu.

(Lietus piliens)

(Augu spora)

(Sēņu spora)

g Gaisā sastopamo daļiņu izmēri.

2.Mikroorganismi ātri vairojas.Eksperimentus var veikt salīdzinoši neilgā laikā.

Katra Escherichia coli šūna dalās ik pēc 20-30 minūtēm, atkarībā no temperatūras un ārējiem apstākļiem.

Tas ir daudzreiz ātrāk nekā vairojas tāds iemīļots ģenētiskais objekts, kāds ir Drozophila.

3. Mikroorganismi ir viegli audzējami gan šķidrās,

gan cietās barotnēs.

Bieži pat ļoti vienkārša sastāva.

4. Mikroorganismiem dzīves ciklā ir

haploīdā fāze

5. Ar mikroorganismiem ir nepieciešams strādāt sterilos apstākļos.

Vienas šūnas dzīvības izpausmes ir tik niecīgas,kā tās gandrīz neiespējami konstatēt.

Sakarā ar to, fenotipa izpētīšanai ir savasīpatnības.

Mikroorganismiem nav iespējams pētīt atsevišķus indivīdus, to pazīmes un īpašības.

Par izpētes objektu mikroorganismu ģenētikāpieņemts izmantot

mikroorganimu kultūru,

bet ne atsevišķu šūnu.

tā ir

mikroorganismu kultūra, kas sastāv no vienassugas šūnām.

Mikroorganismu kultūrā ir milzīgs skaits šūnu,tādēļ nav iespējams izsekot visu pēcnācēju attīstībai.

Taču genētiskā analīze nav iespējama, ja nav noskaidroti konkrēto šūnu vecāki un pēcnācēji.

tas ir

vienu kodolu vai nukleoīdu saturošas veģetatīvas šūnas vai sporas pēcteču grupa,kas radusies bezdzimuma vairošanās (mitotiskās dalīšanās ) ceļā.

Sēnēm un baktērijām kloni ir kolonijas.

Vīrusa kloni - negatīvās kolonijas jeb lizes zonas.

.

ir no klona cēlusies ģenētiska kultūra,kura tiek saglabāta, atlasot šūnas ar specifiskām pazīmēm, veģetatīvi vaiģeneratīvi pavairojot.

Neskatoties uz to, ka mikroorganismi ir brīnišķīgs ģenētiskais objekts, mikroorganismu ģenētika kā atsevišķa zinātne sāka attīstīties tikai 40. gadu sākumā.

Šajā laikā svarīgākie ģenētiskie principi bija jau atklāti.

Mikroorganismu ģenētikas attīstības vēsture

Ģenētiķi nostājās jautājuma priekšā:

•Kas ir gēns?

•Kā gēns darbojas, kā tas kontrolē pazīmju rašanos?

•Kā mainās gēns un genotips ?

Šos jautājumus palīdzēja atrisinātmikroorganismu ģenētika.

Taču līdz šim laikam

bakterioloģija un ģenētika attīstījās atsevišķi.

Kaut arī bakteriologi jau no Pastēra laikiem zināja par mikroorganismu mainību, taču skaidroja to nepareizi. Vecajos rakstos par bakterioloģiju dominēja idejas par tiešu adaptāciju un iegūto īpašību iedzimtību, bet mūsdienu ģenētika uzskata, ka iedzimtības pazīmju izmaiņas ārējās vides iedarbībā nav virzītas.

Tomēr šis fakts, ka Lamarka idejas ilgu laiku dominēja bakteriologu vidū, neliksies tik jocīgs, ja atcerēsimies, ka darbs norit ar ļoti lielām baktēriju populācijām, kuras ātri vairojas.

Mikroorganismu kultūras izmaiņas, retu indivīdu atlasē (pēc Darvina) jau esošajās populācijās, mutāciju rezultātā pirms apkārtējās vides izmaiņām, tika pieņemtas par adaptāciju.

Ģenētiķi vai nu vispār neinteresējās par bakterioloģiju, vai arī šaubījās par iespēju pielietot ģenētiskus principus tādām primitīvām formām kā mikroorganismi.

Stāvoklis mainījās, kad tika atklātas sēņu bioķīmiskās mutācijas.

Pirmais ģenētiskais objekts bija

Eksperimentus veica amerikāņu zinātnieki Bīdls un Teitems 1941.gadā.

1941.g. – Neurospora crassa bioķīmisko mutantu atklāšana.Izvirzīts princips” Viens gēns nosaka viena fermenta biosintēzi’’. (Dž. Bīdls un E. Teitems ASV ).

Drīz pēc tam Lurija un Delbrūks 1943.- 1944. gadā atklāja mutācijas baktērijām, analizējot zarnu nūjiņas rezistenci pret fāgiem. Šie pētījumi pierādīja, ka ģenētiskie principi ir vienādi visiem dzīvajiem organismiem.

Mikroorganismi kļuva par ģenētisko pētījumu objektiem.

1944.g. – Transformējošā aģenta (DNS) bioķīmiskās dabas atklāšana. (Avery O., McCarty M., McLeod ).

1946.g. – Vienlaikus divās laboratorijās tika atklāta vīrusu rekombinācija.

1947.g – E.coli rekombinācijas pierādīšana( Ledenberg J, Tatum E.L. ).

1952.g - E. coli transdukcijas atklāšana -ģenētiskā materiāla pārnešana ar vīrusu starpniecību.( Ledenberg J. Zinder N. )

1952.g. – Netiešās selekcijas metodes izstrādāšana ar repliku tehnikas palīdzību. Izmantojot šo metodi, autori izdalīja rezistentus mutantus bez kontakta ar atlases faktoru.(Ledenberg J., Ledenberg E. M.)

1956.g. – Pirmo reizi tiek izpētīta bakteriofāga gēnu smalkā struktūra.(Benzer S.)S. Benzers pētot fāga T4 gēna rII iekšējo uzbūvi, pierādīja, ka gēns nav ne mutācijas, ne rekombinācijas elementārvienība, bet irfunkcijas vienība.

40. – 50. gados izstrādātie darbi deva iespēju izmantot baktēriju mutantus dažādu rekombināciju sistēmu atklāšanai. Bez rekombināciju sistēmām nav iespējams pielietot klasisko ģenētisko analīzi baktērijām.

Blakus F faktora studēšanai 50. gados daudzās pasaules laboratorijās notiek plaši pētījumi par kolicinogēniem faktoriem (Col-factors), R-faktoriem.

Pētot baktēriju konjugāciju radās mācība par baktēriju plazmīdām;

līdz ar to kļuva skaidrs, ka dzimumfaktors F, kurš nosaka baktēriju konjugāciju, ir viena no transmisīvajām plazmīdām.

F. Žakobs un Ž. Mono radīja operona modeli-struktūrgēnu darbības koordinētās kontroles shēmu prokariotiem.

1961. Gadā franču zinātnieki

1968. gadā ķīmiķis H. Horana izstrādāja metodiDNS sintēzei ar noteiktu nukleotīdu secību un sintezēja in vitro vienu rauga gēnu, kas kodētirozina tRNS.

Zīmigi, ka ziņojums par šo metodi pirmo reizitika sniegts Rīgā IUPAC ( International Union ofPure and Applied Chemistry ) kongresā.

1969.gadā Dž. Bekvits ar līdzstrādniekiemizdalīja zarnu nūjiņas laktozes operona gēnus.

1970. gadā ASV G. Temiņs un R.Baltimors atklāja fermentu atgriezenisko transkriptāzi(revertāzi) , kas katalizē DNS sintēzi uz RNS matrices.

Otru DNS mākslīgo rekombinantu iegūšanainepieciešamo fermentu, DNS ligāzi, jau1967.gadā vienlaicīgi atklāja četrās ASV laboratorijās.

Šo fermentu atklāšana pavēra ceļu gēnu inženierijai-šūnas iedzimtības mainīšanai ar mākslīgisintezētu vai no citas sugas genoma izdalītu gēnu palīdzību, veidojot rekombinantas DNS molekulas.

1970. gadā G. Smits atklāja pirmo II klasesrestrikcijas endonukleāzi ( resriktāzi).

Mikroorganismu ģenētikas ieguldījums citu zinātņu attīstībā.

Gēnu inženierijas zinātne rodas, pateicoties mikroorganimu ģenētikai.

Molekulārās ģenētikas rašanās arī ir cieši saistīta ar mikroorganimu ģenētiku.

Daudzos gadījumos ir grūti novilkt robežas starpmolekulāro un mikroorganismu ģenētiku.

Liels ir mikroorganismu ģenētikas ieguldījums

bioķīmijā.

Mikroorganismu auksotrofo mutantu atklāšanaļava atšifrēt virkni aminoskābju un vitamīnu sintēzes ceļus dzīvā šūnā.

Mikroorganismu ģenētika mikrobioloģijā deva iespēju atrast tādas mikroorganismu dzīves ciklanorises, kuras agrāk nebija iespējams konstatēt.

Šiem atklājumiem ir svarīga nozīme, lai saprastu mikrooganismu evolucīju, sistemātiku, populācijas problēmas.

Mikrooganismu ģenetikai liela nozīme ir arī medicīnā.

Viens no aspektiem ir saslimšanos mikrobioloģisko modeļu veidošana.

Vairāki zinātnieki ir atklājuši līdzību starp mikrooganismiem ar bloķētu elpošanu un vēžašūnām.

Abu gadījumu metabolisma izmaiņu analoģija dod iespēju atlasīt pretvēža ķīmijterapijas līdzekļus,izmantojot kā testu mikroorganismu šūnas.