АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Трансформация. Трансформация - разновидность рекомбинативной изменчивости микроорганизмов, сопровождающаяся переносом ДНК от донора к реципиентучерез окружающую среду

Трансформация - разновидность рекомбинативной изменчивости микроорганизмов, сопровождающаяся переносом ДНК от донора к реципиентучерез окружающую среду. В процессе трансформации ДНК-фрагмент погибшей и разрушенной бактерии встраивается в ДНК реципиента, находящегося в состоянии компетенции. Впервые продемонстрирована в 1928 г. Фредериком Гриффитом. Описана как у грамположительных, так и грамотрицательных бактерий родов Bacillus, Haemophilus, Neisseria, Escherichia, Pneumococcus. Для осуществления трансформации необходимы следующие условия:

l. Наличие небольшого (до 20 генов) фрагмента двухцепочечной ДНК донорской клетки. Одноцепочечные или меньшего размера ДНК быстро разрушается нуклеазами окружающей среды.

2. Наличие реципиента, находящегося в состоянии компетенции. В естественных условиях захват ДНК клеткой-реципиентом осуществляется в фазу логарифмического роста, когда продуцируется специфические ДНК-связывающие белки, кодируемые com-генами. Состояние проницаемости бактериальных мембран для ДНК называют компетенцией. В лабораторных условиях компетенцию достигают путем обработки химическими веществами, например, добавлением CaCl₂ в культуру.

Стадии трансформации. На первой стадии трансформации происходит захват ДНК клеткой-рецепиентом. У грамотрицательных микроорганизмов (например, N. gonorrhoeae)ДНК присоединяется к поверхности бактерии и поступает в ее цитоплазму по каналу, пронизывающему наружную мембрану, пептидогликан, периплазматическое пространство и цитоплазматическую мембрану. В области наружной мембраны канал состоит из белка-пиллина PilQ, в пептидогликане и периплазматическом пространстве из Pil E и ДНК-связывающего белка Com E, в цитоплазматической мембране - из белка Сom A. Перед поступлением в канал, состоящий из белка Сom A, одна из двух нитей ДНК разрушается нуклеазой. У грамположительных микроорганизмов ( например, B. subtilis) нет наружной мембраны, и потому транспорт происходит только через клеточную стенку и цитоплазматическую мембрану. В клеточной стенке для прохождения ДНК формируется канал из белка Сom GC и ДНК-связывающего протеина Com EA. На уровне цитоплазматической мембраны одна из нитей ДНК разрушается нуклеазой, а вторая

НО – наружная мембрана, ПП – периплазматическое пространство,

КС – клеточная стенка, ЦПМ – цитоплазматическая мембрана

На второй стадии трансформации происходит реципрокный обмен между донорской и реципиентной ДНК, называемый гомологичной рекомбинацией. Рекомбинация требует сходства между генетической информации донора и реципиента и наличия генов бактериальной рекомбинации- recA, B и C. В редких случаях возможна рекомбинация между отдаленными видами.

Значение. В естественных условиях трансформация приводит к усилению вирулентности. Используется в микробиологической науке для конструирования генетически модифицированных микроорганизмов, изучения функций генов.

Трансдукция

Трансдукция -разновидность рекомбинативной изменчивости микроорганизмов, сопровождающаяся переносом генетической информации от донора к реципиенту с помощью бактериофага. Перенос участков бактериальной хро­мосомы фагами был открыт в 1951г. Ледербергом и Циндером у Salmonella typhimurium, впоследствииописана у многих родов бактерий: Salmonella, Escherichia, Shigella, Bacillus, Pseudomonas, Vibrio, Streptococcus, Slaphylococcus, Corynebacterium. Капсидная оболочка бактериофага защищает ДНК от действия нуклеаз, поэтому трансдукция, в отличие от трансформации, не чувствительна к нуклеазам. Трансдукцию осуществляют умеренные фаги. Они переносят лишь небольшой фрагмент генома клетки хозяина, и как правило, среди особей одного вида, но возможен и межвидовой перенос генетической информации, если бактериофаг имеет широкий спектр хозяев.

В зависимости от исхода взаимодействия фага с бактерией выделяют литические и умеренные фаги.

Литические (вирулентные) фаги впрыскиваютнуклеиновую кислоту в клетку и репродуцируются в ней, после чего покидают клетку путем лизиса.

Лизогенные, или умеренные фаги, инъецировав свою ДНК в клетку, могут вести двояко: 1) начать цикл репродукции и покинуть клетку путем лизиса; 2) интегрировать свою генетическую информацию в геном бактерии и в его составе передаваться дочерним клеткам. Фаги, встроенные в геном бактерий, называют профагами, а бактерии со встроенными в геном фагами, - лизогенными. В результате действия факторов, прерывающих лизогению (УФ, ионизирующей радиация, химические мутагены), вновь синтезируются вирусные частицы, которые покидают клетку. Примером умеренного фаг является фаг l, поражающий E. coli. Этапы его трансдукции:

1. Адсорбция фага к рецепторам на поверхности E. coli.
2. Проникновение хвостовой части фага через клеточную стенку и инъекция ДНК в клетку-хозяина.
3. Рекомбинация кольцевой молекулы ДНК фага с ДНК хозяина и установление лизогении (фаговая ДНК находится в интегрированном состоянии).
4. Передача профага дочерним клеткам в процессе размножения E. coli. Чем больше делений, тем большее количество клеток содержит бактериофаг.
5. Окончание лизогении. ДНК бактериофага вырезается из бактериальной хромосомы. Происходит синтез вирусных белков и репликация ДНК фага, сопровождающиеся созреванием вирусных частиц и их выходом из клетки путем ее лизиса. Во время вырезания бактериофаг может захватывать близлежащие бактериальные гены, которые в последующем попадают в клетку реципиента.
6. Встраивание генома бактериофага, несущего бактериальные гены, в ДНК бактерии-реципиента. В зависимости от места встраивания бактериофага выделяют следующие виды трансдукции:

a. Неспецифическую (общую). Бактериофаг может встраиваться в любом месте генома бактерии и потому способен переносить любой фрагмент ДНК хозяина.

b. Специфическую. Бактериофаг встраивается в строго определенные места генома бактерии, а потому переносит лишь строго определенные фрагменты ДНК.

c. Абортивную. Участок бактериальной хромосомы донора, перенесенный бактериофагом, не вступает в рекомбинацию с хромосомой реципиента, а остается вне хромосомы. Происходит транскрипция перенесенной ДНК (на это указывает синтез соответ­ствующего генного продукта), но не репликация. В процессе деления клетки донорский фрагмент переходит только в одну из дочер­них клеток и со временем утрачивается.

Конъюгация

Конъюгация – разновидность рекомбинативной изменчивости микроорганизмов, сопровождающаяся переносом генетической информации от донора к реципиенту через непосредственный контакт (конъюгационный мостик). В естественных условиях происходит с частой 1:10⁶. Ее существование доказано в 1946 г. Ледербергом и Татумом.

Для грамотрицательных микроорганизмов конъюгация - основной механизм горизонтальной передачи генов. Может осуществляться среди особей одного вида, так и разных видов, и способствует передаче таких признаков, как множественная антибиотикорезистентность. Грамположительные микроорганизмы также могут путем конъюгации передавать признаки, однако, основной механизм у них – трансдукция. У грамположительных микроорганизмов клетки-доноры продуцируют адгезивный материал, который способствует агрегации с реципиентом и передаче генетического материала. Для осуществления конъюгации необходимо выполнение следующих условий:

1. Наличие донора. Донор отличается от реципиента присутствием полового фактора F (от fertility - плодовитость), представляющего автономно реплицирующуюся плазмиду (кольцевая двухцепочечная молекула ДНК с массой 45 х 10⁶ Да), содержащую около25 генов, которые детерминируют: 1) процесс независимого от генома удвоения (репликации); 2) особые структуры клеточной поверхности - половые пили, или F-пили, которыеслужат для взаимного узнавания при контакте донора и реципиента и образуют конъюгационный мостик.

2. Наличие реципиента. Не имеет плазмиды F.

Исход конъюгации и частота передачи хромосомных признаков зависят от физиологическое состояние F фактора.

Физиологические состояния F плазмиды:

1. Автономное. F фактор находится в цитоплазме в свободном состоянии, не интегрирован в бактериальную хромосому и не несет в своем составе хромосомные гены.

2. Интегрированное, или Hfr. F фактор может интегрироваться в определенных местах в бактериальную хромосому, и в таком состоянии носит название эписомы. Донорские клетки, с интегрированным фактором F, обеспечивают высокую частоту переноса хромосомной ДНК, и получили название клеток Hfr (от англ. high frequency of recombinants).

3. Автономное F¢. Интегрированная F плазмида может покидать бактериальную хромосому, захватывая близлежащие гены, таким образом превращаясь в F¢ фактор.

Дата добавления: 2015-12-16 | Просмотры: 573 | Нарушение авторских прав