Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация

Генетического аппарата у микробов. Представление о плазмидах, эписомах и

Мигрирующих генетических элементах (инсерционные последовательности,

Транспозоны).

Генетика (от греч. genos — рождение) — это наука, изучающая наследственность и изменчивость. Мельчайшие организмы владеют способностью изменять свои главные признаки:

морфологические (строение); культуральные (рост на питательных средах); биохимические либо ферментативные признаки (добавление определенных веществ в питательную среду может Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация вызвать активацию фермента, который ранее находится в латентном состоянии); био характеристики — может изменяться степень па-тогенности, на этом основаны методы изготовления живых вакцин.

К примеру, при 12—14-дневном культивировании возбудителя сибирской язвы при t° — 42—43°С бактерии утратили способность вызывать болезнь у животных, но сохранили свои иммуногенные характеристики.

БЦЖ (бактерия Кальмета Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация-Герена) понизила болезнетвор-ность бычьего вида микобактерий туберкулеза методом долгих пассажей на картофельной среде с желчью и глицерином при t° 38°C. Пересевы через каждые 14 дней получили ослабленный штамм микобактерий туберкулеза, который назван «вакциной» БЦЖ, применяемой для профилактики туберкулеза.

Наследственность — это способность организмов сохранять определенные признаки в протяжении многих Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация поколений.

Изменчивость — это приобретение признаков под воздействием разных причин, отличающих их от прошлых поколений.

Генетическая информация в клеточках микробов заключена в ДНК (у неких вирусов РНК). Молекула ДНК состоит из 2-ух нитей, любая из которых спирально завернута относительно другой. При делении клеточки спираль умножается. И вновь появляется двунитчатая Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация молекула ДНК. В состав молекулы ДНК входят 4 азотистых основания — одекаин, гуанин, цитозин, тимин. Порядок расположения в цепи у различных организмов определяет их наследную информацию, закодированную в ДНК.

ПЛАЗМИДА, внехромосомный самовоспроизводящийся генетич. элемент (фактор наследственности) микробов и нек-рых др. организмов. Представляет собой кольцевую двухцепочечную молекулу ДНК, закрученную в суперспираль (см Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация. Нуклеиновые кислоты). Размеры П. необыкновенно обширно варьируют-от 2 тыс. до неск. сотен тыщ пар оснований; нек-рые из их содержат 1-3 гена, другие добиваются 10-20% размера бактериальной хромосомы.

Нек-рые П., наз. эписомами, владеют способностью существовать в 2-ух состояниях - автономном и встроенном. В автономном состоянии эписома не является частью бактериальной Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация хромосомы и реплицируется (самовоспроизводится) независимо, хотя и синхронно с ней. В интегрир. состоянии она реплицируется в составе хромосомы. Способность обратимо врубаться в состав хромосомы нередко связана с наличием в эписомах мигрирующих генетических частей.

Большая часть П. может передаваться от одной бактерии к другой при конъюгации клеток (трансмиссибельные П.). Такие П Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация. способны стимулировать конъюгацию меж микробами и тем обеспечивают свою миграцию от клеточки к клеточке и распространение посреди микробов. Нетрансмиссибельные П. передаются благодаря конъюга-тивным плазмидам-помощникам. Во мн. случаях для переноса П. меж клеточками необязательна конъюгация последних. Так, маленькие П. могут передаваться в виде коинте-гратов с бактериофагами (вирусами бактерий).

Число Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация копий П. в клеточке находится в зависимости от их генетич. особенностей. П., находящиеся под "ослабленным контролем", могут реплицироваться до того времени, пока любая клеточка не будет содержать в среднем от 10 до 200 копий. П., находящиеся под "серьезным контролем", реплицируются приблизительно с той же скоростью, что и хромосома, и содержатся в Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация клеточке в виде одной либо неск. копий. В обоих случаях благодаря контролируемой репликации число П. в клеточке поддерживается неизменным в ряду поколений.

Кроме ряда общих ф-ций, характерных очень многим П. (таких, как автономная репликация либо ф-ция переноса), существует огромное количество спец. ф-ций, детерминируемых той либо Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация другой П. У микробов наиб. исследованы три главные группы плазмид: F-П. (причины фертильности) несут ответственность за половой процесс, R-П. (причины резистентности) обеспечивают устойчивость бактериальных клеток к действию лекарств (напр., к стрептомицину и тетрациклину) и сульфаниламидным продуктам, в Col-П. (колициногенных факторах) локализованы гены синтеза колицинов (бактерио-цинов Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация) - ядовитых белков, к-рые не действуют на производящую их клеточку, но убивают др. бактерии.

Обусловленная П. устойчивость микробов к лекарствам базирована на различных механизмах, но почаще всего-на инактивации последних ферментами (напр., b-лактамазы), кодируемых П., либо на избират. изменении проницаемости клеточной оболочки.

Посреди П., обеспечивающих устойчивость микробов к лекарствам Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация, осн. массу составляют т. наз. причины множеств, резистентности, несущие сходу неск. соответственных детерминант. При помощи трансмиссибельных П. детерминанты резистентности просто могут распространяться меж видами, способными к конъюгации. На такие П. гены резистентности могут передаваться при помощи транспо-зонов. Не считая детерминант лек. резистентности из числа функцией, частей П. отлично Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация исследованы гены нек-рых бактериальных токсинов, напр. энтеротоксинов, вырабатываемых возбудителями пищеварительных зараз, носителями т. наз. Тох-П. (причин патогенности энтеробактерий). Показана способность Тох-П. передаваться меж микробами в организме животных и человека. На этих П. могут находиться также детерминанты резистентности к лекарствам. В этой связи интенсивно развивается новое направление Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация в практич. бактериологии - поиск и создание в-в, избирательно подавляющих репликацию плазмид либо экспрессию их генов. Пример таких в-в - клавулановая к-та (ф-ла I) и ее производные - ингибиторы b-лактамазы.

П. не являются неотъемлемой составной частью бактериальной клеточки, но их наличие расширяет ее генетич Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация. способности. П. позволяют микробам получать энергию необыкновенными методами, напр. окислением водорода либо метана. П. играют важную роль в эволюции микробов, в особенности в их резвой адаптации к меняющимся факторам среды.

П. с ослабленным контролем репликации обширно применяется в качестве векторных молекул в генетической инженерии для решения биотехнол. задач.

МИГРИРУЮЩИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация (мобильные гены, прыгающие гены), дискретные куски (сегменты) ДНК, способные встраиваться в различные участки генома; их размещение на хромосомах может изменяться как в процессе историч. развития мира организмов, так и в границах жизни 1-го индивида. Найдены фактически во всех изученных организмах - от микробов до человека. Они очень разнятся по Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация собственному нуклеотидному составу и той роли, к-рую они играют в клеточке.

У прокариот (бактерии и синезеленые водные растения) выделено неск. осн. групп М.г. э.-IS- и Tn-элементы, эписомы, также нек-рые бактериофаги, либо фаги (вирусы микробов, способные ее поражать, репродуцироваться в ней и вызывать ее смерть Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация). IS-элементы-простые вставочные (ин-серционные) последовательности (обозначаются - зависимо от их нуклеотидного состава номерами IS1, IS2 и т.д.); содержат от 700 до 1500 пар нуклеотидов. Эти сегменты ДНК имеют инвертир. повторы на концах, содержащие обычно неск. 10-ов нуклеотидных пар, и не содержат никаких генов, не считая тех, к-рые нужны для их Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация перемещения (транспозиции) по геному. Они встречаются в нек-рых плазмидах (внехромосомные носители наследственности) и умеренных фагах (способны существовать в клеточке в форме профага). Так, у различных штаммов бактерии Escherichia coli (E. coli) находится в геноме 19 копий IS1-элементов. Большая часть др. IS-элементов также представлено в Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация хромосомах различных штаммов E. coli мн. копиями: IS2-от 0 до 12,IS3-от 4 до 6, IS4-от 1 до 2, IS5-от 0 до 10.

Транспозиции IS-элементов не связаны с их исключением из мест начальной локализации в плазмидах либо хромосоме; при транспозиции IS-элемент умножается и одна его копия остается на прежнем месте, а Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация другая попадает в новый локус (положение гена в хромосоме либо плазмиде). Таким макаром транспозиции этого элемента связаны с репликацией (удвоением) его ДНК.

Обычно IS-элементы встраиваются (интегрируют) в разл. места бактериального генома, но нек-рые участки оказываются более желательными, чем другие. Встраивание и исключение этих частей происходит с высочайшей точностью, что Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация свидетельствует об участии в этих процессах ферментов, узнающих инвертир. концевые повторы IS-элементов.

Ферментные системы, обусловливающие транспозиции IS-элементов, по последней мере, отчасти кодируются их собств. ДНК. Так, IS1, судя пo длине его нуклеотидной последовательности, может кодировать только маленькие полипептиды, к-рые участвуют в его транспозиции, возможно, в комплексе Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация с клеточными белками.

Значение IS-элементов для эволюции микробов связано с тем, что эти элементы при собственных перемещениях инакти-вируют разл. гены либо нарушают их нормальную регуляцию. Кроме прямого воздействия на экспрессию гена (раз-вития признака, контролируемого данным геном) вследствие транспозиции инсерционной последовательности конкретно в кодирующую часть гена Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация либо его регулятор-ную зону, эти М. г. э. могут оказывать влияние также на транскрипцию (биосинтез информационной РНК на матрице ДНК) окружающих их последовательностей ДНК генома. Это происходит вследствие того, что мн. IS-элементы содержат промоторные (инициирующие транскрипцию) и термина-торные (прекращающие транскрипцию) участки ДНК. Транспозиции IS-элементов Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация могут вызывать слияние 2-ух не связанных ранее генов либо оперонов (совокупа связанных меж собой генов и прилегающих к ним регуляторных участков) с образованием новых функцион. единиц, также индуцировать все виды хромосомных перестроек (см. Мутации). Соединение разнородных репликонов (простая генетич. структура, способная к самокопированию) имеет огромное биол. значение, т. к. соединяет Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация воединыжды ранее разобщенные генетич. детерминанты, тотчас принадлежащие различным видам организмов.

Tn-элементы (сложные перемещающиеся элементы, либо транспозоны) принципно отличаются от IS-элементов только тем, что содержат дополнит. структурные гены, не имеющие дела к ф-ции транспозиции. Понятно много транспозонов, в состав к-рых входят гены стойкости к лекарствам, томным металлам и Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация др. ядам. При всем этом один и тот же транспозон время от времени несет целый набор Детерминант резистентности (т. наз. V-детерминанты). Такие транспозоны наиб. обширно всераспространены, т.к. представляют ценность для селекции микробов. Есть транспозоны, содержащие гены, к-рые кодируют токсины, также характерные данному организму Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация ферменты. Обычно, Tn-элементы несут на концах целые либо отчасти модифицированные IS-элементы, к-рые докладывают им способность передвигаться по геному и вызывать в нем те же конфигурации, что и своб. IS-элементы. При всем этом 2 концевые IS-подобные терминальные последовательности зависимо от типа транспозона могут иметь прямую либо инвертир Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация. последовательность нуклеотидов. Различные транспозоны нередко содержат схожие терминальные последовательности нуклеотидов.

Транспозоны совместно с плазмидами и фагами (в к-рые они просто интегрируются) способны производить обмен разл. заключенных в их генов меж очень отдаленными видами микробов, потому они играют очень важную роль в эволюции микробов, включая адаптацию их к лек. в Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация-вам и продуцирования ими новых токсинов.

Транспозиция Tn-элементов осуществляется по такому же механизму, как и IS-элементов, и также включает стадию трансляции. Большая часть транспозонов не выбирает для собственного включения строго определенные последовательности в ДНК. Но обычно они предпочитают нек-рые районы хромосом и даже специфич. участки Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация, при этом различные Тn-эле-менты различаются по специфики выбора мест интеграции.

Частота и нрав перемещений IS- и Тn-элементов варьируют в очень широких границах и зависят сначала от св-в самих частей. Напр., ТnЗ плазмиды передвигаются почаще в др. плазмиды, чем в хромосому. На транспозиции оказывают влияние Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация не только лишь генетич., да и разл. внеш. причины, напр. УФ облучение. По-видимому, ядовитые вещества, инактивация к-рых обоснована генами транспозонов, могут индуцировать синтез ферментов, нужных для транспозиции этих транспозонов.

Др. группу М.г. э. микробов составляют эписомы-сложные плазмиды, способные к интеграции в хромосому. Эписомы, обычно, содержат IS- либо Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация Tn-элементы, и почти всегда конкретно благодаря им они могут врубаться в состав хромосомы. Так, в половой F-эписоме E. coli (дескать. м. 6.107) имеется одна копия IS2, две копии IS3 и одна копия Тn1000.

К М.г.э. прокариот относят также умеренные фаги. l-Фаги (лямбдоидные фаги) обычно Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация встраиваются в одно место хромосомы, но при определенных критериях могут размещаться и в др. участках генома. m-Фаги способны врубаться в любые места бактериальной хромосомы, также в ДНК мн. др. фагов и плазмид. Интеграция лямбдо-идных фагов обеспечивается ферментной системой, состоящей из клеточных белков и белков, кодируемых геномом фага.

m Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация-Фаг во мн. отношениях сходен с IS- и Tn-элементами и отличается от их только тем, что может сформировывать вирусные частички. Подразумевают, что IS- и Тn-элементы произошли из фага типа ц в итоге утери большинства его генов.

Умеренные фаги способны заносить созданий. конфигурации в структуру и Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация функционирование бактериального генома благодаря двум процессам - интеграции фаговой ДНК в хромосому бактерии и трансдукции (переносу фагом бактериальных генов из одних клеток в другие). Трансдуцирую-щие фаги образуются в итоге неточного исключения из хромосомы интегрир. фаговой ДНК. При всем этом часть своей ДНК фага теряется, и заместо нее в фаговый геном врубается Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация участок бактериальной ДНК, достигающий время от времени означает. размеров. Интегрир. фаги могут мутировать и терять способность к исключению из хромосомы, становясь вследствие этого ее неотъемлемой частью. В данном случае гены фага начинают определять ф-ции клеточки, т.е. становятся ее собств. генами.

У эукариот (все организмы, кроме Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация микробов и синезеленых водных растений) также обширно всераспространены М.г. э., к-рые подобны М.г. э. прокариот по общему плану строения, методу транспозиции и генетич. эффекту. Элементы, подобные IS и транспозонам, найдены у мн. эукариот (грибы, растения, млекопитающие и др.). Разл. эписомоподобные причины обнаружены в ядре и цитоплазме дрожжей Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация. Умеренным фагам микробов соответствуют онкогенные вирусы, а именно РНК-содержащие вирусы (ретровирусы) позвоночных.

В геномах низших эукариот обнаружены М.г.э. различных типов, посреди к-рых идеальнее всего исследована т. наз. последовательность Tyl дрожжей. Этот элемент представлен в геноме 4-35 копиями, локализация к-рых отличается у различных штаммов. Tyl содержит 5,6 тыс Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация. пар нуклеотидов и ограничен прямыми повторами, содержащими ок. 300 пар нуклеотидов (т. наз. 5-последовательности). Копии Tyl не стопроцентно схожи друг дружке и составляют таким макаром гетерог. семейство. В этом случае, если две копии Tyl заключают меж собой клеточные гены, они перемещают их по генoму, т. е. образуют настоящие транспозоны. Включение Tyl Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация-подобных частей в регуляторные зоны генов может вызывать не только лишь инактивацию локусов, да и конфигурации механизма их регуляции, что, по-видимому, связано с присутствием в нуклеотидной последовательности Tyl специфич. участков узнавания регуляторных белков.

Принципиальным различием М. г. э. эукариот от таких у микробов является их способность при включении Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация в тот либо другой локус изменять св-ва ферментов (товаров генов-мишеней), а не только лишь прерывать их синтез.

В геноме дрозофилы, также др. животных, включая млекопитающих, найден целый ряд семейств подвижных генетич. частей, к-рые, как подразумевают, подобно транспозонам микробов, меняют свою локализацию, не покидая хромосом. Примером Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация могут служить FB-элементы, либо палиндромы-сегменты ДНК, ограниченные длинноватыми инвертер. повторами; протяженность последних варьирует в широких пределах-от 0,2 тыс. до 1,3 тыс. пар нуклеотидов. Участок, заключенный меж инвертир. повторами и условно именуемый петлей, не является неотклонимой составной частью FB-элемента. Может быть, что в нек-рых случаях Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация он соответствует участку генома, захваченному этим элементом при транспозиции.

Наиб. исследована дескать. организация т.наз. мобильных дис-пергир. генов (МДГ) дрозофилы, построенных также по типу транспозонов. Понятно неск. семейств МДГ. Они все имеют много общих св-в; это множественные видоспеци-фичные интенсивно транскрибируемые гены, локализация к-рых на хромосомах варьирует не Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация только лишь у различных линий дрозофилы, но даже у различных особей одной полосы. Они все содержат 5-7 тыс. пар нуклеотидев и повторяются в геноме от 10 до 200 раз. Отличит. особенность МДГ-присутствие на их концах циклических нуклеотидных последовательностей (250-500 пар), имеющих прямую ориентацию. Считается, что МДГ способны передвигаться в итоге Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация синтеза РНК-копии и следующей ее оборотной транскрипции в ДНК, к-рая замыкается в кольцо, после этого опять встраивается в клеточный геном.

Мобильными элементами генома эукариот являются также проретровирусы (встроенные в геном ретровирусы), транспозиция к-рых, возможно, осуществляется по такому же механизму, как и у МДГ. Не исключено, что последние и проретровирусы Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация являются генетич. элементами одной природы.

Роль МДГ в экспрессии прилежащих к ним генов, в мутагенезе и в общей эволюции эукариотич. генома м. б. очень значимой. МДГ-подобные элементы могут врубаться в геном вирусов, а с ними, возможно, переноситься меж организмами 1-го либо различных видов.

Обычно транспозиции Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация МДГ происходят очень изредка. Но они могут в определенных критериях учащаться. Известны т. наз. транспозиц. взрывы, ведущие к одновременным перемещениям целого ряда различных мобильных частей.

Так как в составе многих МДГ находятся промоторы транскрипции, также особенные последовательности-усилители, владеющие способностью увеличивать эффективность транскрипции с ролью др. промоторов, внедрение МДГ Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация может интенсивно оказывать влияние на деятельность всего генного окружения. Может быть, активация определенных генов время от времени оказывается полезной для организма. В то же время внедрение рядом с протоонкогенами МДГ может вести к онкогенной трансформации клеточки. Подразумевают, что в опухолевых клеточках происходит активация процессов транспозиции нек-рых типов М.г.э., что Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация ускоряет микроэволюцию опухолевых клеток и содействует развитию опухолей.

М. г. э. открыты в 40-х гг. 20 в. Б. Мак-Клинток на основании генетич. анализа нестабильных мутаций у кукурузы. Исследование их дескать. природы начато в 60-х гг. в связи с обнаружением нового типа мутационных конфигураций у микробов (т.наз. вставочных мутаций Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация) и идентификацией носителей этих мутаций. Структурно-функцион. исследования М. г. э. эукариот на дескать. уровне ведутся с кон. 70-х гг. с внедрением способов клонирования (получение наследственно однородных поколений особи либо клеточки методом бесполого размножения) и генетич. инженерии.


osobennosti-mezhdunarodnoj-torgovli-sirevoj-i-gotovoj-produkciej.html
osobennosti-mezhlichnostnih-otnoshenij-u-mladshih-shkolnikov.html
osobennosti-mikroorganizmov-kak-obekta-geneticheskih-issledovanij-organizaciya.html