Генетика бактерий. Основы биотехнологии

3. ГЕНЕТИКА БАКТЕРИЙ. ОСНОВЫ БИОТЕХНОЛОГИИ.

3.1. Строение генома бактерий. Понятие о генотипе и фенотипе. Виды изменчивости. Подвижные генетические элементы, их роль в эволюции бактерий.

Бактериальный геном состоит из генетических элементов, способных к самостоятельной репликации, т. е. репликонов. Репликонами являются бактериальная хромосома и плазмиды.

Бактериальная хромосома представлена одной двуцепочечной молекулой ДНК кольцевой формы. Размеры бактериальной хромосомы у различных представителей царства прокариоты варьируют от 3х108 до 2,5х109. Она кодирует жизненно важные для бактериальной клетки функции.

Плазмиды бактерий представляют собой двуцепочечные молекулы ДНК (от 103 до 106 нуклеотидных пар). Они кодируют не основные для жизнедеятельности бактериальной клетки функции, но придающие бактерии преимущества при попадании в неблагоприятные условия существования (устойчивость к антибиотикам, продукция факторов патогенности).

Плазмиды - дополнительный внехромосомный генетический материал. Представляет собой кольцевую, двунитевую молекулу ДНК, гены которой кодируют дополнительные свойства, но придающие бактерии преимущества при попадании в неблагоприятные условия существования. В зависимости от свойств признаков, которые кодируют плазмиды, различают:

• R плазмида обеспечивает лекарственную устойчивость;
• F – плазмида кодирует пол у бактерий, мужские клетки содержат (F+) содержат F-  плазмиду, женские (F-) – не содержат;
• Col плазмида кодирует синтез бактериоцинов - бактерицидных веществ, действующих на близкородственные бактерии;
• Тox плазмида кодирует выработку экзотоксинов;
• Hly плазмида кодирует выработку гемолизина.
• Ent плазмида кодирует выработку энтеротоксина.

Некоторые плазмиды могут обратимо встраиваться в бактериальную хромосому и функционировать в виде единого репликона. Такие плазмиды называются интегративными или эписомами.

Другие плазмиды способны передаваться из одной бактериальной клетки в другую, такие плазмиды называют   трансмиссивными или  (конъюгативными). Трансмиссивность присуща лишь крупным плазмидам, имеющим tra – оперон, в который объединены гены, ответственные за перенос плазмиды.

Мелкие плазмиды, не несущие tra – гены, не могут передаваться сами по себе, но способны к передаче в присутствии трансмиссивных плазмид, используя их аппарат конъюгации. Такие плазмиды называют мобилизуемыми, а сам процесс мобилизацией нетрансмиссивной плазмиды.

Плазмиды используют в практической деятельности человека в генной инженерии при конструировании специальных рекомбинативных бактериальных штаммов.

Виды изменчивости:

Генотип - вся совокупность имеющихся у организма генов.

Фенотип -  индивидуальное (в определенных условиях внешней среды) проявление генотипа. При изменении условий существования фенотип бактерий изменяется при сохранении генотипа.

Изменчивость у бактерий может быть ненаследуемой (модификационной) и наследственной (генотипической  в результате мутаций и  рекомбинаций).

Модификации - временные, наследственно не закрепленные изменения, возникающие как адаптивные реакции бактерий на изменения окружающей среды. После устранения причины бактерии реверсируют к исходному фенотипу. Проявление модификации у бактерий – это диссоциация.  Диссоциация сопровождается изменениями биохимических, морфологических, антигенных и вирулентных свойств возбудителей. Пример- характер роста на питательных средах: S - гладкие колонии, R- шероховатые колонии, M- мукоидные, слизистые колонии, D - карликовые колонии. Диссоциация протекает обычно в направлении S к R.