Аналіз генетичних особливостей мікроорганізмів. Нуклеоїд як бактеріальна хромосома. Плазміди та епісоми як позахромосомні фактори спадковості. Практичне використання знань з генетики бактерій. Способи генетичної рекомбінації. Регуляція експресії генів.
Аннотация к работе
Тоді багато вчених вважали, що бактерії є найменшими і найпростішими організмами, і що саме вони стоять на межі живої і неживої природи. Протягом 25 років було відкрито віруси, що уражають усіх представників царства природи: рослини, тварини і мікроорганізми. Але вже на початку 40-х років ХІХ століття мікроорганізми стають обєктом інтенсивних генетичних досліджень. На даний час, найбільш вивченою є генетика бактерій, так як вони мають певні характерні особливості, а саме: малі розміри,короткий життєвий цикл, порівняно невелика кількість ДНК і велика швидкість розмноження бактеріальної клітини, що дозволяє простежити генетичні зміни протягом невеликого проміжку часу на великому числі популяцій. Проаналізувавши стан наукової розробленості проблеми, можемо стверджувати, що вивченням конкретно генетики бактерій займалася невелика кількість науковців.Як правило, бактеріальний геном представлений однією молекулою ДНК (бактеріальною хромосомою), яка містить до 4000 окремих генів необхідних для підтримки життєдіяльності та розмноження бактерій. Бактеріальна хромосома зазвичай замкнута в кільце, і дві реплікативні вилки рухаються в протилежних напрямках від ділянки ініціації зустрічаючись в локусі термінації реплікації, де знаходиться сайт dif, що відповідає за декатенацію, тобто розмикання зчеплених дочірніх хромосом. Проте, описано бактерії, що мають декілька копій бактерільної хромосоми. Наприклад, клітини Escherichia coli мають від 2 до 4 геномів, Deinococcus radiodurans має від 4 до 10 копій, Borrelia hermsii - від 8 до 16, Desulfovibrio gigas - від 9 до 17, a Azotobacter vinelandii - до 80 копій хромосоми на клітину. У молодих клітинах хромосом зазвичай більше, ніж у старих (наприклад, Е. coli в стаціонарній фазі містить 1-2 хромосоми, а в експоненційній фазі 2-8 хромосом).Генетичний матеріал у мікроорганізмів може знаходитися не тільки в хромосомі, але і в позахромосомних структурах - плазмідах. Плазміди можуть знаходитися в цитоплазмі або бути в інтегрованому стані з хромосомою - тоді їх називають епісомами. Транспозони і IS-елементи входять як правило в склад хромосом, але здатні переходити із хромосоми в плазміду. Якщо плазміди не можуть існувати постійно в одній клітині, то їх називають несумісними. Розрізняють наступні види плазмід: Col-фактор - коліциногенний фактор, F-фактор - фактор фертильності, R-фактор - фактор стійкості до лікарських речовин, плазміди біодеградації, плазміди, що кодують фактори вірулентності в мікроорганізмів (Ent, Hly, Sal, K і т.д.) (Рис.Геном бактерій практично цілком складається з генів (з їх індивідуальною послідовністю основ) і прилеглих до них регуляторних елементів. Гени прокаріотичної клітини складаються із безперервно кодуючої послідовності нуклеотидів, тобто прокаріотам властиве тісне зчеплення генів. Хромосоми бактерій володіють однією групою зчеплень генів. Геном клітин прокаріотів містить значну кількість ДНК і, відповідно, більше генів порівняно з вірусами. Наприклад, у бактерії кишкової палички є понад 4100 генів, які кодують білкові молекули, та близько 120 генів, що кодують молекули РНК.Цей процес називається генетичною рекомбінацією, а клітини, які утворюються в результаті цього процесу - рекомбінантами. Процес трансформації проходить у декілька етапів: 1) адсорбція трансформуючої ДНК на поверхні клітини реципієнта; 2) проникнення ДНК в клітину; 3) зєднання трансформуючої ДНК з відповідним фрагментом хромосоми реципієнта. Хоча бактерії розмножуються шляхом клітинного поділу, у них спостерігається також своєрідний «статевий процес» перенесення генетичного матеріалу від однієї клітини до іншої. При конюгації клітин F-і Hfr вбудований F-фактор ініціює реплікацію за типом кільця, що котиться, цілої бактеріальної хромосоми: у клітині Hfr хромосома відновлюється, у клітину F-переноситься її копія. Оскільки на початку процесу в клітину F-потрапляє лише частина F-фактора, а щоб він опинився там повністю, вихідна хромосома має зробити повний «оберт», як правило, клітина F-не перетворюється на F при конюгації з клітиною Hfr (Рис.Процес, при якому спадкова інформація, закодована у вигляді послідовності нуклеотидів молекули ДНК, втілюється у функціональний продукт - молекулу білка або РНК певного типу, називається експресією (від лат. експресіо - вираження) генів[2, С. Розглянемо перший етап експресії генів - транскрипцію - і, водночас, загальну картину реалізації спадкової інформації. У прокаріот зростання ланцюга РНК при транскрипції відбувається в напрямі від 5"-до 3"-кінця. Принципова схема реакції ідентична схемі реакції синтезу ДНК - приєднання чергового нуклеотиду залежить від його комплементарних взаємодій з тим ланцюгом ДНК, котрий використовується як матриця. Сигнал термінації являє собою послідовність, транскрипція якої приводить до утворення у складі МРНК комплементарної дволанцюгової шпильки, безпосередньо фланкованої POLYU послідовністю: цей елемент структури МРНК розпізнається полімеразою, унаслідок чого система руйнується.Якщо звязування транс-еле
План
ЗМІСТ
Вступ
Розділ 1.Організація геномів бактерій
1.1 Нуклеоїд як бактеріальна хромосома
1.2 Плазміди та епісоми як позахромосомні фактори спадковості
1.3 Гени бактерій
Розділ 2. Особливості функціонування геномів бактерій
2.1 Способи генетичної рекомбінації
2.2 Експресія генів
2.3 Регуляція експресії генів
Розділ 3. Практичне використання знань з генетики бактерій