Контакт ДНК с поверхностью реципиентной клетки.

Условиями, существенными для присоединения ДНК к компетентным клеткам, являются ее размеры (молекулярная масса не менее 1,5-3х10 Да и наличие интактной двуцепочечной структуры ДНК

3. Проникновение ДНК в клетку.

Молекула ДНК необратимо адсорбируется на поверхности клеточной стенки в участках локализации факторов компетентности. После чего одна из нитей ДНК постепенно деградирует, а вторая нить проникает в реципиентную клетку.

 

4.Соединение трансформированной ДНК с гомологичным участком хромосомы реципиента и рекомбинация между ними с образованием гетеродуплекса.
В результате двойного кроссинговера между однонитчатой донорской ДНК и двухнитчатой ДНК реципиента происходит рекомбинация. При этом непосредственно в рекомбинационном обмене участвует одна нить ДНК донора, которая вошла в клетку, а вторая – реципиентной. Такие «гибридные» районы ДНК называют гетеродуплексами.

 

5.Сегергеция гетеродуплексного участка путем репликации рекомбинантной хромосомы.
Уже после первого раунда репликации хромосомы реципиентной клетки образуются два типа клеток: исходные и трансформированные, которые несут двунитчатый участок ДНК донора.

 

Трансформация заключается в том, что ДНК, выделенная из бактерий в свободной растворимой форме, передается бактерии-реципиенту. При трансформации рекомбинация происходит, если ДНК бактерий род­ственны друг другу. В этом случае возможен обмен гомологичных участков собственной и проникшей извне ДНК. Впервые явление трансформации описал Ф. Гриффите (1928). Он вводил мышам живой невирулентный бескапсульный R-штамм пневмококка и одновременно убитый вирулентный капсульный S-штамм пневмококка. Из крови погибших мышей был выделен вирулентный пневмококк, имеющий капсулу убитого S-штамма пневмококка. Таким образом, убитый S-штамм пневмококка передал наследственную способность капсулообразования R-штамму пнев­мококка. О. Эвери, К. Мак-Леод и М. Мак-Карти (1944) доказали, что трансформирующим агентом в этом случае является ДНК. Путем трансформации могут быть перенесены различные признаки: капсулообразование, устойчивость к антибиотикам, синтез ферментов.

+Изучение бактериальной трансформации позволило установить роль ДНК как материального субстрата наследственности. При изучении генетической трансформации у бактерий были разработаны методы экстракции и очистки ДНК, биохимические и биофизические методы ее анализа.

 

 

5. Плазмиды бактерий. Их функции (регуляторная и кодирующая)

Плазмиды – экстрахромосомальные генетические элементы, способные к автономной репликации. представляющие собой двухцепочечные молекулы ДНК. Плазмиды кодируют не основные для жизнедеятельности бактериальной клетки функции, но придающие бактерии преимущества при попадании в неблагоприятные условия существования. наделяющие бактерии дополнительными полезными свойствами. По молекулярной массе плазмиды значительно меньше хромосомной ДНК, содержат от 40 до 50 генов.

 

По размещению в клетке: внехромосомные интегрироованные
По способности передаваться в другие клетки: – Конъюгативные – Неконъюгативные
По биологическим характеристикам:
-- Обладающие фертильностью (определяющие половую принадлежность)
– Бактериоциногенные плазмиды
– Плазмиды лекарственной резистентности (R факторы)

Они могут быть кольцевой формой и линейными. Различают:
Автономные плазмиды копируются (реплицируются) самостоятельно и существуют в цитоплазме клетки.
Интегрированные плазмиды – встроенные в хромосому бактерии и реплицирующиеся вместе с ней.
Трансмиссивные -(конъюгативные) способн переходить из одной бактерии в другую в процессе конъюгации

Их объединение в одно царство жизни с вирусами связано с наличием ряда общих свойств- отсутствием собственных систем мобилизации энергии и синтеза белка, саморепликацией генома, абсолютным внутриклеточным паразитизмом.

Их выделение в отдельный класс определяется существенными отличиями от вирусов.

1.Среда их обитания- только бактерии (среди вирусов, кроме вирусов бактерий- бактериофагов имеются вирусы растений и животных). 2.Плазмиды сосуществуют с бактериями, наделяя их дополнительными свойствами. У вирусов эти свойства могут быть только у

умеренных фагов при лизогении бактерий, чаще же всего вирусы вызывают отрицательный последствия, лизис клеток.

3. Геном представлен двунитевой ДНК.

4. Плазмиды представляют собой “голые” геномы, не имеющие никакой оболочки, их репликация не требует синтеза структурных белков и процессов самосборки.

Плазмиды могут распространяться по вертикали (при клеточном делении) и по горизонтали, прежде всего путем конъюгационного переноса. В зависимости от наличия или отсутствия механизма самопереноса (его контролируют гены tra- оперона) выделяют конъюгативные и неконъюгативные плазмиды. Плазмиды могут встраиваться в хромосому бактерий- интегративные плазмиды или находиться в виде отдельной структуры- автономные плазмиды (эписомы).

Функциональная классификация плазмид основана на свойствах, которыми они наделяют бактерии. Среди них- способность продуцировать экзотоксины и ферменты, устойчивость к лекарственным препаратам, синтез бактериоцинов.

Основные категории плазмид.

1.F- плазмиды - донорские функции, индуцируют деление (от fertility - плодовитость). Интегрированные F - плазмиды- Hfr- плазмиды (высокой частоты рекомбинаций).

2.R- плазмиды (resistance) - устойчивость к лекарственным препаратам.

3. Col- плазмиды- синтез колицинов (бактериоцинов)- факторов конкуренции близкородственных бактерий (антогонизм). На этом свойстве основано колицинотипирование штаммов.

4. Hly- плазмиды- синтез гемолизинов.

5. 5.Ent- плазмиды- синтез энтеротоксинов.

6. 6.Tox- плазмиды- токсинообразование.

 

Близкородственные плазмиды не способны стабильно сосуществовать, что позволило объединить их по степени родства в Inc- группы (incompatibility- несовместимость).

Биологическая роль плазмид многообразна, в том числе:

- контроль генетического обмена бактерий;

- контроль синтеза факторов патогенности;

- совершенствование защиты бактерий.

Бактерии для плазмид- среда обитания, плазмиды для них- переносимые между ними дополнительные геномы с наборами генов, благоприятствующих сохранению бактерий в природе.

Мигрирующие генетические элементы - отдельные участки ДНК, способные определять свой перенос между хромосомами или хромосомой и плазмидой с помощью фермента рекомбинации транспозазы. Простейшим их типом являются инсерционные последовательности (IS- элементы) или вставочные элементы, несущие только один ген транспозазы, с помощью которой IS- элементы могут встраиваться в различные участки хромосомы. Их функции- координация взаимодействия плазмид, умеренных фагов, транспозонов и генофора для обеспечения репродукции, регуляция активности генов, индукция мутаций. Величина IS- элементов не превышает 1500 пар оснований.

Транспозоны (Tn- элементы) включают до 25 тысяч пар нуклеотидов, содержат фрагмент ДНК, несущий специфические гены, и два Is- элемента. Каждый транспозон содержит гены, привносящие важные для бактерии характеристики, как и плазмиды (множественная устойчивость к антибиотикам, токсинообразование и т.д.). Транспозоны- самоинтегрирующиеся фрагменты ДНК, могут встраиваться и перемещаться среди хромосом, плазмид, умеренных фагов, т.е. обладают потенциальной способностью распространяться среди различных видов бактерий.

РАЗЛИЧАЮТ НЕСКОЛЬКО ВИДОВ ПЛАЗМИД:

• R -ПЛАЗМИДА

• COL –ПЛАЗМИДА продукция колицинов

• F -ПЛАЗМИДА

•  ПЛАЗМИДЫ ПАТОГЕННОСТИ

•  ПЛАЗМИДЫ БИОДЕГРАДАЦИИ