Die Molekularbiologie, die die grundlegenden Grundlagen des Lebens erforscht, ist weitgehend die Idee der Mikrobiologie. Als Hauptuntersuchungsobjekte werden Viren und Bakterien verwendet, und die Hauptrichtung ist die Molekulargenetik, die auf der Genetik von Bakterien und Phagen basiert.

Bakterien sind ein geeignetes Material für die Genetik. Sie zeichnen sich aus durch:

Relative Einfachheit des Genoms (Satz von Chromosomennukleotiden);

Haploid (eine Gruppe von Genen), ohne die Dominanz von Merkmalen;

Verschiedene in Chromosomen integrierte und isolierte DNA-Fragmente;

Geschlechtsdifferenzierung in Form von Spender- und Empfängerzellen;

Einfache Kultivierung, schnelle Ansammlung von Biomasse.

Allgemeines Verständnis der Genetik.

Gen- eine einzigartige bauliche Einheit der Vererbung, Träger und Hüter des Lebens. Es hat drei grundlegende Funktionen.

1. Kontinuität der Vererbung – bereitgestellt durch den DNA-Replikationsmechanismus.

2. Die Kontrolle der Strukturen und Funktionen des Körpers erfolgt mit Hilfe eines einzigen genetischen Codes aus vier Basen (A - Adenin, T - Thymin, G - Guanin, C - Cytosin). Der Code ist Triplett, da das Codon eine funktionelle Einheit ist, die eine Aminosäure kodiert und aus drei Basen (Buchstaben) besteht.

3. Die Evolution von Organismen – aufgrund von Mutationen und genetischen Rekombinationen.

Im hochspezialisierten Sinne stellt ein Gen meistens eine Struktureinheit der DNA dar, deren Anordnung von Codons die Primärstruktur der entsprechenden Polypeptidkette (Protein) bestimmt. Das Chromosom besteht aus speziellen Funktionseinheiten - Operons.

Die Hauptentwicklungsstadien (Komplikation) des genetischen Systems können in Form des folgenden Diagramms dargestellt werden:

Codon à Gen à Operon à Genom von Viren und Plasmiden à Chromosom von Prokaryonten (Nukleoid) à Chromosomen von Eukaryonten (Kern).

Genetisches Material von Bakterien.

1.Kernstrukturen von Bakterien- Chromatinkörperchen oder Nukleoide (chromosomale DNA). Bakterien haben ein geschlossenes ringförmiges Chromosom (bis zu 4000 separate Gene). Die Bakterienzelle ist haploid und die Chromosomenduplikation (DNA-Replikation) wird von der Zellteilung begleitet. Die vegetative Replikation von chromosomaler (und Plasmid-) DNA bestimmt die vertikale Übertragung genetischer Informationen - von der Elternzelle zur Tochterzelle. Die horizontale Übertragung genetischer Informationen erfolgt durch verschiedene Mechanismen - als Ergebnis von Konjugation, Transduktion, Transformation, Sexduktion.

2.Extrachromosomale DNA-Moleküle vorgeführt Plasmide, wandernde genetische Elemente - Transposons und Insertion (Insertion) oder IS-Sequenzen.

Plasmide sind extrachromosomales genetisches Material (DNA), Organismen, die im Vergleich zu Viren einfacher angeordnet sind und Bakterien zusätzliche nützliche Eigenschaften verleihen. In Bezug auf das Molekulargewicht sind Plasmide deutlich geringer als chromosomale DNA, enthalten 40 bis 50 Gene.

Ihre Einteilung in eine eigene Klasse wird durch signifikante Unterschiede zu Viren bestimmt.

1. Ihr Lebensraum sind nur Bakterien (unter Viren gibt es neben Viren von Bakterien-Bakteriophagen auch Viren von Pflanzen und Tieren).

2. Plasmide koexistieren mit Bakterien und verleihen ihnen zusätzliche Eigenschaften. Bei Viren können diese Eigenschaften nur bei gemäßigten Phagen während der Lysogenese von Bakterien gefunden werden, aber am häufigsten verursachen Viren negative Folgen, die Zelllyse.

3. Das Genom wird durch doppelsträngige DNA repräsentiert.

4. Plasmide sind „nackte“ Genome ohne Hülle, ihre Replikation erfordert keine Synthese von Strukturproteinen und Selbstorganisationsprozessen.

Plasmide können sich vertikal (während der Zellteilung) und horizontal ausbreiten, hauptsächlich durch Konjugationstransfer. Abhängig vom Vorhandensein oder Fehlen eines Selbstübertragungsmechanismus (er wird durch die Gene des Traoperons gesteuert), konjugativ und nicht konjugativ Plasmide. Plasmide können in das Chromosom von Bakterien eingefügt werden - integrativ Plasmide oder in Form einer separaten Struktur vorliegen - autonom Plasmide ( Episomen).

Klassifizierung und biologische Rolle von Plasmiden.

Die funktionelle Klassifizierung von Plasmiden basiert auf den Eigenschaften, die sie Bakterien verleihen. Dazu gehören die Fähigkeit zur Produktion von Exotoxinen und Enzymen, Medikamentenresistenz und die Synthese von Bakteriocinen.

1.F-Plasmide- Spenderfunktionen, induzieren Teilung (von Fruchtbarkeit - Fruchtbarkeit). Integrierte F – Plasmide – Hfr – Plasmide (Hochfrequenzrekombination).

2.R-Plasmide(Resistenz) - Arzneimittelresistenz.

3.Col-Plasmide- Synthese von Colicinen (Bakteriocinen) - Konkurrenzfaktoren eng verwandter Bakterien (Antagonismus). Die Colicinotypisierung von Stämmen basiert auf dieser Eigenschaft.

4.Hly-Plasmide- Synthese von Hämolysinen.

5.Ent-Plasmide- Synthese von Enterotoxinen.

6.Tox-Plasmide- Toxinbildung.

Eng verwandte Plasmide können nicht stabil koexistieren, was es ermöglichte, sie je nach Verwandtschaftsgrad in Inc-Gruppen zu kombinieren (Inkompatibilität).

Die biologische Rolle von Plasmiden ist vielfältig, darunter:

Kontrolle des bakteriellen genetischen Austauschs;

Kontrolle der Synthese pathogener Faktoren;

Verbesserung des Bakterienschutzes.

Bakterien für Plasmide sind ein Lebensraum, Plasmide für sie sind zusätzliche Genome, die zwischen ihnen mit Gensätzen übertragen werden, die die Erhaltung von Bakterien in der Natur begünstigen.

Migration genetischer Elemente- einzelne DNA-Abschnitte, die ihren Transfer zwischen Chromosomen oder Chromosom und Plasmid unter Verwendung des Transposase-Rekombinationsenzyms bestimmen können. Ihr einfachster Typ ist Einfügungssequenzen (IS-Elemente) oder Insertionselemente, die nur ein Transposase-Gen tragen, mit deren Hilfe IS-Elemente in verschiedene Teile des Chromosoms eingefügt werden können. Ihre Funktionen sind die Koordination des Zusammenspiels von Plasmiden, temperierten Phagen, Transposons und Genophoren zur Sicherstellung der Reproduktion, Regulation der Genaktivität, Induktion von Mutationen. Der Wert des IS-Elements überschreitet nicht 1500 bp.

Transposons(Tn-Elemente) umfassen bis zu 25.000 Basenpaare, enthalten ein DNA-Fragment, das spezifische Gene trägt, und zwei Is-Elemente. Jedes Transposon enthält Gene, die für Bakterien wichtige Eigenschaften wie Plasmide (mehrfache Antibiotikaresistenz, Toxinbildung usw.) einführen. Transposons sind selbstintegrierende DNA-Fragmente, die sich zwischen Chromosomen, Plasmiden, temperaten Phagen, d.h. haben das Potenzial, sich auf verschiedene Arten von Bakterien auszubreiten.

LF, FIU, PF. Lektionsnummer 6

A. Grundlegende Bestimmungen

Organisation des genetischen Materials in Bakterien.

Die Erbinformationen von Bakterien sind in der DNA gespeichert, die in einer prokaryotischen Zelle zirkulär geschlossen, zweisträngig, superspiralförmig ist und durch zwei Arten von Molekülen dargestellt wird: groß - nukleoid, wo lebenswichtig wichtige Zeichen und klein - extrachromosomale Vererbungsfaktoren (Plasmide, Transposons, IS-Sequenzen und moderate Bakteriophagen), in denen zusätzliche Zeichen kodiert sind.

Extrachromosomale Vererbungsfaktoren und deren Einbau in das Nukleoid.

Plasmide können sich wie ein Nukleoid selbst replizieren und gehören daher zu autonomen Vererbungsfaktoren (im Gegensatz zu den anderen nicht-autonomen, die nur als Teil eines Nukleoids oder Plasmids replizieren können), außerdem Plasmide, wie temperierte Phagen , kann nur in homologen Regionen in ein Nukleoid eingebaut werden, im Gegensatz zu Transposons und IS-Sequenzen, die in jeder seiner Regionen in ein Nukleoid eingebaut werden können.

Plasmide.

Plasmide erfüllen in einer Bakterienzelle zwei mögliche Funktionen - regulatorisch (enthalten Duplikate einiger Nukleoidgene) und codierend (gene, die nicht im Nukleoid enthalten sind), können in zwei Zuständen existieren (autonom, d.h. außerhalb des Nukleoids und in das Nukleoid integriert) ) und abhängig vom Tra-Operon-Gehalt in ihnen - konjugativ (wenn dieses Operon in diesem Plasmid enthalten ist) und nicht-konjugativ.

Trapoperon-Funktionen.

Das Tra-Operon bestimmt die Möglichkeit des Konjugationsprozesses (es bestimmt die Bildung konjugativer Pili und den Prozess des einseitigen Transfers von genetischem Material durch sie: ein Plasmid oder eine Region eines Nukleoids).

F-Plasmide.

F-Plasmide sind eigentlich Tra-Operone, ohne zusätzliche Gene bestimmen sie den Transfer während der Konjugation von sich selbst, sowie von einem anderen DNA-Molekül, in das das F-Plasmid integriert wird (wenn dieses DNA-Molekül ein nicht-konjugiertes Plasmid ist, dann als Ergebnis der Integration von F-Plasmid wird es zur Konjugation und wird durch die Konjugationspille übertragen, wenn dies ein DNA-Molekül ist - ein Nukleoid, dann wird während der Konjugation ein Teil davon übertragen, aber nicht das F-Plasmid selbst ).

Bildung verschiedener Staaten der F.

Das F-Plasmid aus dem autonomen Zustand kann in den in das Nukleoid integrierten Zustand übergehen (in diesem Fall als Hfr-Faktor bezeichnet) und auch in den autonomen Zustand zurückkehren (entweder seine Zusammensetzung vollständig beibehalten oder seine terminale Region „austauschen“ mit dem Nukleoid - im letzteren Fall wird das rekombinante Plasmid als F'-Plasmid bezeichnet).

R-Plasmide.

R-Plasmide sind Plasmide, die eine Mehrfachresistenz (oder Resistenz, daher der Name) einer Bakterienzelle gegenüber Antibiotika bestimmen; sie bestehen aus Genen, die diese Resistenz bestimmen (r-Operon) und einem F-Plasmid (hier RTF-Faktor genannt).

Die Zusammensetzung des r-Operons.

Dieses Operon enthält Gene, die die Antibiotikaresistenz bestimmen, und kann auch ein Transposon oder einen Teil davon enthalten - eine IS-Sequenz.

Mechanismen der bakteriellen Resistenz gegen Antibiotika aufgrund des Vorhandenseins von R-Plasmiden.

Das R-Plasmid kann bestimmen: die Fähigkeit einer Bakterienzelle, ein Antibiotikum zu inaktivieren, die Fähigkeit einer Bakterienzelle, ein Antibiotikum zu modifizieren, wobei letzteres seine antibakterielle Aktivität verliert, die Fähigkeit einer Bakterienzelle, die Durchlässigkeit der Zellwand zu verringern für ein bestimmtes Antibiotikum.

Bakteriozinogene Plasmide (zum Beispiel Col-Plasmid E. coli).

Bakteriozinogene Plasmide bestimmen die Synthese von antibiotikaähnlichen Substanzen - Bakteriocinen; in E. coli werden bakteriozinogene Plasmide als colicinogen (wie bei anderen Bakterien - mit dem Namen der Art) oder Col-Plasmide bezeichnet, und Bakteriocine werden als Colicine bezeichnet (nach dem gleichen Prinzip).

Charakterisierung von Colicinen.

Colicine sind Proteine, die eine Bakterienzelle abtöten, aber nicht lysieren.

Transposons.

Transposons - Nukleotidsequenzen, die IS-Sequenzen enthalten (die die Fähigkeit von Transposons bestimmen, die Position im DNA-Molekül zu ändern sowie von einem DNA-Molekül zu einem anderen zu "springen" - die sogenannten "springenden Gene"), Gene, die Bestimmen Sie jedes Merkmal , sowie spezielle terminale Strukturen, dank derer sich die Transposons in einem autonomen Zustand befinden können (weil sie dank dieser "klebrigen Enden" in einem Ring geschlossen sind).

IS-Sequenzen.

IS-Sequenzen enthalten nur Transpositionsgene, sie können sich im Gegensatz zu Transposons nicht in einem autonomen Zustand befinden.

Mechanismen der Phagenumwandlung.

Wenn das Bakterium durch Lysogenisierung (dh Insertion in das Genom eines moderaten Bakteriophagen) ein zusätzliches Merkmal erhält, kann dies an drei möglichen Mechanismen liegen: Derepression des Prophagen-Gens, Einführung des entsprechenden Gens durch einen defekten Phagen, Auslösung eines „stillen“ Gens aufgrund einer Schädigung seines eigenen Promotors durch den Promotorprophagen.

Veränderungen bei Bakterien.

Eine phänotypische Variation bei Bakterien wird als Modifikation bezeichnet.

Mutationen in Bakterien.

Bei der Mutationsvariabilität in Bakterien treten Veränderungen in der Primärstruktur der DNA auf, die sich in dem erblich fixierten Verlust oder der Veränderung eines Merkmals (oder mehrerer Merkmale) ausdrücken; bei spontanen Mutationen sind die Faktoren, die sie verursacht haben (Mutagen), nicht bekannt - am häufigsten treten spontane Mutationen als Folge von DNA-Polymerasefehlern während der DNA-Replikation auf; unter den spontanen Mutationen werden Insertionsmutationen unterschieden, die durch die Insertion von extrachromosomalen . entstehen Vererbungsfaktoren in das Nukleoid; induzierte Mutationen in Bakterien werden experimentell durch die Wirkung eines bestimmten Mutagens verursacht.

SR-Dissoziation.

SR-Dissoziation ist ein Phänomen, wenn R-Formen in einer Reinkultur auftreten, die S-Formen von Kolonien bildet; durch ihren Mechanismus ist die SR-Dissoziation eine Insertionsmutation, die zum Verlust von Genen führt, die die Synthese von Polysaccharideinheiten der äußeren LPS-Membran der Zellwand kontrollieren.

Mutagene.

Mutagene sind chemische Stoffe oder physikalische Faktoren, die prämutationsbedingte Veränderungen der DNA verursachen, die durch Fehler in den Reparaturenzymen oder während des Reparaturprozesses zu Mutationen werden.

Reparaturen in Bakterien.

Dieser Begriff bezeichnet den Prozess der Reparatur beschädigter DNA durch Enzyme der Reparatursysteme einer Bakterienzelle.

Rekombinationsvariabilität bei Bakterien.

Unter Rekombinationsvariabilität wird die Variabilität verstanden, die infolge des Einschlusses eines Teils der DNA der Spenderzelle in die DNA der Empfängerzelle auftritt; Bakterien haben fünf Arten genetischer Rekombinationen (d. h. fünf Arten von Rekombinationsvariabilität): Transformation (direkter Transfer von genetischem Material von Spender- auf Empfängerzelle), Transduktion (Transfer von genetischem Material von Spender- auf Empfängerzelle unter Verwendung defekter Bakteriophagen), Konjugation (Transfer genetisches Material von der Spender- zur Empfängerzelle mittels konjugierter Pili), Lysogenisierung (damit wird exogenes genetisches Material in das Genom der Empfängerzelle eingebracht - das Genom eines temperaten Phagen), Phagenkonversion (unterscheidet sich von der Lysogenisierung nur dadurch, dass die Phänotyp der Spenderzelle verändert).

Gentechnik in der medizinischen Mikrobiologie.

In der medizinischen Mikrobiologie werden zunehmend Methoden der Gentechnik eingesetzt, mit deren Hilfe Mikroorganismen „gezwungen“ werden, für die medizinische Praxis notwendige Medikamente (Impfstoffe, Hormone, Interferone, Zytokine etc.) herzustellen, indem sie ein entsprechendes Gen in ihr Genom einbringen , dh Erhalten eines rekombinanten Stamms mit gewünschte Eigenschaften durch "gerichtete" Rekombinationsvariabilität.

Genetische Methoden in der mikrobiologischen Diagnostik.

In der modernen Medizin finden genetische Methoden der mikrobiologischen Diagnostik immer mehr Verbreitung: die Bestimmung des Anteils von Guanin und Cytosin im Bakteriengenom, die Methode der molekularen Hybridisierung und insbesondere die Polymerase-Kettenreaktion (PCR).

Molekulare Hybridisierungsmethode.

Diese Methode wird verwendet, um den Ähnlichkeitsgrad verschiedener DNAs zu bestimmen (bei der Identifizierung von Mikroorganismen wird die DNA des isolierten Stamms mit der DNA des Referenzstamms verglichen).

Polymerase Kettenreaktion.

Mit der PCR lassen sich drei Ziele erreichen: einen bestimmten Mikroorganismustyp in einem pathologischen Material nachzuweisen, ohne eine Reinkultur zu isolieren, isolierte Reinkulturen Mikroorganismen, zur Genotypisierung von Mikroorganismen, d.h. Bestimmung genetischer Varianten einer Art; Das Prinzip der PCR besteht darin, die Menge des gewünschten Gens zu erhöhen (amplifizieren) mit einem positiven oder keinem solchen Anstieg im Falle einer negativen Reaktion (dh die DNA wird extrahiert und wenn sie das gewünschte Gen enthält, steigt ihre Menge während die Reaktion, die durch Elektrophorese aufgedeckt wird).

B. Vorlesung

V. Theoretisches Material

11. Organisation des genetischen Materials in Bakterien
11.2. Plasmide
11.3. F-Plasmide
11.4. R-Plasmide
11.6. Transposons
11.7. IS-Sequenzen
12. Modifikationen, Mutationen und Reparaturen bei Bakterien
12.1. Veränderungen in Bakterien
12.2. Mutationen in Bakterien
12.3. SR-Dissoziation
12.4. Mutagene
12.5. Reparationen
13. Genetische Rekombinationen in Bakterien, Gentechnik in der medizinischen Mikrobiologie
13.1. Arten genetischer Rekombinationen in Bakterien
13.2. Gentechnik in der medizinischen Mikrobiologie
14. Anwendung genetischer Methoden in der mikrobiologischen Diagnostik
14.1. Molekulare Hybridisierungsmethode
14.2. Polymerase Kettenreaktion

ORGANISATION VON GENETISCHEM MATERIAL IN BAKTERIEN

11.1. Allgemeines Schema der Organisation des genetischen Materials einer Bakterienzelle

Die Organisation des genetischen Materials in Bakterien basiert auf einem Prinzip, das allen Formen auf der Erde gemeinsam ist. Daher wird dieses Material unter Berücksichtigung der Kenntnisse der Studierenden im Studiengang Allgemeine Genetik präsentiert: nur diejenigen genetische Merkmale die für eine prokaryontische Zelle charakteristisch sind. Erbinformationen von Bakterien, wie in allen Formen Zellleben(im Gegensatz zu Viren) wird es in der DNA gespeichert (Abb. 11.1-1), die in einer prokaryontischen Zelle durch zwei Arten von Molekülen repräsentiert wird.

Reis. 11.1-1. DNA-Strukturdiagramm

A. Vitalzeichen, ohne die eine Bakterienzelle nicht existieren kann, sind in kodiert Nukleoid(siehe Abschnitt 4.2).

B. Nicht-Vitalzeichen werden in Bakterien kodiert während extrachromosomale Vererbungsfaktoren: Plasmide, Transposons, IS-Sequenzen und milde Bakteriophagen. Ohne diese Merkmale kann eine Bakterienzelle unter normalen Bedingungen existieren, aber zusätzliche Merkmale, die in extrachromosomalen Vererbungsfaktoren kodiert sind, geben einer Reihe von Zellen in der Population zusätzliche Überlebensmöglichkeiten, wenn sich die Umweltbedingungen ändern, und erhöhen durch die Erhöhung der Heterogenität der Population die Anpassungsfähigkeit der letzteren. Beispielsweise ist das Merkmal der Penicillinresistenz unter normalen Bedingungen nicht gefragt und beeinträchtigt die Lebensfähigkeit einer Bakterienzelle nicht, aber wenn dieses Antibiotikum in der äußeren Umgebung auftritt, können nur Bakterien überleben, die ein Plasmid haben, das für das entsprechende Merkmal kodiert . Und nur solche Bakterienpopulationen, die Zellen enthalten, die das entsprechende Plasmid tragen, können in Gegenwart von Penicillin überleben.

1. Durch die Fähigkeit zur Selbstreplikation extrachromosomale Vererbungsfaktoren werden in zwei Gruppen eingeteilt: autonome und nicht-autonome.

A. Autonom extrachromosomale Vererbungsfaktoren in Bakterien sind Plasmide. Dies bedeutet, dass sie sich selbst replizieren können und ihr eigenes entsprechendes Operon besitzen.

B. Nicht autonom extrachromosomale Vererbungsfaktoren in Bakterien sind Transposons, IS-Sequenzen und temperente Phagen. Ohne ein eigenes Operon, das die Replikation sicherstellt, können sie sich nur in einem DNA-Molekül replizieren, das ein solches Operon besitzt - entweder in einem Nukleoid oder in einem Plasmid.

2. Alle extrachromosomalen Vererbungsfaktoren von Bakterien können in das Nukleoid eingebaut werden (und es dementsprechend verlassen). Abhängig von der Insertionsstelle in das Nukleoid extrachromosomale Vererbungsfaktoren werden ebenfalls in zwei Gruppen eingeteilt.

A. Nur in homologen Regionen kann in das Nukleoid von Plasmiden und milden Bakteriophagen eingefügt werden. Dies bedeutet, dass es für ein bestimmtes Plasmid und für einen bestimmten milden Bakteriophagen nur eine Stelle im Nukleoid gibt, an der dieses bestimmte Plasmid oder dieser bestimmte Bakteriophage in das Nukleoid eingebaut werden kann.

B. In allen Bereichen kann in nukleoide Transposons und IS-Sequenzen eingefügt werden.

11.2. Plasmide

Plasmide sind extrachromosomale autonome Vererbungsfaktoren in Bakterien.

A. Plasmide erhöhen wie andere extrachromosomale Faktoren der bakteriellen Vererbung die genetische Heterogenität der Bakterienpopulation. Dies kann als ihre Hauptfunktion angesehen werden, die sie zusammen mit Transposons, IS-Sequenzen und moderaten Bakteriophagen ausüben. Insbesondere werden Plasmide isoliert zwei Funktionen: Regulierung und Kodierung.

1. Plasmide können die gleichen Gene tragen, die im Nukleoid zu finden sind. Wenn eines dieser Gene des Nukleoids aus irgendeinem Grund "stumm" wird, "werden die identischen Gene des Plasmids eingeschaltet - das gewünschte Merkmal wird immer noch im Phänotyp der Bakterienzelle vorhanden sein. Diese Plasmidfunktion heißt regulatorisch.

2. Codierung Die Funktion von Plasmiden besteht darin, dass sie Gene enthalten können, die auf dem bakteriellen Chromosom (dh dem Nukleoid) fehlen. Tatsächlich stimmt diese Funktion von Plasmiden mit der allgemeinen Funktion aller extrachromosomalen Vererbungsfaktoren überein - um die Heterogenität des Genotyps der Population zu erhöhen.

B. Wie die meisten anderen extrachromosomalen Vererbungsfaktoren können Plasmide in einer Bakterienzelle vorkommen in zwei staaten.

1. Befindet sich das Plasmid außerhalb des Nukleoids, im Zytoplasma, spricht man davon autonom Staat (nicht zu verwechseln mit dem Begriff "autonomer Vererbungsfaktor").

2. Das im Nukleoid enthaltene Plasmid befindet sich in integriert Zustand.

B. Abhängig von tra-operon-inhalt(was weiter unten ausführlicher diskutiert wird) werden auch Plasmide in zwei Gruppen unterteilt.

1. Plasmide, die das tra-Operon enthalten, heißen konjugativ da solche Plasmide während des Konjugationsprozesses den Transfer von genetischem Material von der Spenderzelle auf den Empfänger vermitteln können (siehe Abschnitt 13.1).

A. Tra-operon bestimmt die Bildung konjugativ pili.

B. Darüber hinaus bestimmt das tra-Operon eine Kette von Ereignissen namens Mobilisierung zum Transfer... In diesem Fall entwirrt sich zuerst ein Abschnitt doppelsträngiger DNA, dann gelangt einer seiner Stränge durch die konjugative Pille in eine andere, Empfänger-Bakterienzelle, wo der komplementäre zweite Strang bereits fertiggestellt wird. Somit verliert die Spenderzelle während der Konjugation kein genetisches Material, und die Empfängerzelle erwirbt es (trotz des scheinbaren Sinns, Konjugation als „Übertragung von genetischem Material von Spender- zu Empfängerzelle unter Verwendung konjugativer Pili“ zu definieren).

1 ... Tra-operon kann sich für den Transfer mobilisieren konjugatives Plasmid(wie bei Übertragung durch Konjugation des F + -Plasmids, siehe Abschnitt 11.3).

2 ... Das Tra-Operon kann für den Transfer ein anderes, nicht-konjugatives Plasmid mobilisieren (wie dies beim Transfer durch Konjugation des RTF-Plasmids geschieht, siehe Abschnitt 11.4).

3 ... Das Tra-Operon kann eine Region des Donorzell-Nukleoids für den Transfer mobilisieren (wie dies bei der durch das Hfr-Plasmid vermittelten Konjugation geschieht, siehe Abschnitt 11.3).

2. Plasmide, die das Tra-Operon nicht tragen, werden entsprechend genannt nicht konjugativ schon seit können den Konjugationsprozess nicht bestimmen.

D. Plasmide werden in zwei Gruppen unterteilt und nach dem Grad der Kontrolle über ihre Replikation von der Seite des Nukleoids.

1. Große Plasmide (d. h. mit relativ hohem Molekulargewicht) sind unter strenger Kontrolle von der Seite des Nukleoids oberhalb seiner Replikation. Das Nukleoid "erlaubt" ihnen in der Regel nur eine "zusätzliche" Teilung. Dementsprechend liegen solche Plasmide in der Zelle in einer oder zwei Kopien vor.

2. Kleine Plasmide (d. h. mit relativ niedrigem Molekulargewicht) sind unter geschwächter Kontrolle von der Seite des Nukleoids oberhalb seiner Replikation und kann sich viel häufiger teilen als es - daher können sich bis zu 30 Kopien solcher Plasmide gleichzeitig in einer Bakterienzelle befinden.

E. Schließlich werden Plasmide klassifiziert in Inkompatibilitätsgruppen... Tatsache ist, dass verwandte Plasmide nicht gleichzeitig in derselben Bakterienzelle lokalisiert werden können, da wenn einer von ihnen bereits darin vorhanden ist, kann der andere nicht in ihn eindringen (ein solches Phänomen heißt Immunität gegen Superinfektion und betrifft auch die Beziehung von Viren zu einer empfindlichen Zelle). Als Ergebnis bilden miteinander verwandte Plasmide, die in einer Zelle inkompatibel sind, eine Inkompatibilitätsgruppe. Derzeit gibt es mehr als zwanzig solcher Inkompatibilitätsgruppen unter Plasmiden.

11.3. F-Plasmide

F-Plasmide sind eigentlich Tra-Operon, ohne zusätzliche Gene. Dieses Plasmid wird auch als bezeichnet sexueller Faktor oder ein Fertilitätsfaktor (daher der Name), da die Anwesenheit eines F-Plasmids eine Zelle während der Konjugation zu einem möglichen Spender von Erbmaterial macht (dh in eine "männliche" Zelle) bzw. eine Zelle ohne F-Plasmid ist ein potentieller Empfänger von genetischem Material während der Konjugation ("weiblicher" Käfig). Die Empfängerzelle, die das F-Plasmid bei der Konjugation erhalten hat, transformiert sich dadurch von weiblich zu männlich (dh es tritt eine "Geschlechtsänderung" auf).

A. F-Plasmid, das sich in einem integrierten Zustand befindet, heißt Hfr-Plasmide(hohe Rekombinationsfrequenz). Wenn die Donorzelle während der Konjugation den Hfr-Faktor enthält, tritt während der Konjugation der Bruch der Nukleoidkette an der Anlagerungsstelle dieses Faktors auf und das DNA-Ende gegenüber der Stelle des Hfr-Faktors beginnt, in die Konjugationsbrücke einzutreten. Da die Konjugationsbrücke nicht stabil ist, ist der Kontakt zwischen den Zellen während der Konjugation nur von kurzer Dauer und die gesamte DNA-Kette des Nukleoids hat einfach keine Zeit, in die Empfängerzelle zu gelangen. Folglich wird der Hfr-Faktor selbst bei dieser Art der Konjugation nicht übertragen (es gibt keine Geschlechtsumwandlung) und das Nukleoidfragment, das mit hoher Frequenz in die Empfängerzelle eingedrungen ist (da die Konjugation in der Regel zwischen Zellen der gleiche Spezies) rekombiniert mit dem Chromosom der Empfängerzelle ...

B. F-Plasmid in einem autonomen Zustand ist, selbst während der Konjugation in die Empfängerzelle übergeht. In diesem Fall wird die Empfängerzelle von „weiblich“ zu „männlich“ (d. h. es kommt zu einer Geschlechtsumwandlung), aber das in die Empfängerzelle eingebrachte genetische Material, repräsentiert durch Plasmidgene, rekombiniert selten mit dem Bakterienchromosom, weil es weist in Bezug auf das chromosomale Erbgut einen relativ geringen Homologiegrad auf.

C. Der Geschlechtsfaktor kann sich von einem autonomen Zustand zu einem integrativen und von einem integrativen zu einem autonomen Zustand bewegen. Der letztere Prozess kann vom Austausch benachbarter Teile des Plasmids und des Nukleotids begleitet werden, wodurch das Plasmid, das in einen autonomen Zustand übergegangen ist, rekombiniert wird - es enthält ein Fragment des Nukleoids und lässt sein Fragment zurück seinen Platz. Ein solches Plasmid wird bezeichnet als F'-Plasmid... Trägt die Donorzelle während der Konjugation ein F'-Plasmid, so gelangt es in die Empfängerzelle, was in dieser eine „Geschlechtsänderung“ bewirkt, gleichzeitig aber eine hohe Rekombinationsfrequenz (aufgrund der enthaltenen Nukleoidfragmente) bewirkt ). Die oben beschriebene Bildung verschiedener Zustände des F-Plasmids ist in Abb. 11-3-1.

11.4. R-Plasmide

R-Plasmide sind Plasmide, die eine multiple Arzneimittelresistenz (oder Resistenz, daher der Name) einer Bakterienzelle gegenüber antibakteriellen Substanzen (hauptsächlich Antibiotika) bestimmen.

A. Zusammensetzung des R-Plasmids wird durch das Vorhandensein von zwei Hauptoperonen bestimmt. Daher kann dieses Plasmid in zwei Formen vorliegen.

1. Wenn das Traoperon im R-Plasmid enthalten ist, dann ist das R-Plasmid in diesem Fall konjugativ... Das tra-Operon in diesem Plasmid wird RTF-Faktor (Resistenztransferfaktor) genannt. Die Gene, die die Antibiotikaresistenz bestimmen, bilden das sogenannte r-Operon (genauer gesagt wird die Resistenz gegen jedes Antibiotikum durch ein eigenes r-Operon bestimmt – das heißt, im R-Plasmid sind mehrere r-Operone enthalten), die wiederum auch als eigenständiges Plasmid vorliegen kann. Mit anderen Worten besteht das konjugative R-Plasmid aus zwei Plasmiden: RTF-Faktor und r-Faktor (was als Einbau eines kleineren r-Plasmids in ein größeres RTF-Plasmid verstanden werden kann).

2. Nicht konjugativ die Form dieses Plasmids besteht nur aus dem (den) r-Operon(en).

B. Die Zusammensetzung des r-Operons viele Gene können enthalten sein.

1. Erstens sind dies Gene, die bestimmen Synthese spezifischer Enzyme.

A. Das können Enzyme sein inaktivierendes Antibiotikum.

B. Oder Enzyme antibiotisch modifizierend... In diesem Fall verliert das modifizierte Antibiotikum (zB phosphoryliert) seine antibakterielle Wirkung.

V. Schließlich können dies Enzyme sein, die reduzieren die Durchlässigkeit der Zellwand zu diesem Antibiotikum, wodurch es nicht in die Bakterienzelle eindringen und zum Ziel seiner Wirkung "gelangen" kann (zum Beispiel zu den Ribosomen, um hier die Proteinsynthese zu blockieren).

2. Und zweitens kann das r-Operon eine ganze Zahl enthalten transposon oder ein Teil davon - IS-Sequenz(siehe unten).

B. Aus der Zusammensetzung des r-Operons wird klar die wichtigsten Mechanismen der bakteriellen Resistenz gegen Antibiotika aufgrund der Anwesenheit von R-Plasmiden. Es gibt drei davon.

1.R-Plasmid kann die Fähigkeit einer Bakterienzelle bestimmen Antibiotikum deaktivieren.

2. Oder das R-Plasmid kann auf diese Weise die Fähigkeit der Bakterienzelle bestimmen Antibiotikum modifizieren dass es dadurch seine antibakterielle Wirkung verliert.

3. Und schließlich kann das R-Plasmid bestimmen verminderte Zellwanddurchlässigkeit für ein bestimmtes Antibiotikum und verschließt damit seinen Zugang zum Ziel seiner Handlung.

D. R-Plasmid ist nicht immer übertragen durch Konjugation.

1. Bei grampositiven Bakterien wird das R-Plasmid am häufigsten übertragen durch Transduktion.

2. Durch Konjugation Das R-Plasmid wird am häufigsten von gramnegativen Bakterien übertragen.

11.5. Bakteriozinogene Plasmide (zum Beispiel Col-Plasmid E. coli)

Bakteriozinogene Plasmide sind in fast allen Bakterienarten inhärent. Sie bestimmen die Synthese von antibiotikaähnlichen Substanzen - Bakteriocinen. Wir betrachten diese Plasmide am Beispiel von Escherichia coli. Ihre bakteriozinogenen Plasmide werden kolizinogen (wie bei anderen Bakterien - nach dem Namen der Art) oder Col-Plasmide (die zahlreichste Gruppe kolizinogener Plasmide) genannt, und Bakteriozine werden Colicine genannt (nach dem gleichen Prinzip).

A. Col-Plasmid-Zusammensetzung wird durch das Vorhandensein von zwei Hauptoperonen bestimmt.

1. Dieses Plasmid enthält zum einen die Gene, die die Synthese bestimmen Colicine.

A. Colicine repräsentieren Proteine.

B. Nummeriert über 25 Typen Colicine.

V. Colicine arbeite nicht auf einer Zelle, die ein colicinogenes Plasmid des gleichen Typs trägt.

d) Colicine töten eine Bakterienzelle, aber nicht lysieren es, das das Auftreten von toxischen Produkten des Zellzerfalls im Lebensraum der überlebenden Bakterien verhindert.

2. Und zweitens enthält das Col-Plasmid tra operon... Dementsprechend bezieht es sich auf konjugative Plasmide.

B. Col-Plasmid unterscheidet sich von anderen Plasmiden in einer Reihe von nur ihm innewohnenden Merkmale.

1. Im Gegensatz zu anderen konjugativen Plasmiden ist Col-plasmid integriert sich selten in ein Nukleoid. Obwohl alle konjugativen Plasmide per Definition dazu in der Lage sind, könnten sie sonst einen Teil des bakteriellen Chromosoms nicht für den Transfer mobilisieren (siehe Abschnitt 11.3.A).

2. Col-Plasmid normalerweise unterdrückt, d.h. Informationen werden nicht daraus entfernt. Jene. die von ihr ermittelte Eigenschaft wird von der Zelle unter normalen Bedingungen nicht benötigt.

3. Wenn dieses Merkmal gefragt wird und das Col-Plasmid dereprimiert wird, synthetisiert die Bakterienzelle Colicine und stirbt. Mit anderen Worten, das Col-Plasmid ist potenziell tödlich.

V. Bedeutung Col-Plasmide können unter zwei Gesichtspunkten betrachtet werden.

1. Biologisch Die Bedeutung des Col-Plasmids liegt darin, dass mit seiner Hilfe eine Populationsdepression bei fehlendem Nährsubstrat erreicht wird. Dies geschieht nach folgendem Schema (Abb. 11.5-1).

A. Die Population enthält Zellen mit verschiedene Typen Col-Plasmide (in der Abbildung mit unterschiedlichen Farben gekennzeichnet). Wenn erschöpft Nährboden Col-Plasmid in einer der Zellen wird dereprimiert, diese Zelle synthetisiert den entsprechenden Colicin-Typ und stirbt ab.

B. Colicine wirken nur auf jene Zellen, die das Col-Plasmid nicht enthalten, das die Synthese von Colicinen dieses speziellen Typs bestimmt. Dementsprechend bleiben Zellen, die ein Col-Plasmid enthalten, das die Synthese von Colicinen dieses Typs bestimmt, am Leben.

V. Alle anderen Zellen der Population, die Col-Plasmide anderer Typen tragen, sterben ab, die Population wird entladen (es gibt weniger "Esser") und kann dadurch ihr Leben in einer erschöpften Umgebung verlängern.

2. Medizinisch Die Bedeutung des Col-Plasmids des Plasmids besteht darin, dass Escherichia coli, die normalerweise den menschlichen Darm bewohnen, mit seiner Hilfe die normale Mikrobiozönose regulieren - eine Reihe von Mikroorganismen, die den Darm bewohnen gesunde Person, da Colicine nicht nur auf Zellen ihrer eigenen Art, sondern auch auf Zellen anderer Bakterienarten der Darmgruppe wirken.

11.6. Transposons

Transposons werden jedoch wie IS-Sequenzen oft als "springende Gene" bezeichnet. Aufgrund ihrer Fähigkeit, im Gegensatz zu Plasmiden und temperenten Phagen in ein DNA-Molekül (Nukleoid, Plasmid oder temperierte Phagen) in beliebigen und nicht nur in homologen Regionen eingeschleust zu werden, können sie den Ort ihrer Lokalisation in der DNA verändern Molekül, in das sie integriert sind ... Außerdem können sie auch von einem DNA-Molekül zum anderen "springen".

A. Transposons werden normalerweise wie folgt angegeben: Definition: Dies sind Nukleotidsequenzen (von 2.000 bis 20.000 Basenpaaren), die ihre Lokalisation im DNA-Molekül ändern und von einem DNA-Molekül zum anderen wandern können.

B. In einer Bakterienzelle können sie zu zweit sein Zustände.

1. Das Transposon kann in . sein integriert Zustand, d.h. in ein Replikon (Nukleoid oder Plasmid) eingefügt werden und dementsprechend als Teil dieses Replikons replizieren.

2. Das Transposon kann sich in einer Bakterienzelle befinden und in autonom Zustand (d. h. außerhalb des Replikons). In diesem Fall schließt es sich zu einem Ring, aber da es nicht in der Lage ist, sich selbst zu replizieren, geht es bei der Zellteilung nur in eines der beiden neugebildeten über.

B. Transposon besteht aus drei Hauptteilen.

1. Es enthält spezielle Endkonstruktionen, die das Transposon von anderen in der Bakterienzelle gefundenen DNA-Fragmenten unterscheiden und somit Marker für diesen besonderen extrachromosomalen Vererbungsfaktor sind.

2. Die Fähigkeit eines Transposons, den Ort seiner Lokalisation in einem DNA-Molekül zu ändern und von einem DNA-Molekül zum anderen zu wandern, wird durch spezielle Transpositionsgene(tatsächlich sind dies IS-Sequenzen).

3. Außerdem enthält das Transposon Gene Bestimmung der Proteinsynthese Bestimmen des Vorhandenseins zusätzlicher Merkmale in der Bakterienzelle, die dieses Transposon enthält.

A. Solche Gene bestimmen oft die Fähigkeit einer Bakterienzelle, das eine oder andere Protein zu synthetisieren. Toxin.

B. Nicht weniger oft bestimmt das Transposon Gleichmäßigkeit Zellen Zu irgendein Antibiotikum(genau eines, im Gegensatz zum R-Plasmid).

V. Seltener bestimmt das Transposon die Synthese von Proteinen, die andere Zeichen.

11.7. IS-Sequenzen

IS-Sequenzen (Insert-Sequenzen) sind Teil des Transposons und gewährleisten dessen Transponierbarkeit.

A. IS-Sequenzen werden normalerweise wie folgt angegeben: Definition: das sind Einlagen Nukleotidsequenzen(etwa 1.000 Basenpaare) zur Transposition befähigt.

B. IS-Sequenzen im Prinzip unterscheiden sich von Transposons.

1. Erstens, sie enthalten nur Transpositionsgene.

2. Zweitens, sie nicht frei gefunden.

B. IS-Sequenzen führen drei Haupt- Funktionen.

1.Mit ihrer Hilfe wird die Koordination durchgeführt Wechselwirkungen extrachromosomaler Vererbungsfaktoren untereinander und mit dem Bakterienchromosom, um ihre Rekombination sicherzustellen.

2. Darüber hinaus können sie Regulierungsfunktion(dh regulieren Sie die Gentranskription, indem Sie sie ein- / ausschalten).

3. Schließlich IS-Sequenzen kann Mutationen auslösen(Inversionen, Duplikationen für 5-9 Basenpaare).

11.8. Mechanismen der Phagenumwandlung

Hier können wir, nachdem wir Informationen über Bakteriophagen und extrachromosomale Vererbungsfaktoren in Bakterien präsentiert haben, Informationen über die Mechanismen der Phagenkonversion (siehe Abschnitt 10.4.B.2) zusammenfassen, wenn als Folge der Lysogenisierung (dh Integration in das Genom von ein mäßiger Bakteriophage), erhält das Bakterium ein zusätzliches Merkmal.

A. Erstens kann dieses Phänomen darauf zurückzuführen sein, dass Derepression des Prophagen-Gens, wie oben erwähnt (siehe Abschnitt 10.4.B.2).

B. Zweitens kann ein zusätzliches Merkmal durch das Genom des Spenderbakteriums bestimmt werden, das durch einen defekten Phagen in das Genom des Empfängerbakteriums eingeführt wird, wenn spezialisierte Transduktion(siehe Abschnitt 10.4.B.2).

B. Und drittens, wenn sich ein mäßiger Bakteriophage in der Nähe des geschädigten Promotors eines der Gene integriert hat, dann kann die Funktion dieses funktionsunfähigen Promotors vom Prophagen-Promotor "übernommen" werden, wiederherstellen damit Ausdruck Das "stille" Gen des Empfängerbakteriums.

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Heute kann die Molekularbiologie als Schwerpunktbereich der Naturwissenschaften angesehen werden. Sie ist eng mit der Mikrobiologie verwandt und in gewisser Weise auch ihr geistiges Kind, da sie Bakterien und Viren als Hauptmodelle verwendet und eine der Hauptrichtungen der Molekularbiologie die Molekularbiologie ist Genetik- war lange Zeit nichts anderes als die Genetik von Bakterien und Bakteriophagen.

Die Studium bakterielle Genetik hat zweifellos auch angewandtes Interesse, zum Beispiel im Hinblick auf die Aufklärung der Mechanismen der Übertragung von Krankheitserregern und Arzneimittelresistenzen.

Bakterien sind ein bequemes Modell für Genforschung... Sie zeichnen sich aus durch: die relative Einfachheit der Genomstruktur, die es ermöglicht, Mutanten mit einer Häufigkeit von 10 –9 und darunter zu identifizieren; haploid, ausgenommen das Phänomen der Dominanz; sexuelle Differenzierung in Form von Spender- und Empfängerzellen; das Vorhandensein isolierter und integrierter DNA-Fragmente (Plasmide, Transposons usw.); einfache Kultivierung und die Möglichkeit, Populationen mit Milliarden von mikrobiellen Körpern zu erhalten.

Wie bei anderen Organismen ist auch der Gensatz einer Bakterienzelle - Genom- definiert seine Eigenschaften und Eigenschaften ( Genotyp). Bakterienzell-Phänotyp- das Ergebnis von Wechselwirkungen zwischen Bakterien und Umgebung- kontrolliert auch das Genom (da die Merkmale selbst in bakteriellen Genen kodiert sind).

Erbgut von Bakterien

Kernstrukturen von Bakterien haben eine charakteristische Struktur, die sie von den Kernen eukaryontischer Zellen unterscheidet; sie werden von den sogenannten Chromatin-Körpern oder Nukleoiden gebildet, die ohne Schale sind und fast die gesamte bakterielle DNA enthalten.

Nukleare Strukturen kann beobachtet werden in Phasenkontrastmikroskop wo sie wie weniger dichte Bereiche des Zytoplasmas aussehen. Um sie in Fixabstrichen nachzuweisen, wurde die Völgen-Rossenbock-Reaktion vorgeschlagen.

In wachsenden Bakterienzellen Nukleoide aktiv geteilt werden, erreicht ihre Anzahl manchmal 2-4.

Prokaryontisches Genom

Verfügen über Bakterien normalerweise ist einer geschlossen ringförmiges Chromosom enthält bis zu 4000 separate Gene, die für die Aufrechterhaltung der lebenswichtigen Aktivität und Vermehrung von Bakterien erforderlich sind, dh die Bakterienzelle ist haploid, und die Verdoppelung des Chromosoms geht normalerweise mit seiner Teilung einher.

Einige Arten (z. B. Brucella melitensis) enthalten durchweg zwei Ringchromosomen andere (Leptospira interrogans) - ein kreisförmiges Chromosom und ein großes Plasmid, andere - ein lineares Chromosom (Streptomyces ambofaciens), dh sie haben komplexe Genome.

Bakterielles Chromosom enthält bis zu 5 * 10 6 Basenpaare. Zum Vergleich: Genom Mensch ist 2,9 * 10 9 Basenpaare. Das ungefaltete Bakterienchromosom ist etwa 1 mm lang (Escherichia coli).

Einige Bakterien enthalten extrachromosomale DNA-Moleküle ( Plasmide) und bewegliche Elemente (entweder Plasmid oder chromosomal).

Dieses Buch richtet sich an Medizinstudenten Bildungsinstitutionen... Dieser kurze Leitfaden hilft Ihnen bei der Vorbereitung und Durchführung Ihrer mikrobiologischen Prüfung. Das Material wird in einer sehr praktischen und einprägsamen Form präsentiert und hilft den Studierenden in kurzer Zeit, die grundlegenden Konzepte und Konzepte des Studiengangs im Detail zu beherrschen sowie Wissen zu konkretisieren und zu systematisieren.

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Das gegebene Einführungsfragment des Buches Mikrobiologie: Skript zur Vorlesung (K. V. Tkachenko) zur Verfügung gestellt von unserem Buchpartner - der Firma Liters.

VORTRAG 4. Genetik von Mikroorganismen. Bakteriophagen

1. Organisation des Erbguts von Bakterien

Der Erbapparat von Bakterien wird durch ein Chromosom repräsentiert, das ein DNA-Molekül ist, es ist spiralisiert und zu einem Ring gewunden. Dieser Ring ist an einem Punkt an der Zytoplasmamembran befestigt. Einzelne Gene befinden sich auf dem Bakterienchromosom.

Die funktionellen Einheiten des bakteriellen Genoms sind neben chromosomalen Genen:

1) IS-Sequenzen;

2) Transposons;

3) Plasmide.

IS-Sequenzen sind kurze DNA-Stücke. Sie tragen keine strukturellen (proteinkodierenden) Gene, sondern enthalten nur Gene, die für die Transposition verantwortlich sind (die Fähigkeit, sich entlang des Chromosoms zu bewegen und in seine verschiedenen Teile zu integrieren).

Transposons sind größere DNA-Moleküle. Sie enthalten neben den für die Transposition verantwortlichen Genen auch ein Strukturgen. Transposons können sich entlang des Chromosoms bewegen. Ihre Position beeinflusst die Genexpression. Transposons können auch außerhalb des Chromosoms (autonom) existieren, sind jedoch nicht in der Lage, sich autonom zu replizieren.

Plasmide sind zusätzliches extrachromosomales genetisches Material. Es ist ein zirkuläres, doppelsträngiges DNA-Molekül, dessen Gene zusätzliche Eigenschaften kodieren, die den Zellen selektive Vorteile verschaffen. Plasmide sind zur autonomen Replikation fähig, d. h. unabhängig vom Chromosom oder unter seiner schwachen Kontrolle. Aufgrund der autonomen Replikation können Plasmide das Phänomen der Amplifikation hervorrufen: Das gleiche Plasmid kann in mehreren Kopien vorliegen, wodurch die Manifestation dieses Merkmals verstärkt wird.

Abhängig von den Eigenschaften der Merkmale, die die Plasmide kodieren, gibt es:

1) R-Plasmide. Arzneimittelresistenz bereitstellen; kann Gene enthalten, die für die Synthese von Enzymen verantwortlich sind, die Arzneimittel zerstören, kann die Membrandurchlässigkeit verändern;

2) F-Plasmide. Sie kodieren für das Geschlecht von Bakterien. Männliche Zellen (F+) enthalten das F-Plasmid, weibliche (F-) - nicht. Männliche Zellen fungieren während der Konjugation als Spender von genetischem Material, und weibliche Zellen fungieren als Empfänger. Sie unterscheiden sich oberflächlich elektrische Ladung und daher anziehen. Das F-Plasmid selbst geht vom Spender aus, wenn es sich in einem autonomen Zustand in der Zelle befindet.

F-Plasmide sind in der Lage, sich in das Chromosom von Zellen zu integrieren und den integrierten Zustand in einen autonomen Zustand zu verlassen. Dabei werden chromosomale Gene eingefangen, die die Zelle bei der Konjugation abgeben kann;

3) Col-Plasmide. Verschlüsseln Sie die Synthese von Bakteriocinen. Dies sind bakterizide Substanzen, die auf eng verwandte Bakterien wirken;

4) Tox-Plasmide. Kodieren Sie die Produktion von Exotoxinen;

5) Bioabbauplasmide. Kodieren Sie Enzyme, die Bakterien verwenden können, um Xenobiotika zu verwerten.

Der Verlust des Plasmids durch die Zelle führt nicht zu ihrem Tod. In derselben Zelle können sich verschiedene Plasmide befinden.

2. Variabilität bei Bakterien

Es gibt zwei Arten von Variabilität - phänotypisch und genotypisch.

Die phänotypische Variabilität – Modifikationen – hat keinen Einfluss auf den Genotyp. Die meisten Individuen in der Population sind von den Veränderungen betroffen. Sie werden nicht vererbt und verblassen im Laufe der Zeit, dh sie kehren zum ursprünglichen Phänotyp zurück.

Genotypische Variation beeinflusst den Genotyp. Es basiert auf Mutationen und Rekombinationen.

Mutationen sind eine Veränderung des Genotyps, die über mehrere Generationen anhält und von einer Veränderung des Phänotyps begleitet wird. Die Besonderheit von Mutationen in Bakterien ist die relative Leichtigkeit ihrer Identifizierung.

Durch Lokalisierung werden Mutationen unterschieden:

1) Gen (Punkt);

2) chromosomal;

3) Plasmid.

Nach Herkunft können Mutationen sein:

1) spontan (Mutagen unbekannt);

2) induziert (Mutagen unbekannt).

Rekombination ist der Austausch von genetischem Material zwischen zwei Individuen mit dem Auftreten rekombinanter Individuen mit einem veränderten Genotyp.

Bakterien haben mehrere Rekombinationsmechanismen:

1) Konjugation;

2) Fusion von Protoplasten;

3) Transformation;

4) Transduktion.

Konjugation ist der Austausch genetischer Informationen durch direkten Kontakt zwischen Spender und Empfänger. Die höchste Übertragungsfrequenz findet sich bei Plasmiden, während Plasmide unterschiedliche Wirte haben können. Nach Bildung einer Konjugationsbrücke zwischen Spender und Empfänger gelangt ein Strang der Spender-DNA durch diesen in die Empfängerzelle. Je länger dieser Kontakt dauert, desto mehr Spender-DNA kann auf den Empfänger übertragen werden.

Fusion von Protoplasten - ein Mechanismus für den Austausch genetischer Informationen beim direkten Kontakt von Stellen Zytoplasmatische Membran bei Bakterien ohne Zellwand.

Transformation ist die Übertragung genetischer Informationen in Form von isolierten DNA-Fragmenten, wenn eine Empfängerzelle in einem Medium gefunden wird, das eine Spender-DNA enthält. Für die Transduktion ist ein besonderer physiologischer Zustand der Empfängerzelle erforderlich - Kompetenz. Dieser Zustand ist in sich aktiv teilenden Zellen inhärent, in denen die Prozesse der Replikation ihrer eigenen Nukleinsäuren stattfinden. In solchen Zellen wirkt ein Kompetenzfaktor - es ist ein Protein, das eine Erhöhung der Permeabilität der Zellwand und der Zytoplasmamembran bewirkt, sodass ein DNA-Fragment in eine solche Zelle eindringen kann.

Transduktion ist die Übertragung genetischer Informationen zwischen Bakterienzellen unter Verwendung von milden transduzierenden Phagen. Transduzierende Phagen können ein oder mehrere Gene tragen.

Die Übertragung geschieht:

1) spezifisch (es wird immer das gleiche Gen übertragen, der transduzierende Phagen befindet sich immer an der gleichen Stelle);

2) unspezifisch (verschiedene Gene werden übertragen, die Lokalisation des transduzierenden Phagen ist variabel).

3. Bakteriophagen

Phagenvirionen bestehen aus einem Kopf, der die Nukleinsäure des Virus enthält, und einem Fortsatz.

Das Nukleokapsid des Phagenkopfes hat einen kubischen Symmetrietyp und der Prozess hat einen spiralförmigen Typ, d. h. Bakteriophagen haben einen gemischten Symmetrietyp.

Phagen können in zwei Formen vorkommen:

1) intrazellulär (dies ist ein Prophagen, reine DNA);

2) extrazellulär (dies ist ein Virion).

Phagen haben wie andere Viren antigene Eigenschaften und enthalten gruppen- und typspezifische Antigene.

Es gibt zwei Arten der Phagen-Zell-Interaktion:

1) lytisch (produktive Virusinfektion). Dies ist eine Art von Interaktion, bei der ein Virus in einer Bakterienzelle reproduziert wird. Sie stirbt gleichzeitig. Zunächst erfolgt die Adsorption von Phagen an der Zellwand. Darauf folgt die Penetrationsphase. Lysozym wirkt an der Stelle der Phagenadsorption, und Phagennukleinsäure wird aufgrund der kontraktilen Proteine ​​des Schwanzteils in die Zelle injiziert. Daran schließt sich eine durchschnittliche Zeitspanne an, in der die Synthese zellulärer Komponenten unterdrückt wird und die diskonjunktive Methode der Phagenvermehrung durchgeführt wird. Dabei wird Phagennukleinsäure im Bereich des Nukleoids synthetisiert und anschließend an den Ribosomen eine Proteinsynthese durchgeführt. Phagen mit einer lytischen Wechselwirkung werden als virulent bezeichnet.

In der letzten Phase werden durch Selbstorganisation Proteine ​​um die Nukleinsäure gelegt und neue Phagenpartikel gebildet. Sie verlassen die Zelle und reißen ihre Zellwand auf, dh es kommt zur Lyse des Bakteriums;

2) lysogen. Dies sind gemäßigte Phagen. Wenn die Nukleinsäure in die Zelle eindringt, wird sie in das Zellgenom integriert und es kommt zu einem langen Zusammenleben des Phagen mit der Zelle ohne seinen Tod. Wenn sich die äußeren Bedingungen ändern, kann der Phagen die integrierte Form verlassen und eine produktive Virusinfektion entwickeln.

Aufgrund der Spezifität gibt es:

1) polyvalente Phagen (Lyse Kulturen einer Familie oder Gattung von Bakterien);

2) monovalent (Lyse von Kulturen nur einer Bakterienart);

3) typisch (in der Lage, nur bestimmte Typen (Varianten) einer Bakterienkultur innerhalb einer Bakterienart zu lysieren).

Phagen können als diagnostische Präparate zur Identifizierung der Gattung und Spezies von Bakterien verwendet werden, die während der bakteriologischen Forschung isoliert wurden. Sie werden jedoch häufiger zur Behandlung und Vorbeugung bestimmter Infektionskrankheiten eingesetzt.