4.2Мутації та їх різновидності. Мутагени фізичні, хімічні, біологічні

Мутації – зміни в первинній структурі ДНК клітини, які супроводжуються стійкою стрибкоподібною зміною певної біологічної ознаки і стабільно успадковуються наступними поколіннями

Класифікація мутацій

 Спонтанні мутації зумовлені дією ендогенних чинників :

• помилки ферментів в процесі реплікації ДНК

• взаємодія хромосомної ДНК з позахромосомними елементами (транспозонами, IS-елементами)

частота виникнення - 10 -7 -10-9

 Індуковані мутації виникають під впливом направленої дії на геном бактерій екзогенних чинників або мутагенів

частота виникнення – 10-4 – 10-5

Класифікація мутацій за величиною ділянки ДНК, що зазнала змін:

 Точкові мутації виникають в межах одного триплету:

 делеція

 вставка

 модифікація

 Лінійні (генні) мутації - це зміни ДНК в межах гену

• Делеція

• дуплікація

• інверсія

• Транслокація

 Геномні мутації пов‘язані з змінами одного або декількох генів

Класифікація мутацій за фенотиповими наслідками:

 Летальні

 Умовно-летальні

 Нейтральні

Класифікація мутацій за місцем виникнення:

 Хромосомні

 Позахромосомні

Класифікація мутагенів

 Фізичні мутагени:

• Іонізуюче випромінювання сприяє утворенню димерів пиримідину, що ускладнює процес розподілу ДНК на 2 нитки і призводить до обриву ДНК в процесі реплікації

• Ультрафіолетове випромінювання викликає утворення димерів тиміну, що зумовлює помилки в генетичному коді при реплікації ДНК

 Хімічні мутагени:

• Аналоги азотистих основ (напр., бромурацил) включаються в молекулу ДНК замість подібної за структурою азотистої основи і при реплікації зумовлюють вставку невідповідної основи

• Алкілуючі речовини (напр., етілметансульфонат) викликають модифікацію азотистих основ

• Нітрозосполуки і азотиста кислота дезамінують азотисті основи

• Акридинові барвники вбудовуються між азотистими основами, що призводить до втрати нуклеотидів або вставки додаткової пари в процесі реплікації

4.3Генетичні рекомбінації: трансформація, трансдукція, кон’югація. Плазміди (f,Col,Ent)

Генетичні рекомбінації – це обмін генетичною інформацією між двома спорідненими бактеріальними геномами

Види рекомбінацій:

1. Трансформація

2. Кон'югація

3. Трансдукція

Трансформація це процес включення у геном клітини реципієнту поглинутих фрагментів донорської ДНК (хромосом-ної або плазмідної)

Умови для здійснення:

 компетентність реципієнту

 гомологічність донорської ДНК (близька генетична спорідненість донора і реципієнта)

 наявність двохниткового фрагменту ДНК

 велика молекулярна маса фрагменту ДНК

Стадії трансформації

1. Адсорбція ДНК на клітині реципієнта

2. Фрагментація донорської ДНК клітинними ендонуклеазами

3. Проникнення фрагментів ДНК у цитоплазму реципієнта

4. Руйнація одної нитки ДНК

5. Рекомбінація однониткових фрагментів ДНК з ДНК реципієнта

6. Утворення рекомбінанта

Кон’югація – процес обміну генетичним матеріалом при безпосередньому контакті клітини донора (F+ або Hfr+) і реципієнта

Умови для здійснення:

 наявність у клітини донора F- плазміди або Hfr-фактора

 як правило, спорідненість генотипу донора і реципієнта

 наявність позахромосомних генетичних елементів, які передаються від донора до реципієнта

Трансдукція – процес передачі фрагментів ДНК донора до клітини реципієнта за допомогою бактеріофагів

Види :

 специфічна

 неспецифічна

 абортивна

Необхідною умовою для здійснення трансдукції є наявність бактеріофагів, які перед тим, як інфікувати клітину-реципієнт, репродукувались в донорській клітині

 Неспецифічна виникає внаслідок передачі будь-якої ділянки ДНК донора, випадково включеної в голівку бактеріофагу

 Специфічна зумовлена передачею певних ділянок ДНК донора за допомогою помірних дефектних фагів

 Абортивна – варіант специфічної трансдукції, коли ДНК дефектного фагу не вбудовується в ДНК реципієнта, а вільно розташовується в цитоплазмі

Плазміди – кільцеві молекули ДНК, які містять до 40 генів, і стабільно спадкуються клітиною в позахромосомному стані

Класифікація плазмід

 В залежності від місця розташування:

• Автономні – не пов’язані з хромосомою кільцеві молекули ДНК, що самостійно реплікуються в цитоплазмі бактерій.

• Інтегровані- вбудовані у хромосому і реплікуються разом з хромосомою.

 В залежності від шляхів поширення від однієї клітини до іншої

• Трансмисівні ( R- і F-плазміди )-передаються шляхом кон’югації.

• Нетрансмісивні – знаходяться у великій кількості в клітини (до 30), що забезпечує їх довільний розподіл у дочірних клітинах.

 За біологічними властивостями, що кодуються:

• R-плазміди (від англ. resistance – стійкість) – містять r-гени і RTF-фактор, які зумовлюють резистентність бактерій до протимікробних препаратів і здатність до передачі в процесі кон’югації

• F-плазміди і Hfr-фактори (від англ.fertility- родючість, high frequency of recombination- висока частота рекомбінацій) – кодують синтез спеціальних F-пілей, необхідних для кон‘югації, зумовлюють прискорений поділ бактерій.

• Col- плазміди – плазміди, що кодують синтез біологічно активних сполук (бактеріоцинів), відповідальних за явище мікробного антагонізму між спорідненими видами

• Tox- плазміди – плазміди патогенності, які містять tox-гени, що надають бактерії здатності синтезувати токсини

• Ent – плазміди- плазміди патогенності, що зумовлюють синтез ентеротоксину

• Hly– плазміди – містять гени, які кодують синтез мембранотропних токсинів (гемолізинів)

• Плазміди біодеградації – надають бактеріальній клітині властивостей синтезувати ферменти, що розщеплюють природні і синтетичні сполуки, і використовувати їх як джерело енергії або пластичного матеріалу

• Криптогенні плазміди – роль цих плазмід у життєдіяльності бактерій не з‘ясована

Функції плазмід

 Регуляторна функція – плазміди компенсують дефекти метаболізму бактерій шляхом вбудовування в ушкоджений геном

 Кодуюча функція –внесення в мікробну клітину нової генетичної інформації, яка зумовлює появу нових біологічних властивостей, що сприяє виживанню бактерій у змінених умовах середовища