Стоматологический факультет

КАФЕДРА МИКРОБИОЛОГИИ

Занятие № 2.1.3

Генетика микроорганизмов

Цель занятия:

Ознакомиться с особенностями генома бактериальной клетки; видами и основными механизмами изменчивости микроорганизмов. Изучить причины возникновения антибиотикорезистентных штаммов. Ознакомиться с практическим применением фенотипической и генотипической изменчивости

СТУДЕНТ ДОЛЖЕН ЗНАТЬ:

1. Особенности генома бактериальной клетки, его отличия от генома эукариот и вирусов.

2. Функционирование бактериальных генов (особенности репликации и транскрипции прокариот).

3. Внехромосомные детерминанты наследственности – IS-элементы, транспозоны, плазмиды, их функции.

4. Плазмиды патогенности, их роль.

5. Механизмы, обусловливающие изменчивость микроорганизмов (адаптации, мутации, рекомбинации).

6. Механизмы передачи генетического материала у бактерий (конъюгация, трансформация, трансдукция).

7. Причины возникновения и циркуляции антибиотикорезистентных штаммов.

СТУДЕНТ ДОЛЖЕН УМЕТЬ:

• интерпретировать результаты опытов по фенотипической и генотипической изменчивости микроорганизмов

• интерпретировать результат определения чувствительности бактерий к антибиотикам

СТУДЕНТ ДОЛЖЕН ИМЕТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ:

• о практическом применении в медицине фенотипической и генотипической изменчивости микроорганизмов

Работа № 1. Плазмиды. Методы выявления

Цель: Объяснить причины формирования и распространения лекарственной устойчивости бактерий. Оценить результаты антибиотикограммы 2-х штаммов золотистого стафилококка (метод бумажных дисков). Результаты внести в таблицу.

Опыт Антибиотик	Диаметр зоны задержки роста
	S. aureus № 1	S. aureus № 2
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Вывод:

Работа № 2. Фенотипическая изменчивость бактерий

Цель: Оценить опыт по получению фенотипической изменчивости протея (А) и чудесной палочки (Б), возникшей при действии химических веществ. Сделать вывод.

А. Оценить культуральные свойства протея на МПА и МПА с 0,1% раствором фенола как пример фенотипической изменчивости. Зарисовать.

Результат:

Б. Оценить культуральные свойства чудесной палочки на МПА и сахарно-солевом агаре как пример фенотипической изменчивости. Зарисовать.

Дано: опыт № 6

МПА

чудесная палочка (посев на скошенный агар)

Вывод:

Работа № 5. Механизмы генетической рекомбинации бактериальной ДНК. Практическое значение. Аттенуация. Получение аттенуированных вакцин. Генно-инженерные вакцины

Самостоятельная работа

Записать предложенные вакцины с указанием методов получения, используя методические рекомендации.

Название вакцины	Методы аттенуации
Оспенная
БЦЖ
Туляремийная
Бруцеллезная
Против вируса желтой лихорадки
Антирабическая
Гриппозная
Сыпнотифозная
Полиомиелитная
Коревая
Краснушная
Паротитная
Сибиреязвенная СТИ
Чумная E.V.
Энджерикс В

Вывод:

Методические указания

Плазмиды. Распространенность. Методы выявления

У бактерий имеется одна замкнутая кольцевая хромосома, содержащая до 4000 отдельных генов, необходимых для поддержания жизнедеятельности и размножения бактерий, т. е. бактериальная клетка гаплоидна, а удвоение хромосомы всегда сопровождается ее делением. Обычная бактериальная хромосома имеет молекулярную массу около 10¹⁰ Д (5х10⁶ пар оснований; размер генома человека составляет 2,9х10⁹ пар оснований). Длина бактериальной хромосомы в развернутом состоянии, впервые установленная методом радиоавтографии, для клеток E.coli составляет около 1 мм.

В некоторых бактериях обнаруживают внехромосомные молекулы ДНК, представленные плазмидами, транспозонами и инсерционными (вставочными) последовательностями. Они не являются жизненно необходимыми, т. е. не кодируют информацию о синтезе ферментов, участвующих в энергетическом и пластическом метаболизме. Плазмиды физически либо не связаны с хромосомой (автономное состояние), либо встроены в бактериальную хромосому (интегрированное состояние). В автономном состоянии они самостоятельно реплицируются. Транспозоны и инсерционные последовательности (Is-посл.) во всех случаях связаны с хромосомой и не способны к самостоятельной репликации.

Плазмиды - фрагменты ДНК с молекулярной массой 10⁶ - 10⁸ Д, несущие от 40 до 50 генов, несут 2 функции - регуляторную и кодирующую. Первая состоит в компенсации нарушений метаболизма ДНК клетки хозяина. Например, при интегрировании плазмиды в состав поврежденного бактериального генома, не способного к репликации, его функция восстанавливается за счет плазмидного репликона. Кодирующая функция плазмид состоит во внесении в бактериальную клетку новой информации, о которой судят по приобретенному признаку, например образованию пилей (F-плазмиды), резистентности к а/б (R-плазмиды), выделению бактериоцинов (col-плазмида).

Конъюгативные плазмиды - переносятся от бактерии к бактерии (обычно внутри вида или близкородственными видами) в процессе конъюгации, обычно это относительно крупные F-, R-, Col-плазмиды (чаще выявляются у Гр- палочек).

Неконъюгативные плазмиды - обычно характерны для Гр+ кокков, но могут встречаться и у Гр - микроорганизмов; небольшие по размерам могут присутствовать до 30 на 1 клетку. Неконъюгативные плазмиды тоже могут быть перенесены из клетки в клетку при наличии в бактерии одновременно конъюгативных и неконъюгативных плазмид.

R-плазмиды обусловливают устойчивость к лекарственным препаратам, например к сульфаниламидам, стрептомицину, пенициллину, тетрациклину, либо устойчивость к тяжелым металлам (ртуть, никель, кадмий, кобальт). R-плазмиды выявляют постановкой чувствительности бактерий к антибиотикам методом диффузии в агар из бумажных дисков.

F-плазмиды - удвоение ДНК некоторых плазмид индуцирует деление бактерий, т.е. увеличивает их «плодовитость». Интегрированные в бактериальную хромосому F-плазмиды называют Hfr-плазмиды (от англ. High frequency of recombitions - высокая частота рекомбинации). F-плазмида контролирует синтез половых ворсинок (sex или F pili), которые способствуют эффективному спариванию бактерий-доноров с реципиентными клетками при конъюгации.

Col-плазмиды - контролируют синтез особого рода антибактериальных веществ белковой природы - бактериоцинов, способных вызывать гибель бактерий того же вида или близких видов. Бактериоцины обнаружены у кишечной палочки (колицины), бактерий чумы (пестицины), холерных вибрионов (вибриоцины), стафилококков (стафилоцины). Известно более 200 различных бактериоцинов.

Роль этих продуктов связана с формированием микробных сообществ (напрмер, в кишечнике человека бактериоцины E. coli вызывают гибель патогенных энтеробактерий). Бактериоциногения более выражена у Гр- микроорганизмов, но распространена и у Гр+ бактерий.

Способность к синтезу бактериоцинов используют в эпидемиологических исследованиях, выявляя тип колицина, вырабатываемого патогенным видом (колицинотипирование), либо тип плазмиды (колициногенотипирование).

Плазмиды биодеградации - данные плазмиды несут информацию об утилизации некоторых органических соединений, которые бактерии используют в качестве источников углевода и энергии. Они могут играть важную роль в экологии патогенных бактерий, обеспечивая им селективные преимущества во время пребывания в объектах окружающей среды и в организме человека. Например, урологические штаммы кишечных палочек содержат плазмиду гидролизации мочевины.

Плазмиды патогенности - контролируют вирулентные свойства многих видов, особенно энтеробактерий. В частности F-,R-,Col-плазмиды в интегрированном состоянии включают tox⁺ транспозоны, кодирующие токсинообразование. Нередко tox⁺ транспозоны кодируют синтез интактных протоксинов (например, дифтерийного или ботулинического), активируемых клеточными протеазами, образование которых контролируют гены бактериальных хромосом.