Лекции по микробиологии / 3

Изменчивость и наследственность микроорганизмов.

Понятие о генетике микроорганизмов. Генетика микроорганизмов представляет собой учение об их изменчивости и наследственности.

Изменчивость признаков микроорганизмов – изменение морфологических признаков – влияние различных экзогенных и эндогенных факторов приводит к тому, что некоторые микробные клетки принимают форму шара, утолщенных нитей, колбообразных образований, ветвлений. Такое явление именуется гетероморфизмом и заключается в приспособлении бактерий к условиям существования.

Эти изменения происходят под действием солей, фагов, антибиотиков, излучений и др.

Все живые существа, включая микроорганизмы, при размножении передают своему потомству присущие им форму и биологические свойства. Это свойство называется наследственностью.

Генотип и фенотип.

Материальной основой наследственности, определяющей генетические свойства микроорганизмов, является ДНК. Фрагмент молекулы ДНК, контролирующий синтез одного белку, называется геном. В генах, которые находятся в хромосоме ядра клетки, закодирована генетическая информация о всех свойствах клетки: форме, структуре белков, их функции.

Полный набор генов, которыми обладает клетка, представляет ее генотип. Свойства микроорганизмов, представленные в тех или иных условиях, называются фенотипом.

Морфология бактерий может изменяться под действием физических и химических, биологических факторов(t^о, УФЛ, антибиотики, химические вещества).

При определенных условиях свойства микроорганизмов могут изменяться. Например, на плотной питательной среде при посеве чистой культуры образуется два основных типа: гладкие с ровными краями – S-формы и шероховатые R-формы, отличающиеся по другим свойствам. Такая изменчивость называется диссоциацией, подверженная влияниям антибиотикам, температуре и т.д.

Наследственная изменчивость возникает в результате действия внешней среды. Вновь приобретенные признаки исчезают после действия этого фактора. Структура гена не изменяется.

Наследственная изменчивость – обусловлена перестройкой генного аппарата. Она проявляется в виде мутаций и генетических рекомбинаций.

Половое размножение, или генетическая рекомбинация.

У бактерий наблюдается половое размножение, но в самой примитивной форме. Половое размножение бактерий отличается от полового размножения эукариот (зеленые растения, остальные водоросли, грибы, животные), тем, что у бактерий не образуются гаметы и не происходит слияние клеток. Однако главнейшее событие полового размножения, а именно обмен генетическим материалом, происходит и в этом случае. Этот процесс называется генетической рекомбинацией. Часть ДНК клетки-донора переносится в клетку-реципиент, ДНК которой генетически отличается от ДНК донора. При этом перенесенная ДНК замещает часть ДНК реципиента. В процессе замещения ДНК участвуют ферменты, расщепляющие и вновь соединяющие цепи ДНК.

При этом образуется ДНК, которая содержит гены обеих родительских клеток. Такую ДНК называют рекомбинантной.

У потомства, или рекомбинантов, наблюдается заметное разнообразие признаков, вызванное смешением генов. Такое разнообразие признаков очень важно для эволюции и является главным преимуществом полового размножения.

Известно три способа получения рекомбинантов. Это – в порядке их открытия –

• трансформация,

• конъюгация,

• трансдукция.

При трансформации клетки донора и реципиента не контактируют друг с другом. Этот процесс открыл в 1928г Гриффит.

При трансформации из клетки-донора выходит небольшой фрагмент ДНК, который активно поглощается клеткой-реципиентом и включается в состав ее ДНК, замещая в ней похожий, хотя и не обязательно идентичный фрагмент.

Трансформация наблюдается лишь у немногих бактерий. Например, у пневмококков.

Конъюгация – это перенос ДНК между клетками, непосредственно контактирующими друг с другом. В отличии от трансформации и трнсдукции при этом может обмениваться значительная часть донорской ДНК.

Донорская способность клеток определяется генами, находящимися в небольшой кольцевой молекуле ДНК, которую назвали половым фактором или F(Fertility - плодовитость) – фактором. Это своеобразная плазмида, кодирующая белок специфических пилей, называемых F-пилями (половые пили). F-пили облегчают контакт клеток друг с другом.

Молекула ДНК состоит из 2^х цепей. При контакте одна из цепей двух цепочной ДНК F-фактора проникает через половую пилю из клетки донора (F⁺) в клетку реципиент (F^-).

Из рисунка видно, что в клетке-доноре сохраняется F-фактор, который реплицируется в ней, пока в клетке-реципиенте синтезируется ее собственная копия. Так постепенно вся популяция становится F-клетками.

Плазмиды или эписомы – это небольшие фрагменты ДНК, отличающиеся от основной ДНК. Не нужны для выживания клетки.

К эписомам относятся F- фактор и умеренные фаги.

При трансдукции небольшой двух цепочный фрагмент ДНК попадает из клетки-донора в клетку-реципиент вместе с бактериофагом.

Некоторые вирусы способны встраивать свою ДНК в ДНК бактерий. Такая встроенная ДНК реплицируется одновременно с ДНК хозяина и передается от одного поколения бактерий к другому.

Время от времени такая ДНК активируется и начинает кодировать образование новых вирусов.

ДНК бактерии разрывается, а высвобожденные фрагменты иногда захватываются внутрь новых вирусных частиц. Такие новые “вирусы” затем переносят ДНК в клетки других бактерий.