138.Микроорганизмдер генетикасы:плазмидалардың биологиялық қызметі,хромосомалардағы интеграция

Барлық ағзалар өздерінің ата – тектеріне ұқсас болады. Ал микроағзаларда осындай жалпы биологиялық заңдылыққа бағынады. Бұл әрине ұрпақтан сол ата-тектеріне тән ерекше құрылысымен қасиетін сақтау және оларды ұзақ уақыт бойына тұрақтандыру болып табылады, яғни басқаша айтқанда тұқым қуалаушылық.

Ағзаларда болатын эволюцияның басты факторлары: өзгергіштік бейімдеушілік (адаптация), тұқым қуалаушылық және тіршілік үшін күресте жеңіп шығу болып табылады.

Ағзаны қоршаған ортаның өзі өзгеріп құбылып тұтратындықтан, мұнда тіршілік ететін микроағзалар біраз бекіп, ұрпақтан – ұрпаққа біріліп отыруы үшін, орта жағдайлары да бір шама тұрақты болуы мүмкін. Мұның өзі микроағзалардың жаңа ортаға бейімделуін талап етеді. Л. Пастер өз еңбектеріне ағзаның тіршілік ортасын өзгерте отырып, ондағы пайдалы қасиеттерді ұзақ уақыт жоғалтпай, сақтап қалуға болатынын дәлелдеді. Қазіргі кезде микроағзалар жасушасының құрылысы біршама жақсы зерттелді. Оның тұқым қуалаушылық қасиеті жасушада болатын дезоксирибонуклеин қышқылына (ДНК) тікелей байланысты екені анықтайды. Ол жасушада сақина тәрізді көмкерілген жіпшелерден тұратыны да дәлелденеді. Бұл жіпшелерді бактериялар хромосомалары деп атайды. Хромосомдарда жеке бөлшектер болады. Оны ген деп атайды. Міне осы ген жасушадағы болып жатқан барлық процестерге жауапты және ол микроағзалардың тұқым қуалаушылығын анықтайды. Әрбір тұқым қуалашылық касиетті оның гені бақылайды. Ал гендердің жинағы – микроағзалар геномын құрайды.

Бактериялар ядросында ДНК мыңға жуық болады және олардың әрқайсысының ұзындығы түрліше болуы мүмкін. Жасушада болатын гендер тобын өзара байланыстырып ұстап тұру үшін, ДНК бір сызық бойымен, тізбектеле орналасуы керек. Мәселен бактериялар ДНК-сы молекуларының ұзындығы 56-58 микрон. Осындай ірілігіне қарамай ДНК молекуларының құрылысы қарапайым. Олар бұраста жасалған басқыш тәрізді, өз ара байланысқан екі тізбектен құралады. Осы тізбектің ішкі жағында – пурин және пиримидиннен құралған азотты негіздер болады. Ал шеттері фосфорлы – көміртегіндік қосылыстармен көмкерілген.

Генетикалық зерттеулер микроағзалардың нақты белгілері ферменттер көмегімен жасалатынын анықтады. Сонда әр ген ерекше ферменттің түзілуін анықтайды, яғни бір химиялық реакцияның, барысын бақылайды. Ал бұл реакцияны тиісті фермент атқарады.

Тұқым қуалаушылық белгі микроағзалардың бір ұрпағынан екінші ұрпаққа, әр клеткадағы нуклеитидтерде болатын гендер арқылы беріледі. Геннің ішіндегі белгі көрінісі ерекше ақуыз – фермент құрауға қолданады. Фермент - микроағзадағы бір бөлігінің химиялық негізін құрайды. Сайып келген де барлық тұқым қуалаушылық белгі биохимиялық процестердің ақырғы өнімі болып есептеледі.

Микроағзалар жасушасында гендердің толық жиынтығы болса, осы микроағзаның генотипі болып есептеледі. Ал жеке ағзада тұқым қуалаушылықтықтың морфологиялық белгілері мен физиологиялық процестері белгілі болса, ол фенотип деп аталады. Генотипі жөнінен бір-біріне өте жақын микробтардың фенотипі жағынан бір-бірінен айырмашылық модификация деп атайды. Сонда генотиптің сыртқы ортамен әрекетінен барып фенотиптегі айырмашылықтар пайда болуы мүмкін. Бірақ бұл айырмашылықтардың ерекшелігін ағзадағы генотип әрдайым бақылап отырады. Модификация құбылысы, оны туғызған ерекше сыртқы орта жағдайлары әрекет етіп тұрғанда ғана бөлінеді. Олар ұрпақтан – ұрпаққа берілмейді, яғни тұқым қуаламайды. Мәселен, жіпшелері бар бактерияларды фенолмен өңдегенде жіпшелер өспей қалады. Бірақ олардың ұрпағын фенолсыз қоректік ортада өсіргенде бұрынғысынша бірқалыпты жіпшелер пайда болған.

Қазіргі кезде микроағзалардың морфологиялық және физиологиялық белгілері солардың жасушасындағы ДНК-да орналасқан гендердің толық бақылауында болатыны анықталып отыр.

Микроағзалардың тұқым қуалаушылығындағы кенет өзгерісті – мутация деп атайды. Ол латынның Mytatio - өзгеріс деген сөзінен шыққан. Бұрын ғылымда ұрпақтан ұрпаққа берілетін тұқым қуалашылық өзгерістерінің барлығы дерлік мутацияға жатады деген пікір басым болды. Қазір мутацияға хромосомдар құрылысында және олардың химиялық құрамында болатын молекула дәрежедегі өзгерістерді жатқызады. Бұл өзгерістер морфологиялық қасиеттердің өзгеруіне, демек зат алмасуының қажетті бөлімінің өзгеруіне әкеліп соқтырады. Мұндай өзгерістер сәуле энергиясы (рентген, ультракульгін сәулелер) түрлі химиялық заттардың арқасында генетика тілмен айтқанда мутагендер жатады. Мәселен, ультракүлігін сәулемен әсер ету арқылы пенициллум саңырауқұлағының жаңа формасы алынды. Олар бастапқы формаға қарағанда пенициллинді мың есе артық түзеді. Сол сияқты ренген және басқа да күшті сәулелермен әсер етіп, мукор, ашытқыш саңырауқұлақтардың (ашытқылар), азотобактердің тұқым қуалаушылық қасиетіне берілетін және ол қасиеттер біржолата бекінген жаңа топтары алынды. 1963 жылы тек Жапонияның өзенінде ғана микробиологиялық жолмен 48000 тонна кристалл күйіндегі глютанин қышқылы өндірілді. Жалпы бақылауға көнетін химиялық немесе физикалық агенттердің көмегімен жүзеге асырылатын мутацияларды индукциялық мутация деп атайды. Алғаш рет 1825 жылы Г.А. Надсон мен Г.С.Филиппов ашытқылардың осындай мутантын алды.

Диссосация барысында микроағзаларды қатты қоректік ортада өсіргенде морфологиялық жағынан бір – бірінен айырмашылығы бар екі типті колония түзіледі.

1 S- типті (ағылшынша smoth – тегіс) – мөлдір, ептеп шырышталған, ығалды және жиектері тегіс дөнгелек колониялар.

2 R-типті (ағылшынша Rough – қыртысты) – құрғақтау, пішіні және шеттері тегіс емес, қатпарлы колониялар).

Диссоциация бактериялардың қолайсыз орта жағдайларына байланысты беретін жауабы деп түсіндіріліп жүр. Бұған орта қышқылдығы, температура, радиациялық әсерлер, мутагендік заттар әсері және т.б. жатады. Мәселен аэробты бактерияларды ет-пептонды сорпада өсіргенде, оның бет жағындағы бактериялар аса қолайлы жағдайда болса, түбіндегілріне қолайсыз. Өзгергіштіктің мутациядан басқа да түрлері бар. Оған адаптация, яғни жаңа жағдайда микроағзалардың бейімделуі жатады. Бұл өзгерістер бейімделеушілікті қамтамасыз етіп қана қоймайды. Ал осы өзгерістерді туғызған жаңа жағдайлар микроағзалардың тіршілігі үшін ең қажетті факторға айналады. Бұған ауруларды емдеуге қолданылып жүрген антибиотиктерге төзімді микробтар тобының болуы айқын мысал бола алады.

Бактериалды геномның өзгерісі мутациялар нәтижесінде өтеді. Мутация – тұқымқуалау барсында ДНК молекуласындағы нуклеотидтердің орналасуындағы жүретін өзгеріс. Өзгерістердің негізіне репликация кезінде тұқымқуалаушылық хабарды көшіру барысында болатын қателіктер жатады. Фенотиптік мутациялар – бактерия жасушасы морфологиясының өзгерісі, өсу факторларына қажеттіліктердің пайда болуы (ауксотрофтылық), антибиотиктерге төзімділік қасиеттерінің пайда болуы, температураға төзімділігінің өзгеруі, вируленттіліктің төмендеуі. Бактериалардағы мутация бағытталмаған сипатта болады. Мутациялар спонтанды, яғни өздігінен туындауы мүмкін, және индуцияланған болады.

Спонтанды мутациялар – ДНК молекуласы репликациясы нәтижесінде болған қателіктер нәтижесінде туындайды.

Индуциялы мутациялар – сыртқы орта факторларының, мутагендердің әсерінен туындайды.

Бактериялар плазмиді. Хромосомнан тысқары орналасқан тұқым қуалаушылық заттарды плазмидтер деп атайды. Оларды хромосомға тәуелді емес екі шынжырлы сақина тәрізді әртүрлі молекулярлық массасы бар репликондық, яғни тәуелсіз түрде репликацияға қабілеті бар ДНК молекулары бар. Сонымен қатар плазмидтер коньюгация кезінде генетикалық материалды (F - плазмидтер) тасымалдаушы, антибиотикьерге, сульфаниламид препаратына төзімді (R - плазмидтер), түрлі уларды синтездеуге қабілеті бар ( Ent – плазмидтер) ішек таяқшалары ішек ұлпаларына бекуге қажетті фимбрийларды түзеуге қатысады. Барлық белгілі плазмидтерді коньюгативті және коньюгативті емес деп ажыратады. Коньюгативті плазмидтер коньюгация кезінде меншікті ДНК-ны донор клеткадан, рецепиент клеткаға тасымалдайды. Ал коньюгативті емес терінде мұндай қасиет болмайды. Коньюгативті плазмидтің молекулярлық массасы 26-дан 75-10⁶ дейтін болса, коньюгатвті еместігі –10 × 10⁶ артық емес. Кейбір плазмидтер, мәселен, плазмид бактериялар жасушасында хромосомға тәуелсіз өз алдына тіршілік ете алады. Бір-біріне туыстас плазмидтер бір бактерия жасушасында тіршілік ете алмайды. Бұлардың осы қасиеті систематикалау кезінде қолданылады.

Плазмидтер бактерияларда кеңінен тараған. Оларды сыртқы ортада және иесінің ағзасында бактериялардың тіршілікке қабілеттілігін арттырушы деп қарастырады.