МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образовании

«Вятский государственный университет»

Биологический факультет Кафедра микробиологии

Е.А. Болтачева

Курс лекций по генетике микроорганизмов

Для студентов, обучающихся по направлению 020400 «Биология»

КИРОВ – 2014

УДК

ББК

Рекомендовано к изданию методическим советом биологического факультета ФГБОУ ВПО «ВятГУ»

Допущено редакционно-издательской комиссией методического совета ФГБОУ ВПО «ВятГУ» в качестве учебного пособия для студентов направления подготовки 020400 «Биология», бакалавриат, профиль подготовки «Микробиология»

Рецензенты:

Ботачева Е. А.

Курс лекций по генетике микроорганизмов: учебное пособие для студентов направления 020400 «Биология», бакалавриат, профиль подготовки “Микробиология” / Е.А.Болтачева. – Киров: ПРИП ФГБОУ ВПО «ВятГУ», 2014. – 60 с.

В издании излагаются основы генетики микроорганизмов в виде курса лекций. Курс формирует у обучающегося целостное представление о современной генетике вирусов и бактерий. Формирует представления о генетической детерминированности основных законов наследственности и изменчивости микроорганизмов, особенности структуры генома прокариот, способах передачи генетической информации, характеристиках мобильных генетических элементов и внехромосомных факторов наследственности прокариот, механизмах гибридизации бактерий (конъюгация, трансдукция, трансформация), а также прикладных аспектах (методах генетического конструирования микроорганизмов для использования их в качестве промышленных штаммов-продуцентов).

© ФГБОУ ВПО «ВятГУ» 2014

ISBN

Оглавление

1. Введение. Организация генома вирусов и фагов 4

3. Бактериальные плазмиды 22

4. Механизмы гибридизации бактерий (трансформация, трансфекция) 29

5. Механизмы гибридизации бактерий (трансдукция) 36

6. Механизмы гибридизации бактерий (конъюгация) 43

7. Транспозирующиеся (мигрирующие) элементы прокариот 52

9. Вопросы для подготовки к экзамену по курсу «Генетика микроорганизмов» 78

Лекция 1

1. Введение. Организация генома вирусов и фагов

Вопросы:

1. Введение. Предмет и задачи лекционного курса.

2. Структура генома вирусов и фагов.

3. Типы генетического материала и механизмы его репликации у различных вирусов.

4. Бактериофаги.

5. Типы взаимодействия вирусов с клеткой-хозяином.

6. Гибридизация вирусов

7. Значение вирусов для эволюции организмов

1 Введение

Объектом изучения генетики является ряд поколений, возникающих в процессе размножения организмов. Мир микроорганизмов, включающий микроскопические грибы и одноклеточные водоросли, бактерии и вирусы, представляет исключительный интерес. По строению клеток и способу размножения высшие животные и растения не столь резко отличаются друг от друга, как микроорганизмы. Благодаря этому изучение генетики микроорганизмов раскрыло такие явления, о существовании которых нельзя было, и подозревать при генетическом исследовании высших организмов.

Значение генетики микроорганизмов, однако, заключается не только в обнаружении новых генетических явлений, но и главным образом в ее тесной связи с рядом других областей биологии. Генетика микроорганизмов не просто взяла на вооружение идеи и методы многих наук - общей генетики, микробиологии, биохимии, биофизики, она вместе с тем внесла существенный вклад в их развитие.

Обратимся, прежде всего, к общей генетике. До середины 40-х годов микроорганизмы не были ее популярными объектами. Представления о гене, о природе мутаций и, особенно, о репродукции гена и его функции носили в основном абстрактный характер. Но благодаря достижениям генетики микроорганизмов в 50-60-е годы удалось выяснить материальную основу

явлений наследственности и изменчивости. Решающее значение в этом отношении имели работы по трансформации у бактерий, воспроизведению фаговых частиц, химическому мутагенезу у бактерий и вирусов и биохимическим мутациям у грибов и бактерий. Это явилось фундаментом современной генетики и обусловило дальнейшие открытия в тех ее областях, где преобладал еще описательный метод.

Чрезвычайно велик вклад генетики микроорганизмов в молекулярную биологию. Если в 40-50-х годах речь шла о частных вопросах молекулярной биологии, то уже в 60-е годы выяснилось, что без генетики микроорганизмов невозможно не только решение, но даже и сама постановка актуальных и перспективных для современной молекулярной биологии проблем.

Что же касается микробиологии, то благодаря генетике она получила возможность обнаружения таких явлений в жизненном цикле микроорганизмов, которые ранее ускользали от внимания наблюдателей. Это, к примеру, открытия полового процесса и плазмид у бактерий, парасексуального процесса у несовершенных грибов, давшие ключ к пониманию эволюции микроорганизмов, их систематики, к решению ряда проблем в изучении популяций микроорганизмов и эволюции способов размножения у живых существ.

Открытие гибридизации вирусов - тоже весомый вклад генетики в вирусологию. Исследования, начатые на бактериофаге, в дальнейшем были перенесены на вирусы животных. Оказалось, что вирусы (например, вирус гриппа) обладают способностью к гибридизации. Этот факт не только представляет большой теоретический интерес, но и имеет важное значение для практической медицинской вирусологии: он указывает на пути происхождения некоторых штаммов при вирусных инфекциях, что особенно актуально для совсем недавно проявивших себя возбудителей птичьего и свиного гриппов.

Итак, все сказанное приводит к выводу, что генетика микроорганизмов в настоящее время занимает в биологии одну из ключевых позиций. Ее успехи являются условием развития смежных наук.

Задача настоящего лекционного курса состоит в изложении особенностей структуры генома прокариот, способов передачи генетической информации, характеристик мобильных генетических элементов и внехромосомных факторов наследственности прокариот, а также методов генетического конструирования микроорганизмов для использования их в качестве промышленных штаммов-продуцентов.