24.Матеріальні основи спадковості мікроорганізмів. Генотип і фенотип. Види мінливості. Не спадкова мінливість.

Матеріальні основи спадковості мікроорганізмів представлені їхнім нуклеоїдом (молекулою ДНК) та позаядровими елементами, такими як плазміди. Виділяють два головні види мінливості — спадкову та неспадкову, де неспадкова (модифікаційна) змінює лише зовнішні прояви без впливу на саму ДНК

Матеріальні основи спадковості

• ДНК нуклеоїду: єдина кільцева хромосома, що містить основну генетичну інформацію.

• Плазміди: малі позахромосомні молекули ДНК, що дають додаткові властивості (наприклад, стійкість до ліків).

• Мобільні генетичні елементи: транспозони та інсерційні послідовності, які здатні переміщуватися всередині геному.

Генотип і фенотип

• Генотип: повний набір усіх генів мікроорганізму, його внутрішня спадкова програма.

• сукупність генів, представлена нуклеоїдом (хромосомою) даної особини

• Фенотип: сукупність усіх зовнішніх та внутрішніх ознак, які виявляються внаслідок взаємодії генотипу із середовищем.

Матеріальним носієм генетичної інформації в бактеріальних клітинах є кільцева молекула ДНК- бактеріальна хромосома. У прокаріот генетичний апарат називають нуклеоїдом,він не відокремлений від цитоплазми. Генетична інформація в бактеріальній хромосомі записана триплетним кодом, при якому послідовність з 3нуклеотидів відповідає певній амінокислоті.

Модифікаційна мінливість полягає у зміні різноманітних властивостей м/о під впливом факторів зовнішнього середовища,але вона не зачіпає генетичний апарат клітини,спадково не передається. Вона зумовлюється адаптаційними механізмами бактеріальної клітини, її здатністю призвичаюватись до умов довкілля за рахунок активації генів,які перебувають у «німому» стані.

Модифікаційні зміни нетривалі , характеризують ступінь пристосування бактерій до нових умов існування, вони є нормою реакції клітини, засвідчуючи потенційну здатність генотипу реагувати на змінені умови існування.

Види мінливості

• Спадкова (генотипова): змінюється структура генетичного матеріалу, зміни передаються нащадкам. Поділяється на мутаційну та комбінативну.

• Неспадкова (модифікаційна / фенотипова): змінюється лише фенотип під дією умов навколишнього середовища, генотип залишається незмінним.

Неспадкова (модифікаційна) мінливість

• Причина виникнення: тимчасовий вплив фізичних, хімічних чи біологічних факторів середовища (температура, поживні речовини).

• Властивості: не зачіпає нуклеїнові кислоти, не передається наступним поколінням мікробів.

• Приклад: зміна інтенсивності утворення пігменту або набір ферментів залежно від наявності певного цукру в середовищі (адаптивне утворення ферментів).

25.Спадкова мінливість. Мутації, їх різновиди. Мутагени фізичні, хімічні, біологічні. Генетичні рекомбінації: трансформація. Трансдукція, кон'югація

Спадкова (генотипова) мінливість — це зміна ознак організму внаслідок зміни самого генотипу, яка поділяється на мутаційну та комбінативну. Основними її складовими є мутації, мутагени та генетичні рекомбінації. Зміни такого типу передаються нащадкам і слугують матеріалом для еволюції

Мутації та їх різновиди

Мутації — це раптові й стійкі зміни генетичного апарату, що виникають під дією факторів середовища

Генні (точкові): Зміна порядку нуклеотидів усередині окремого гена (наприклад, серпоподібно-клітинна анемія).

• Хромосомні: Перебудова самих хромосом — розриви, втрати ділянок, подвоєння або поворот на 180 градусів.

• Геномні: Зміна загальної кількості хромосом — поява зайвих або втрата цілих наборів (наприклад, синдром Дауна).

Мутагени

Мутагени — це чинники, які здатні викликати появу мутацій.

• Фізичні: Радіоактивне випромінювання, рентген, ультрафіолет, висока температура.

• Хімічні: Солі важких металів, бензол, пестициди, деякі лікарські препарати, нітрати.

• Біологічні: Віруси, бактеріальні токсини, продукти обміну речовин інших організмів.

Генетичні рекомбінації у мікроорганізмів

Рекомбінації — це перерозподіл генетичного матеріалу, що створює нові комбінації генів без появи нових мутацій.

• Трансформація: Поглинання клітиною вільної голої ДНК із зовнішнього середовища та вбудовування її у власний геном.

• Трансдукція: Перенесення частини генетичного матеріалу від однієї бактерії до іншої за допомогою бактеріофага (вірусу).

• Кон'югація: Прямий контакт двох бактеріальних клітин, під час якого через спеціальний місток передається копія плазміди або частини хромосоми.

Трансформація — це передача генетичного матеріалу від донора до реципієнта за допомогою ізольованої ДНК. Бактеріальні клітини, що здатні трансформуватися, називаються компетентними. Розрізняють наступні фази трансформації:

1.Адсорбція ДНК-фрагмснту.

2.Сприйняття бактеріями-реципіснтами фрагмента двониткової ДНК клігини-донора.

3.Екліпс-фаза (одна нитка ДНК руйнується, друга нитка приймає участь в наступних стадіях).

4.Інтеграція (включення) трансформуючої ДНК у хромосому до­нора.

5.Експресія (прояв) дії генів при розмноженні трансформованого клону клітин.

Таким чином, при трансформації відбувається заміна однієї гене­тичної ділянки іншою, внаслідок чого бактерія набуває нових власти­востей: стійкості до антибіотиків, синтезу ферментів, утворення кап­сульного полісахариду тощо.

Трансдукція — перенесення генетичного матеріалу від клітини-донора до клітини-реципієнта за допомогою помірного бак­теріофага. Механізм передачі аналогічний передачі вірулентних фагів. Форми трансдукції:

1. Генералізована форма (неспецифічна) відбувається тоді, ко­ли фаг інтегрується в будь-якій ділянці матеріалу бактерії.

2.Специфічна форма (локалізонана), коли ген, що переносить­ся, локалізується на хромосомі бактерії реципієнта поряд з фагом (дефектні фаги).

3.Абортвна форма — коли не відбувається включення гене­тичного матеріалу в бактеріальну хромосому.

Кон'югація — передача генетичного матеріалу від одної клітини до іншої при безпосередньому контакті, таку взаємодію роз­глядають як варіант статевого процесу. Необхідною умовою кон'югації є наявність у донора специфічного фактору плодючості (фер­тильності) — F-плазміди, або F-фактора, який міститься в чоловічій клітині. Кон'югація здійснюється з участю спеціальних структур — F-пілей, що розміщені на поверхні F+ клітин. При кон'югації відбу­вається тільки частковий перенос генетичного матеріалу, тому її не слід ототожнювати повністю із статевим процесом у інших орга­нізмів.

Класифікація

1.За проявом

а) морфологічні (-зміна забарвлення)(-характер колонії бактерій)

б) фізіологічні (-мутації стійкості,після яких м/о набуває здатності, наприклад, переносити токсичні концентрації речовин,які пригнічують ріст диких штамів)

в) біохімічні(-прояви ауксотрофності(неможливість синтезу певної органічної сполуки,що потрібна м/о)

-прояви прототрофності(синтез усіх необхідних речовин)

2. За походженням

а) спонтанні

-без втручання експериментатора

-при дії якихось невстановлених навколишніх факторів

б) індуковані- при дії встановлених мутагенних факторів

3. За локалізацією

а) нуклеоїдні- в нуклеоїді клітини

б) цитоплазматичні- в позахромосомних елементах спадковості-плазмідах

4. За кількістю генів

а) генні

б) хромосомні

5. За величиною

Малі (точкові)

Великі (хромосомні)

Інверсія- фрагмент ДНК в молекулі перевертається на 180*

Делеція-випадіння частини хромосоми

Інерція-вставка фрагментів ДНК

Дуплікація-подвоєння ділянки хромосоми

Делеція-випадіння частини хромосоми

Дислокація-зміна локалізації ділянки ДНК