24. Генотипова мінливість. Мутації, їх різновиди. Мутагени фізичні, хімічні, біологічні. Генетичні рекомбінації : трансформація, трансдукція, кон’югація.

Спадкова (генотипова) мінливість у бактерій настає в результаті зміни генетичних структур.

Закон гомологічних рядів спадкової мінливості сформулював видатний російський генетик і селекціонер М.І. Вавилов. За цим законом, генетично близькі види і роди характеризуються подібними рядами спадкової мінливості з такою правильністю, що, вивчивши ряд форм у межах одного виду або роду, можна передбачити наявність форм із подібним поєднанням ознак у межах близьких видів або родів. Генетичною основою цього закону є те, що ступінь історичної спорідненості організмів прямо пропорційний кількості їхніх спільних генів.

Спадкова мінливість може бути комбінативною і мутаційною.

Комбінативна мінливість пов'язана із виникненням різних комбінацій алельних генів (рекомбінацій).

Трнсформація – передача генетичного матеріалу від донора реципієнту за допомогою ізольованої ДНК

Трнсдукція – перенесення бактеріофагом генетичного матеріалу від бактерії-донора до бактерії-реципієнта.

Трансдукція: неспецифічна (можливе перенесення будь-якого маркера або кількох маркерів) і абортивна (внесений фагом фрагмент нуклеоїду не включається в нуклеоїд реципієнта)

Конюгація – передача генетичного матеріалу від однієї клітини іншії безпосереднім контактом (редукований статевий процес)

Мутації – стійкі спадкові зміни (морфологічні, культуральні, біохімічні) властивостей мікроорганізму, не пов’язані з рекомбінаційним процесом.

Мутації: нуклеоїдні (спадкові зміни відбуваються в нуклеоїді) і цитоплазматичні (виникають у ДНК цитоплазми); великі (випадання великої ділянки гена) і малі.

Біологічні мутагени: бактерії, а також гельмінти, актиноміцети, рослинні екстракти, живі вакцини, продукти окислення ліпідів.Мутагенну активність вірусів відкрито генетиком Шапіро

Фізичними мутагенами називаються будь-які фізичні дії на живі організми, які виявляють або прямий вплив на ДНК або вірусну РНК, або опосередкований вплив через системи реплікації, репарації, рекомбінації

Пр: іонізуюче випромінювання, радіоактивний розпад, ультрафіолетове випромінювання, альфа-і бета-випромінювання радіоактивних речовин і нейтронне випромінювання.

Хімічні мутагени: різні алкілуючі з'єднання, деякі антибіотики, деякі харчові добавки, лікарські препарати, продукти переробки нафти й органічні розчинники.

25.Позахромосомні фактори спадковості бактерій. Плазміди, їх основні генетичні функції. Мігруючі елементи. Роль мутації, рекомбінації і селекції в еволюції мікробів.

До позахромосомних факторів спадковості відносять плазміди, транспонози та IS-елементи.

1.Плазміди- незалежні генетичні елементи, що містять додаткові гени.Є незалежними репліконами, їх ДНК замкнена у кільце.Не об'єднані з бактеріальною хромосомою.При поділі бактерії розділяються між дочірніми клітинами випадково.

Ф-ції плазмід:регулюють власну реплікацію та кількість утворюваних копій,виконують ряд інших функцій: стійкість до антибіотиків даної бактерійної популяції(R-плазміди), несуть гени вірулентності або токсинів(Ent-плазміди), детермінують синтез гемолізину і обумовлюють вірулентність деяких бактервй(Hly-плазміди, несуть гени синтезу білків, спрямованих проти інших бактерій(Col-плазміди), зумовлюють наявність у бактерій F-пілів та їх здатність обмінюватись генетичним матеріалом шляхом кон'югації(F-плазміди).

Будова:складаються з модулів:основного реплікону і генів,які забезпечують перебіг реплікації.

2.Транспозони(мігруючі елементи): мобільні елементи ДНК, які пересуваються всередині хромосоми або в позахромосомну ДНК але в межах однієї клітини.Деякі,можуть переміщатися в інші клітини в процесі,що схожують на кон'югацію.

Ф-ції: впливають на геном хазяїна, оскільки вбудовуються всередину генів або у близько прилеглі ділянки, порушуючи генну структуру чи підпорядковуючи експресію цих генів новим регуляторним елементам.Викликають багато хромосомних мутацій.

Мутація-раптова стрибкоподібна зміна генотипу в організмі, що передається спадково, внаслідок чого виникають організми-мутанти. Доля мутантних організмів залежить від ступеня збереження їх життєздатності. Мутації у мо пов'язані з набуттям лікарської стійкості, надають їм селективних переваг в умовах повсюдного застосування антибіотиків та інших хіміопрепаратів.

Рекомбінації:

-трансформація-явище передачі генетичної інформації бактерії-реципієнта за допомогою ізольованої дезоксирибонуклеїнової кислоти бактерії-донора.Спричинює появу у трансформрваної клітини та її потомства нових ознак,характериних для донорської клітини.

-трансдукція-перенесення спадкового матеріалу від клітини-донора до клітини- реціпієнта за допомогою помірного бактеріофага.Якщо ДНК донора не включається в хромосому реціпієнта, то при поділі клітин така ДНК передається тільки одній дочірній клітині(абортивна трансдукція),а якщо ДНК донора включається у зромосому реціпієнта-всім дочірнім клітинам.

-кон'югація-передача хромосомного матеріалу клітини-донора клітині-реципієнту в процесі прямого контакту.

26. Значення генетики у розвитку загальної і медичної мікробіології, вірусології, молекулярної біології. Мікробіологічні основи генної інженерії. Схема одержання генних структур і спадково змінених організмів. Досягнення генної інженерії, використання генноінженених препаратів у медицині.

Генетичні феномени знайшли широке практичне застосування в різних галузях науки, техніки, медицини, фармацевтичної промисловості, біотехнології, сільського господарства.     Завдяки застосуванню генетичних методів, одержано високоактивні штами бактерій, грибів, актиноміцетів, дріжджів, які продукували у 200-1000 разів і більше амінокислот, органічних кислот, ферментів, вітамінів, кормового білка, порівняно з вихідними, а також вакцинні штами мікроорганізмів та вірусів. Використання різноманітних мутагенів (ультрафіолетове та радіоактивне опромінення, хімічні речовини) дозволило створити мутантний штам гриба Penicillium chryzogenum, який у дикому стані продукував 100 од/мл пеніциліну, а після направленої селекції - 10000 од/мл.     Встановлено, що деякі мікроорганізми, наприклад, Fuzarium monilifore, синтезують біологічно активні субстанції типу фітогормонів, гіберелінів, біоінсектицидів та інших, які є ефективними стимуляторами росту й розвитку вищих рослин. Генетичні підходи дозволили проводити цілеспрямований селекційний процес для одержання продуцентів цих речовин.    Суттєвий вклад вносить генетика у зменшення забруднення довкілля: очистка стічних вод, переробка відходів і побічних продуктів сільськогосподарського виробництва та промисловості, запропонувавши спеціально селекціоновані з цією метою мікроорганізми.     Стрімкий розвиток біологічної науки яскраво проявився у становленні генної та клітинної інженерії - сукупності експериментальних методів, за допомогою яких переносять гени від одного організму до іншого. Вона народилась у 1972 р., коли американським дослідникам П. Бергу, Г. Бойеру, С. Коену вдалось одержати гібрид вірусу мавпи SV-40 і бактеріофага .      Ще донедавна можливість конструювання живих організмів із заданими властивостями здавалась недосяжною. Для здійснення цього фантастичного експерименту необхідно одержати відповідний ген, приєднати його до спеціального вектора - провідника, щоб не бути знищеним клітинними ферментами, ввести в іншу клітину і заставити там працювати. Для всіх цих операцій необхідна участь спеціальних ферментів (їх відомо вже декілька сотен), які здатні розрізати донорську ДНК і ДНК вектора в певних ділянках на окремі фрагменти. Інші ферменти необхідні для приєднання відповідних генів до ДНК. Для розшифровування будови генів використовують методи біохімічного синтезу за участю ферментів ревертаз. Як вектори використовують бактеріальні плазміди, бактеріофаги, деякі віруси. Вони здатні реплікуватись у клітині-реципієнті і містять один або декілька маркерів, що дозволяють розпізнавати рекомбінантні клітини.     Про високу ефективність генно-інженерних методів одержання хімічно чистих біологічно активних речовин свідчить такий факт. Щоб одержати 5 мг соматотропіну, було використано мозок 500 000 овець протягом 5 років, в той час як аналогічну кількість гормону дають 9 л бульйонної суспензії кишкової палички.     Генна інженерія надала можливість одержати інсулін, простагландини, енкефаліни, інтерферон, інтерлейкіни, гормони, різноманітні ферменти, численні хімічно чисті вуглеводи - глюкозу, ксиліт тощо.     Медична наука стоїть на порозі розробки методів генної хірургії. Наприклад, у людини деколи зустрічається вроджена недостатність ферменту гіпоксантингуанінфосфорибозилтрансферази (ГГФРТ). У такому випадку вона схильна до подагри, часто спостерігається біль у суглобах, розвивається нирково-кам’яна хвороба. Експерименти на тваринах переконливо довели, якщо вмонтувати ген, відповідальний за синтез цього ферменту, в ретровірус і ввести його у спинний мозок білих мишей, вони починають синтезувати ГГФРТ. Клонований з макрофагів людини ген фактору некрозу пухлин у кишковій паличці при введенні її білим мишам із саркомами викликає їх руйнування.     Широкі перспективи відкриває генна інженерія на шляху створення високоефективних засобів специфічної профілактики інфекційних захворювань. Введення в геном кишкових паличок, вірусів вісповакцини, дріжджів деяких генів вірусів гепатиту В, ящура дозволили розробити субодиничні вакцини.     Таким чином, мікробіологічна наука дозволяє створити струнку систему взаємопов’язаних галузей біотехнології, які мають унікальну перевагу - вони засновані на функціонуванні природних систем, які підпорядковуються інтересам людини.