Различают вирулентные и умеренные фаги.

Вирулентные бактериофаги имеют непрерывный цикл репродукции. Через 30 минут от момента инфицирования в бактериальной клетке образуется около 100 вирусных частиц, происходит лизис клетки и фаговое потомство выходит в окружающую среду.

Умеренные бактериофаги способны встраивать (интегрировать) ДНК в геном бактериальной клетки и существовать в форме профага неопределенно долго, не проявляя активности (интегративная форма инфекции). В результате делений все потомство инфицированной клетки несет в своем геноме профаг. Явление встраивания фаговой ДНК в бактериальный геном называется лизогенией, а зараженная умеренным фагом бактериальная культура называется лизогенной культурой. Под влиянием физических (ультрафиолетовое облучение) или химических факторов может происходить активация умеренного фага. Активация сопровождается лизисом бактериальной клетки и выходом фагового потомства в окружающую среду. Умеренные фаги в своем геноме могут содержать гены сильных экзотоксинов, поэтому инфицированная такими фагами бактериальная клетка приобретает способность синтезировать токсин и становится патогенной (дифтерийная палочка). Появление у бактерий новых признаков в результате инфицирования умеренным фагом называется лизогенной (фаговой) конверсией.

Практическое применение бактериофагов.

Лечение и профилактика - дизентерийные, сальмонеллезные, стафилококковые, коли-протейные, холерные бактериофаги.

Эпидемиология с целью выявления источника инфекции. Бактериофагам свойственна строгая видовая специфичность (инфицируют бактерии только определенного вида) и штаммовая специфичность, (инфицируют только определенные штаммы (фаговары) бактерий внутри вида). Поэтому выявление бактериофагов в водоемах или продуктах питания позволяет оценить наличие патогенных бактерий, а принадлежность выделенного штамма бактерий к тому или иному фаготипу источник инфекции.

Изменчивость микроорганизмов

Гене́тика (от греч. γενητως — происходящий от кого-то) — наука о законах и механизмах наследственности и изменчивости

Насле́дственность — способность организмов передавать свои признаки и особенности развития потомству. Благодаря этой способности все живые существа (растения, грибы, или бактерии) сохраняют в своих потомках характерные черты вида. Такая преемственность наследственных свойств обеспечивается передачей их генетической информации. Носителями наследственной информации у организмов являются гены.

Изменчивость — вариабельность (разнообразие) признаков среди представителей данного вида. Различают Наследственную (генотипическую) и ненаследственную (фенотипическую).

ГЕН (от греческого genos — род, происхождение), это элементарная единица наследственности, отвечающая за появление какого-либо признака. Геном сейчас называют участок молекулы ДНК, а у некоторых вирусов — РНК, выполняющий какую-нибудь определенную функцию. Ген предложил в 1909 г. датский ученый В. Иогансен.

Структурные гены- участок ДНК, кодирующий определенный белок, например какой-то фермент. Действительно, такие гены в хромосомах есть, их называют потому что они определяют структуру белка. У высших организмов мало, а вот у вирусов не менее 90% генов структурные. Регуляторные гены (их больше часть у высших организмов) «включают» и «выключают» структурные гены. Они управляют синтезом белков в клетке, и в конечном счете от их деятельности зависят функции клетки.

Генотип - называют совокупность всех генов, находящихся в хромосомах организма.

Генотип- носитель наследственной информации, передаваемой от поколения к поколению, его генетической программы, на основании которой в конкретных условиях среды развивается весь комплекс признаков, характеризующий организм, — его фенотип. Набор генов в гаплоидной клетке организма часто называют геномом; считается, что не все части генома необходимы для построения данного фенотипа.

Фенотип (от греческого слова phaino — являю, обнаруживаю) — совокупность всех признаков и свойств организма, сформировавшихся в процессе его индивидуального развития. Фенотип складывается в результате взаимодействия наследственных свойств организма-генотипа и условий среды обитания

У бактерий различают два вида изменчивости – фенотипическую и генотипическую.

Фенотипическая изменчивость – модификации – не затрагивает генотип. Модификации затрагивают большинство особей в популяции. Они не передаются по наследству и с течением времени затухают, т. е. возвращаются к исходному фенотипу.

Генотипическая изменчивость затрагивает генотип. В основе ее лежат мутации и рекомбинации.

Мутации - скачкообразные изменения наследственного признака. Могут быть спонтанные и индуцированные, генные (изменения одного гена) и хромосомные (изменения двух или более двух участков хромосомы).По локализации различают мутации: 1) генные (точечные); 2) хромосомные; 3) плазмидные. По происхождению мутации могут быть: 1) спонтанными (мутаген неизвестен); 2) индуцированными (мутаген неизвестен).

Рекомбинации - изменчивость, связанная с переносом генетической информации от одной бактерии (донора) другой (реципиенту). Генетические рекомбинации могут осуществляться путем трансформации, трансдукции или конъюгации.

1.Трансформация – непосредственный захват, поглощение и встраивание в свой геном бактерией реципиентом фрагментов ДНК погибших бактерий из питательной среды.

2.Трансдукция - перенос генетического материала от бактерии донора к бактерии реципиенту умеренными фагами.

3.Конъюгация - перенос генетического материала от донора реципиенту с помощью плазмид.

Плазмиды - внехромосомные молекулы ДНК наделяющие бактерии дополнительными полезными свойствами. Плазмиды могут встраиваться в хромосому бактерий - интегративные плазмиды или находиться в виде отдельной структуры в цитоплазме - автономные плазмидыРекомбинации – это обмен генетическим материалом между двумя особями с появлением рекомбинантных особей с измененным генотипом.

1. Организация наследственного материала бактерий

Наследственный аппарат бактерий представлен одной хромосомой, которая представляет собой молекулу ДНК (длина 1мм), она спирализована и свернута в кольцо. Это кольцо в одной точке прикреплено к цитоплазматической мембране. На бактериальной хромосоме располагаются отдельные гены.

Функциональными единицами генома бактерий, кроме хромосомных генов, являются:

1) IS-последовательности – это короткие фрагменты ДНК. Они не несут структурных (кодирующих белок) генов, а содержат только гены, ответственные за транспозицию (способность перемещаться по хромосоме и встраиваться в различные ее участки).

2) Транспозоны это более крупные молекулы ДНК. Помимо генов, ответственных за транспозицию, они содержат и структурный ген. Транспозоны способны перемещаться по хромосоме. Их положение сказывается на экспрессии генов. Транспозоны могут существовать и вне хромосомы (автономно), но неспособны к автономной репликации.

3) Плазмиды – дополнительный внехромосомный генетический материал. Представляет собой кольцевую, двунитевую молекулу ДНК, гены которой кодируют дополнительные свойства, придавая селективные преимущества клеткам. Плазмиды способны к автономной репликации, т. е. независимо от хромосомы или под слабым ее контролем. За счет автономной репликации плазмиды могут давать явление амплификации: одна и та же плазмида может находиться в нескольких копиях, тем самым усиливая проявление данного признака.

В зависимости от свойств признаков, которые кодируют плазмиды, различают:

1) R-плазмиды. Обеспечивают лекарственную устойчивость; могут содержать гены, ответственные за синтез ферментов, разрушающих лекарственные вещества, могут менять проницаемость мембран;

2) F-плазмиды. Кодируют пол у бактерий. Мужские клетки (F+) содержат F-плазмиду, женские (F—) – не содержат. Мужские клетки выступают в роли донора генетического материала при конъюгации, а женские – реципиента. Они отличаются поверхностным электрическим зарядом и поэтому притягиваются. От донора переходит сама F-плазмида, если она находится в автономном состоянии в клетке. F-плазмиды способны интегрировать в хромосому клетки и выходить из интегрированного состояния в автономное. При этом захватываются хромосомные гены, которые клетка может отдавать при конъюгации;

3) Col-плазмиды. Кодируют синтез бактериоцинов. Это бактерицидные вещества, действующие на близкородственные бактерии;

4) Tox-плазмиды. Кодируют выработку экзотоксинов;

5) Плазмиды биодеградации кодируют ферменты, с помощью которых бактерии могут утилизировать ксенобиотики- чужеродные для живых организмов химические вещества, естественно не входящих в биотический круговорот. Как правило это вешщества созданные человеком: пестициды, некоторые моющие средства (детергенты), радионуклиды, синтетические красители, полиароматические углеводороды и др.

В одной и той же клетке могут находиться разные плазмиды. Потеря клеткой плазмиды не приводит к ее гибели.

Генетическая инжене́рия (генная инженерия) — совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы.

Биотехноло́гия — наука об использования живых организмов, их систем или продуктов жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии.

Трансгенные растения — это те растения, которым «пересажены» гены других организмов.

Картофель, устойчивый к колорадскому жуку, был создан путём введения гена выделенного из генома почвенной тюрингской бациллы Bacillus thuringiensis, вырабатывающий белок Cry, представляющий собой протоксин, в кишечнике насекомых этот белок растворяется и активируется до истинного токсина, губительно действующего на личинок и имаго насекомых, у человека и других теплокровных животных подобная трансформация протоксина невозможна и соответственно этот белок для человека не токсичен и безопасен. Опрыскивание спорами Bacillus thuringiensis использовалось для защиты растений и до получения первого трансгенного растения, но с низкой эффективностью, продукция эндотоксина внутри тканей растения существенно повысило эффективность защиты, а также повысило экономическую эффективность ввиду того, что растение само начало продуцировать защитный белок. Путём трансформации растения картофеля при помощи Agrobacterium tumefaciens были получены растения, синтезирующие этот белок в мезофилле листа и других тканях растения и соответственно непоражаемые колорадским жуком.

Трансгенные животные чаще всего используются свиньи. Например, есть свиньи с человеческими генами — их вывели в качестве доноров человеческих органов.Японские генные инженеры ввели в геном свиней ген шпината, который производит фермент FAD2, способный преобразовывать жирные насыщенные кислоты в линолевую — ненасыщенную жирную кислоту. У модифицированных свиней на 1/5 больше ненасыщенных жирных кислот, чем у обычных.[1]

Зелёные светящиеся свиньи — трансгенные свиньи, выведенные группой исследователей из Национального университета Тайваня путём введения в ДНК эмбриона гена зелёного флуоресцентного белка, позаимствованного у флуоресцирующей медузы Aequorea victoria. Затем эмбрион был имплантирован в матку самки свиньи. Поросята светятся зелёным цветом в темноте и имеют зеленоватый оттенок кожи и глаз при дневном свете. Основная цель выведения таких свиней, по заявлениям исследователей, — возможность визуального наблюдения за развитием тканей при пересадке стволовых клеток.

Рекомбинантные вакцины получают путем клонирования генов, обеспечивающих синтез необходимых антигенов, введение этих генов в вирус-вектор, введение векторов в клетки продуценты (вирусы, бактерии, дрожжи и др.), культивирование клеток in vitro, отделение антигена и его очистка. Второй путь — применение клеток-продуцентов в качестве вакцины.

Рекомбинантная вакцина против гепатита В представляет собой антиген (подтип ayw) вируса гепатита 8 (HBsAg), выделенный из штамма-продуцента Saccharomyces cerevisiae, сорбированный на алюминия гидроксиде. 1 мл препарата содержит 20±5 мкг HBsAg.

Фаги могут применяться в качестве диагностических препаратов для установления рода и вида бактерий, выделенных в ходе бактериологического исследования. Однако чаще их применяют для лечения и профилактики некоторых инфекционных заболеваний.