Функции tra-оперона
детерминирует образование конъюгативных пилей
моблизирует на перенос
саму конъюгативную плазмиду (F+)
другую, неконъюгативную, плазмиду
участок нуклеоида
R-плазмиды. Известно большое количество R-плазмид, определяющих устойчивость бактерий к лекарственным препаратам. Передача R-плазмид привела к их широкому распространению среди бактерий и значительно осложнило химиотерапию инфекционных заболеваний.
Состав R-плазмид
r-оперон(-ы) + tra-оперон
r-оперон(-ы)
Пути передачи
при трансдукции (грамположительные бактерии)
при конъюгации (грамотрицательные бактерии)
Состав r-оперона
гены, детерминирующие синтез ферментов
инактивирующие антибиотик
модифицирующий антибиотик
снижающие проницаемость клеточной стенки бактериальной клетки к антибиотику
может содержать
транспозон
IS-последовательность
Бактериоциногенные плазмиды (на примере Col-плазмиды E.coli)
плазмиды, детерминирующие синтез колицинов (антибиотикоподобных веществ)
состав
гены, детерминирующие синтез колицина
tra-оперон
особенности
редко интегрируют в нуклеоид
обычно репрессированы
при их дерепрессии бактериальная клетка синтезирует колицины и погибает (потенциально летальная плазмида)
биологическое значение
«разрежение» бактериальной популяции при истощении питательной среды
медицинское значение
участвуют в нормализации естественного микробиоценоза кишечника
Свойства бактериоцинов
Представляют собой вещества белковой природы и функционируют как антибиотики с узким спектром действия.
Вызывают гибель клетки не нарушая ее целостности.
Ингибируют синтез ДНК, РНК и белка.
Обладают свойствами эндодезоксирибонуклеаз.
Обладают летальным признаком – после выделения бактериоцина бактериальная клетка может погибнуть.
Клетка, выделяющая бактериоцины, устойчива к действию гомологичных бактериоцинов извне.
Практическое значение бактериоциногении:
Бактериоциногения обеспечивает один из видов антагонистических взаимоотношений. Бактериоциногения у нормальной микрофлоры – это фактор, обеспечивающий устойчивость организма к инфекции, у патогенных микроорганизмов – это фактор их патогенности.
Бактериоциногения – это эпидемиологическая метка микроорганизма, являясь наследственным признаком, т.е. определенный штамм бактерий выделяет бактериоцины соответствующего типа.
Из живых колициногенных штаммов E. coli М17 готовят лечебный препарат – колибактерин.
ИЗМЕНЧИВОСТЬ БАКТЕРИЙ
Может быть ненаследуемой (модификационной) и генотипической (мутации, рекомбинации).
Модификации - временные, наследственно не закрепленные изменения, возникающие как адаптивные реакции бактерий на изменения окружающей среды. Модификации находятся под контролем генома, но не сопровождаются изменениями первичной структуры ДНК и вскоре утрачиваются. Модификации проявляются в изменении морфологических, биохимических и ряда других признаков.
Биохимическую основу модификации составляет индуцибельный синтез ферментов. Так, например, кишечная палочка только в присутствии лактозы синтезирует ферменты, необходимые для ее расщепления.
Лактозный оперон состоит из трех линейно расположенных структурных генов, деятельность которых контролируется геном-регулятором.
Структурные гены детерминируют образование трех катаболических ферментов: бета-галактозидазы, трансацетилазы и пермеазы. Работа структурных генов зависит от гена-регулятора и наличия в среде лактозы. Ген-регулятор контролирует образование белка-репрессора. Белок-репрессор при отсутствии лактозы связывается с оператором и блокирует транскрипцию. Поступая в клетку, лактоза связывается с белком-репрессором, в результате освобождается оператор и включается синтез катаболических ферментов на структурных генах.
После полной утилизации лактозы белок-репрессор освобождается и вновь связывается с оператором, блокирует процесс синтеза ферментов.
R-S-ДИССОЦИАЦИИ
R-S-диссоциация бактерий - это образования двух форм бактериальных клеток, которые отличаются друг от друга по характеру образуемых ими колоний на твердой питательной среде. Один тип — R-колонии (англ. rough — неровный) — характеризуется неровными краями и шероховатой поверхностью, второй тип — S колоний (англ. smooth— гладкий) - имеет круглую форму, гладкую поверхность.
Диссоциацию большинство ученых рассматривают как закономерную форму модификации, а некоторые относят ее к мутациям.
Процесс диссоциации обычно протекает в одном направлении: от S- к R-форме. Обратный переход R- в S-форму наблюдается реже. Для большинства вирулентных бактерий характерен рост в виде S-формы колоний.
В процессе диссоциации одновременно с изменением морфологии колоний меняются биохимические, антигенные, патогенные свойства бактерий, их устойчивость к физическим и химическим факторам внешней среды.
Биологическое значение S-R-диссоциации состоит в приобретении бактериями определенных селективных преимуществ. К ним относится более высокая устойчивость S-форм к фагоцитозу макрофагами, бактерицидному действию сыворотки крови. R-формы обладают большей устойчивостью к факторам окружающей среды. Они более длительное время сохраняются во внешней среде.
S-R-диссоциация во многих случаях усложняет бактериологическую диагностику инфекционных заболеваний.
Свойства бактерий из S- и R-колоний (слайд 19, 20)
S-колонии |
R-колонии |
Гладкие с ровными краями |
Шероховатые с изрезанными краями |
Диффузно-мутящий рост в МПБ |
Придонный рост в МПБ |
Обычно вирулентны |
Обычно не вирулентны, за исключением возбудителей туберкулеза, сибирской язвы, дифтерии, чумы |
У капсульных видов есть капсула |
Капсула отсутствует |
У подвижных видов есть жгутики |
Жгутики отсутствуют |
Чувствительны к фагу |
Мало чувствительны к фагу |
Биохимически более активны |
Биохимически менее активны |
Полноценны в антигенном отношении |
Неполноценны в антигенном отношении |
ГЕНОТИПИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ БАКТЕРИЙ
МУТАЦИИ
Мутации - это изменения в первичной структуре ДНК, которые выражаются в наследственно закрепленной утрате или изменении какого-либо признака.
КЛАССИФИКАЦИЯ МУТАЦИЙ
По характеру изменения генотипа
Генные (точечные)
Хромосомные
По характеру изменения фенотипа
Летальные
Морфологические
Физиологические
Биохимические
По происхождению
Спонтанные
Индуцированные
По степени отклонения от нормального фенотипа
Гипоморфные
Аморфные
Антиморфные
Неоморфные
Гиперморфные
По локализации в клетке
Ядерные
Цитоплазматические (мутации внеядерных генов)
По фенотипическим последствиям
Прямые
Обратные
Одновременно у бактерий имеются различные механизмы репарации мутаций, в том числе с использованием ферментов- эндонуклеаз, лигаз, ДНК- полимеразы.
Механизмы репарации
Прямая коррекция мутационных повреждений
Репарация за счет проверки ДНК-полимеразой
Фотореактивация
Репарация алкилирующих повреждений
Действие полинуклеотидлигазы
Механизмы репарации, связанные с вырезанием поврежденных участков и синтезом новой цепи ДНК
Темновая (эксцизионная) репарация
Репарация гликозилазами
Репарация неспаренных оснований
Пострепликативная (рекомбинационная) репарация
SOS-репарация
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ РЕКОМБИНАЦИИ
Трансформация - перенос генетического материала от одного организма к другому, где посредством генетической рекомбинации часть трансформирующей молекулы ДНК может обмениваться с частью хромосомной ДНК донора.
Трансформация бактерий — форма генетической изменчивости, при которой бактерия-реципиент поглощает из внешней среды трофическим путем фрагменты ДНК бактерии-донора. Это приводит к образованию рекомбинантных бактерий, обладающих некоторыми свойствами донорских клеток.
Впервые феномен трансформации был установлен Ф. Гриффитсом в 1928 г. на модели бескапсульного и капсульного пневмококков. Для проведения опыта использовали трех белых мышей. Первую мышь заражали живыми, бескапсульными (невирулентными) пневмококками. Второй мыши вводили убитую культуру капсульных (вирулентных) пневмококков; третьей мыши — смесь живых невирулентных пневмококков и убитых вирулентных пневмококков. В результате опыта в живых оставались первая и вторая мыши; погибала третья мышь, так как живые бескапсульные пневмококки поглощали фрагменты ДНК убитых капсульных и сами превращались в капсульные (вирулентные) пневмококки. Механизм такой трансформации оставался неясным в течение 16 лет. В 1944 г. О. Эйве-ри, К. Мак-Леод и М. Мак-Карти осуществили трансформацию бескапсульных пневмококков в капсульные in vitro. Они добавили к культуре бескапсульных пневмококков ДНК, выделенную из капсульных пневмококков, в результате чего бескапсульные превратились в капсульные и стали вирулентными для мышей. Опыт доказал, что носителем единиц наследственности (генов) является ДНК.
Процесс трансформации бактерий можно подразделить на несколько фаз:
1) адсорбция ДНК-донора на клетке-реципиенте;
2) проникновение ДНК внутрь клетки-реципиента;
3) соединение ДНК с гомологичным участком хромосомы реципиента с последующей рекомбинацией.
Эффективность трансформации зависит от степени гомологичности ДНК донора и реципиента. Чем выше гомологичность, тем эффективнее спаривание, и тем больше образуется рекомбинантных бактерий. Межвидовая трансформация происходит гораздо реже, чем внутривидовая.
Трансдукция - перенос генетического материала от клетки-донора к клетке-реципиенту с помощью умеренного бактериофага. Фаг переносит небольшой фрагмент ДНК бактерии-донора. В результате трансдукции бактерия-реципиент приобретает новые фенотипические признаки: ферментативные свойства, устойчивость к антибиотикам, вредным воздействиям окружающей среды, вирулентность и др. При выходе бактериофага из клетки, фрагмент донорской трансдуцированной ДНК остается в хромосоме клетки-реципиента, а следовательно, сохраняются и новые фенотипические признаки. Бактериофаг при трансдукции выполняет только транспортную функцию.