Meccanismi di trasferimento dell'informazione genetica, trasformazione, trasduzione, coniugazione. Ricombinazioni genetiche: trasduzione, trasformazione, coniugazione, trasposizione

ricombinazione nei procarioti. Trasformazione. Coniugazione. Trasduzione. Caratteristiche della costruzione di mappe genetiche nei procarioti.

ricombinazione genetica

Di conseguenza si osserva la variabilità genotipica dei procarioti ri combinazione materiale genet dovuto alla combinazione parziale dei genomi di due cellule e si manifesta nel fenotipo batterico. Trasformazione, trasduzione e coniugazione portano alla variabilità ricombinativa nel materiale genetico dei procarioti.

A differenza degli eucarioti, nei quali durante il processo sessuale si forma un vero e proprio zigote che unisce il materiale genetico di entrambi i genitori, nei procarioti, in tutti e tre i processi sopra menzionati, si verifica solo un trasferimento parziale del materiale genetico dalla cellula donatrice alla cellula donatrice. si osserva la cellula ricevente, che porta ad uno zigote -I difettoso - merozigoti. Pertanto, la cellula ricevente procariotica diventa parzialmente diploide, conservando principalmente il genotipo della cellula ricevente e acquisendo solo alcune proprietà della cellula donatrice.

La responsabilità della ricombinazione è portata da geni speciali della cellula ricevente, chiamati geni rec. Il meccanismo di ricombinazione include una serie di fasi successive:
1) rottura dei filamenti di DNA della cellula ricevente;
2) inserimento di frammenti di DNA introdotti dalla cellula donatrice nel genoma della cellula ricevente;
3) replicazione del DNA ricombinante, dando origine alla progenie di cellule con un genoma modificato.

La prova del suddetto meccanismo di ricombinazione è stata ottenuta sperimentalmente studiando il processo di coniugazione di Escherichia coli (E. coli) utilizzando cellule donatrici marcate con fosforo (P 32).

Trasformazione(dal latino - trasformazione) - un cambiamento nel genoma e nelle proprietà dei batteri come risultato del trasferimento di informazioni quando un frammento di DNA libero penetra dall'ambiente nella cellula. La trasformazione non richiede il contatto diretto tra la cellula donatrice e la cellula ricevente. La fonte della trasformazione del DNA può essere una coltura batterica appena uccisa o preparati puri di DNA da essa estratti.

Il fenomeno della trasformazione dei batteri fu osservato per la prima volta da F. Griffiths nel 1928. Scoprì che quando un pneumococco capsulare virulento di tipo S ucciso con pneumococco di tipo R non capsulare virulento vivo viene iniettato nel corpo dei topi, tutti gli animali muoiono. Allo stesso tempo, i pneumococchi capsulari virulenti di tipo S vengono isolati dal sangue di topi morti insieme ai pneumococchi di tipo R non capsulari. Griffiths non riuscì a spiegare il fenomeno della trasformazione. Solo nel 1944, O. Avery, K. McLeod e M. McCarthy isolarono la sostanza trasformante dalle cellule morte dei pneumococchi capsulari e dimostrarono che è il DNA sensibile alla DNA polimerasi.

Il processo di trasformazione avviene in diverse fasi:
1) adsorbimento del DNA in trasformazione sulla superficie di una cellula ricevente competente;
2) scissione enzimatica del DNA trasformante con formazione di frammenti di peso molecolare medio (4-5)·10 6 ;
3) penetrazione di frammenti di DNA nella cellula ricevente, accompagnata dalla degradazione di una delle catene di DNA e dalla formazione di frammenti a filamento singolo;
4) integrazione: inclusione di frammenti di DNA trasformante nel DNA della cellula ricevente mediante scambio genetico;
5) espressione - riproduzione intensiva di cellule trasformate, la cui prole avrà un gene modificato nella molecola del DNA.

Il frammento di DNA in trasformazione corrisponde solitamente allo 0,3% del cromosoma batterico, ovvero a circa 15 geni. Un frammento di DNA molto piccolo penetra nella cellula ricevente, provocando la trasformazione di un solo tratto e raramente di due. Trasformandosi da una cellula all'altra si possono trasferire caratteristiche batteriche come la resistenza ai farmaci, la capacità di sintetizzare polisaccaridi capsulari, enzimi, alcuni metaboliti, ecc. Durante la trasformazione non viene aggiunto un tratto ereditario qualitativamente nuovo, si osserva solo la sostituzione di un tratto con un altro.

trasduzione consiste nel trasferimento del materiale genetico dalla cellula donatrice alla cellula ricevente da parte di un batteriofago moderato. Il fenomeno della trasduzione fu scoperto nel 1952 da N. Zinder e J. Lederberg usando come esempio due ceppi di Salmonella.

Secondo il meccanismo di interazione con una cellula batterica, i fagi sono divisi in virulenti e temperati. I fagi virulenti, penetrando nella cellula, provocano la formazione di nuovi fagi e la lisi dei batteri. L'infezione delle cellule da parte dei fagi temperati non è sempre accompagnata da lisi batterica; alcuni di essi sopravvivono e diventano lisogenici. Nei batteri lisogeni, il DNA fagico viene incorporato nelle cellule del DNA e il fago temperato si trasforma in un profago, perdendo la capacità di lisare la cellula batterica. Il profago si comporta come una parte del cromosoma batterico e si riproduce al suo interno per numerose generazioni. Il rilascio di fagi temperati dalle cellule dei batteri lisogeni avviene spontaneamente o sotto l'azione di batteri lisogeni avviene spontaneamente o sotto l'azione di agenti indotti: raggi ultravioletti, radiazioni ionizzanti e mutageni chimici.

Durante la riproduzione di alcuni fagi temperati, un piccolo frammento del cromosoma batterico viene incorporato nel genoma fagico. Il fago trasduttore trasferisce il frammento di DNA dell'ospite precedente in una nuova cellula batterica ad esso sensibile. Pertanto, la cellula batterica ricevente diventa uno zigote parziale.

Si distinguono i batteri 3 tipi di trasduzione: specializzato, generale e abortivo.

Specializzato- Il genoma del fago comprende geni del DNA rigorosamente definiti del batterio donatore situati sul cromosoma batterico direttamente accanto al profago. I geni adiacenti al profago vengono scissi dal cromosoma del batterio e alcuni geni del profago rimangono nella sua composizione. I fagi trasduttori difettosi rilasciati dalla cellula donatrice causano la lisogenesi della cellula ricevente. Il DNA del fago difettoso viene incorporato nel cromosoma della cellula ricevente, portandovi i geni del batterio donatore.

Generale- differisce da quello speciale in quanto qualsiasi frammento di DNA del batterio donatore è incluso nel DNA dei fagi. Pertanto, nella trasduzione generale, i fagi trasduttori trasferiscono qualsiasi gene che controlla vari tratti dal cromosoma del batterio donatore alla cellula del batterio ricevente.

Abortivo - il frammento cromosomico della cellula donatrice, introdotto dal fago trasduttore nella cellula ricevente, non è incluso nel suo cromosoma, ma è localizzato nel citoplasma e, durante la divisione della cellula ricevente, viene trasferito ad una sola delle cellule risultanti .

La trasduzione nell'esperimento viene mostrata su batteri intestinali, Pseudomonas, stafilococchi, bacilli e attinomiceti. La trasduzione determina la comparsa di varietà batteriche con nuove proprietà, resistenza ai farmaci, sintesi di enzimi, amminoacidi, ecc.

Negli esperimenti di ingegneria genetica, la trasduzione apre non solo ampie opportunità per l'ibridazione interspecifica dei batteri, ma anche la possibilità di ottenere ibridi tra diversi gruppi di procarioti.

Coniugazione avviene con il contatto diretto delle cellule del batterio e prevede il trasferimento diretto del materiale genetico dalla cellula donatrice alla cellula ricevente. Il fenomeno della coniugazione fu descritto nel 1946 da J. Lederberg ed E. Tatum usando l'esempio del ceppo K 12 di E. coli.

La capacità dei batteri di coniugarsi è associata alla presenza del fattore F sessuale, che è uno dei plasmidi coniugativi. Le celle che portano il fattore F sono designate F + ; cellule prive del fattore F - F ¯ . Il fattore F (plasmide F) nelle cellule F + è solitamente in uno stato isolato dalla coltura batterica ed è una struttura citoplasmatica. Le cellule batteriche contenenti il ​​fattore F differiscono dalle altre cellule per una serie di proprietà: una carica superficiale alterata e la capacità di sintetizzare strutture superficiali aggiuntive dei pili F.

Il processo di coniugazione inizia con l'attacco dell'estremità F-pili della cellula donatrice alla cellula ricevente. Nel giro di pochi minuti, la cellula donatrice e la cellula ricevente si avvicinano, forse a causa della riduzione dei pili F, ed entrano in contatto diretto. Attraverso il ponte citoplasmatico attraverso il canale F-pili, in meno di 5 minuti, il fattore F sessuale viene trasferito, indipendentemente dal cromosoma batterico, dal citoplasma della cellula donatrice F + al citoplasma della cellula ricevente F ¯. Allo stesso tempo, la cellula donatrice non perde la sua capacità di donatore, poiché in essa rimangono copie del fattore F.

Nella popolazione delle cellule F+ esistono batteri capaci di coniugare non il fattore F, ma un frammento del cromosoma batterico. Queste cellule batteriche e i ceppi da esse formati vengono denominati Hfr (alta frequenza di ricombinazione), che significa batteri con un'alta frequenza di ricombinazione. Le ricombinazioni tra cellule Hfr e cellule F ¯ avvengono mille volte più spesso che tra cellule F + e F ¯. La differenza tra le cellule Hfr e le cellule F+ è che il fattore F sessuale è incluso nel cromosoma batterico. Durante la coniugazione, la replicazione del DNA avviene nella cellula donatrice di Hfr. In questo caso, una delle catene di DNA replicanti attraverso il ponte di coniugazione penetra nella cellula ricevente F ¯ , la seconda rimane nella cellula donatrice di Hfr, quindi ciascuna di queste catene si completa con un filamento complementare. Il ponte di coniugazione è fragile, si rompe facilmente, quindi non l'intero cromosoma, ma solo un frammento di esso, viene trasferito dalla cellula donatrice Hfr alla cellula ricevente F¯.

M/y del frammento cromosomico trasferito dalla cellula Hfr e dalla regione omologa del cromosoma della cellula F ¯ avviene uno scambio genetico. Di conseguenza, una parte del DNA del donatore viene inserita nel DNA del ricevente e la parte corrispondente del DNA del ricevente ne viene esclusa. L'efficienza di incorporazione del DNA del donatore nel cromosoma del ricevente è elevata ed è pari a circa 0,5.

La coniugazione dei procarioti non dovrebbe essere identificata con il processo sessuale degli eucarioti, poiché durante la coniugazione solo una parte del materiale genetico della cellula F + viene trasferita alla cellula F ¯, dando luogo alla formazione di un merozigote inferiore. La base di quest'ultimo è il genoma della cellula ricevente con la parte introdotta del genoma della cellula donatrice.

Insieme alla stabilità e all'accuratezza delle proprietà ereditarie, l'apparato genetico dei procarioti è caratterizzato dalla variabilità, che si manifesta sotto forma di mutazioni e ricombinazioni.

Le mutazioni spontanee dei procarioti dovrebbero essere considerate il tipo iniziale di variabilità emersa parallelamente all'inizio del funzionamento del loro DNA come struttura genetica. È possibile che per milioni di anni le mutazioni siano state l'unico meccanismo per la variabilità dei procarioti.

Un salto nell'evoluzione dei procarioti è stato l'emergere della variabilità ricombinativa, che consiste nell'unificazione parziale dell'informazione genetica di due cellule procariotiche del donatore e del ricevente. Quello. c'era un nuovo materiale aggiuntivo per la selezione naturale, accelerando il processo di evoluzione. Dei tre processi ricombinativi discussi sopra, la coniugazione è il più perfetto, poiché fornisce uno scambio più completo di informazioni genetiche tra due cellule. Sono noti casi in cui la coniugazione a lungo termine (90 minuti) di due cellule di E. coli porta all'ingresso dell'intero cromosoma della cellula donatrice nella cellula ricevente.

L'efficienza delle loro ricombinazioni genetiche è elevata solo per i batteri strettamente correlati che sono imparentati all'interno della specie.

Caratteristiche della costruzione di mappe genetiche nei procarioti

Per costruire mappe genetiche nei procarioti, viene utilizzato il fenomeno coniugazioni– trasferimento di materiale genetico da una cellula all’altra con l’aiuto di speciali molecole circolari di DNA (plasmidi, in particolare, con l’aiuto di plasmidi F).

La probabilità di trasferire un determinato gene nella cellula ricevente dipende dalla sua rimozione dal DNA del plasmide F, o meglio, dal punto O, in cui inizia la replicazione del DNA del plasmide F. Più lungo è il tempo di coniugazione, maggiore è la probabilità di trasferire un dato gene. Ciò rende possibile creare una mappa genetica dei batteri in pochi minuti di coniugazione. Ad esempio, nell'Escherichia coli, il gene thr (un operone di tre geni che controllano la biosintesi della treonina) si trova nel punto zero (cioè direttamente accanto al DNA plasmidico F), il gene lac viene trasferito dopo 8 minuti, il gene recE dopo 30 minuti, il gene argR - dopo 70 minuti, ecc.

Argomento: Genetica dei microrganismi 1. Coniugazione, trasduzione, trasformazione. 2. Variabilità dei microrganismi. 3. Utilizzo dei risultati ottenuti nella genetica batterica.

L'apparato ereditario dei batteri ha una serie di caratteristiche: i batteri sono organismi aploidi, cioè hanno 1 cromosoma. A questo proposito, quando si ereditano i tratti, non si verifica alcun fenomeno di dominanza; I batteri hanno un alto tasso di riproduzione, in relazione al quale diverse decine di generazioni di batteri vengono sostituite in un breve periodo di tempo (giorno). Ciò rende possibile studiare popolazioni enormi e identificare facilmente anche mutazioni rare. L'apparato ereditario dei batteri è rappresentato da un cromosoma. I batteri ne hanno solo uno. Il cromosoma batterico è una molecola di DNA. La lunghezza di questa molecola raggiunge 1,0 mm e, per "adattarsi" alla cellula batterica, non è lineare, come negli eucarioti, ma è superavvolta in anse e piegata in un anello. Questo anello ad un certo punto è attaccato alla membrana citoplasmatica. I singoli geni si trovano sul cromosoma batterico. Nell'Escherichia coli, ad esempio, ce ne sono più di 2mila.

2. Le unità funzionali del genoma batterico, oltre ai geni cromosomici, sono: sequenze IS; trasposoni; plasmidi. Sequenze IS (inserimento inglese - inserimento, sequenza - sequenza) - brevi frammenti di DNA. Non portano geni strutturali (codificanti per l'una o l'altra proteina), ma contengono solo geni responsabili della trasposizione (la capacità delle sequenze IS di spostarsi lungo il cromosoma e integrarsi nelle sue varie regioni). Le sequenze IS sono le stesse in diversi tipi di batteri. I trasposoni sono molecole di DNA più grandi delle sequenze IS. Oltre ai geni responsabili della trasposizione, contengono anche un gene strutturale che codifica l'uno o l'altro tratto. I trasposoni (elementi Tn) sono costituiti da 2000-25000 paia di basi, contengono un frammento di DNA che trasporta geni specifici e due elementi IS terminali. Ogni trasposone solitamente contiene geni che conferiscono caratteristiche importanti al batterio, come la resistenza multipla agli agenti antibatterici. In generale, i trasposoni sono caratterizzati dagli stessi geni dei plasmidi (geni per la resistenza agli antibiotici, la produzione di tossine, enzimi metabolici aggiuntivi). I trasposoni si muovono facilmente lungo il cromosoma. La loro posizione influenza l'espressione sia dei propri geni strutturali che di quelli cromosomici vicini. I trasposoni possono esistere anche al di fuori del cromosoma,

I plasmidi sono molecole circolari di DNA superavvolte. Il loro peso molecolare varia ampiamente e può essere centinaia di volte maggiore di quello dei trasposoni. I plasmidi contengono geni strutturali che conferiscono alla cellula batterica proprietà diverse e molto importanti per essa: plasmidi R - resistenza ai farmaci; Col-plasmidi: la capacità di sintetizzare le colicine; Plasmidi F: per trasferire informazioni genetiche; Tox-plasmidi: per sintetizzare una tossina; Plasmidi di biodegradazione: distruggono l'uno o l'altro substrato, ecc. I plasmidi possono essere integrati nel cromosoma (a differenza delle sequenze IS e dei trasposoni, sono costruiti in aree rigorosamente definite), oppure possono esistere autonomamente. In questo caso hanno la capacità di replicarsi autonomamente, ed è per questo che in una cellula possono esserci 2, 4, 8 copie di tale plasmide. Molti plasmidi contengono geni di trasmissibilità e sono in grado di essere trasferiti da una cellula all'altra durante la coniugazione (scambio di informazioni genetiche). Tali plasmidi sono chiamati trasmissibili.

Nei batteri esistono 2 tipi di variabilità: fenotipica e genotipica. La variabilità fenotipica - modificazione - non influisce sul genotipo, ma colpisce la maggior parte degli individui della popolazione. Le modifiche non vengono ereditate e svaniscono nel tempo, cioè ritornano al fenotipo originale dopo un numero maggiore (modifiche a lungo termine) o minore (modificazioni a breve termine) di generazioni. h La variabilità genotipica influenza il genotipo. Si basa su mutazioni e ricombinazioni. Le mutazioni nei batteri non sono fondamentalmente diverse dalle mutazioni nelle cellule eucariotiche. Una caratteristica delle mutazioni nei batteri è la relativa facilità di rilevamento, poiché è possibile lavorare con grandi popolazioni di batteri. Per origine le mutazioni possono essere: spontanee; indotto. Per lunghezza: punteggiato; genetico; cromosomico. Per direzione: dritto; - inversione.

La ricombinazione (scambio di materiale genetico) nei batteri differisce dalla ricombinazione negli eucarioti: i batteri hanno diversi meccanismi di ricombinazione; durante le ricombinazioni nei batteri non si forma uno zigote, come negli eucarioti, ma un merozigote (porta l'informazione genetica completa del ricevente e parte dell'informazione genetica del donatore sotto forma di integratore); in una cellula batterica ricombinante cambia non solo la qualità, ma anche la quantità dell'informazione genetica.

Coniugazione Nei batteri, metodo per trasferire materiale genetico da una cellula batterica a un'altra. In questo caso, due batteri sono collegati da un sottile ponte, attraverso il quale un pezzo di filamento di acido desossiribonucleico (DNA) passa da una cellula (donatore) a un'altra (ricevente). Le proprietà ereditarie del ricevente cambiano in base alla quantità di informazioni genetiche contenute nel pezzo di DNA trasferito.

Coniugazione Coniugazione (dal latino conjugatio - connessione), processo parasessuale - trasferimento unidirezionale di una parte del materiale genetico (plasmidi, cromosoma batterico) con contatto diretto di due cellule batteriche. Inaugurato nel 1946 da J. Lederberg e E. Taitem. Ha una grande importanza in natura, perché favorisce lo scambio di tratti utili in assenza di un vero processo sessuale. Di tutti i processi di trasferimento genico orizzontale, la coniugazione consente il trasferimento della maggior quantità di informazioni genetiche.

La coniugazione è lo scambio di informazioni genetiche nei batteri trasferendole da un donatore a un ricevente durante il loro contatto diretto. Dopo la formazione di un ponte di coniugazione tra il donatore e il ricevente, un filamento del DNA del donatore entra attraverso di esso nella cellula ricevente. Più lungo è il contatto, maggiore sarà la quantità di DNA del donatore che potrà essere trasferita al ricevente. Sulla base dell'interruzione della coniugazione a determinati intervalli, è possibile determinare l'ordine dei geni sul cromosoma dei batteri - per costruire mappe cromosomiche dei batteri (per mappare i batteri). Le cellule F+ hanno una funzione di donatore.

Trasduzione Esther Lederberg riuscì a isolare il batteriofago lambda, un virus a DNA, dall'Escherichia coli K 12 nel 1950. L'effettiva scoperta della trasduzione è associata al nome di Joshua Lederberg. Nel 1952, insieme a Norton Zinder, scoprirono la trasduzione totale. Nel 1953, Lederberg e colleghi dimostrarono l'esistenza di una trasduzione abortiva e, nel 1956, di una trasduzione specifica.

La trasduzione è lo scambio di informazioni genetiche nei batteri trasferendole da un donatore a un ricevente con l'aiuto di batteriofagi moderati (trasduttori). I fagi trasduttori possono trasportare 1 o più geni (caratteri). La trasduzione avviene: specifica: viene trasferito sempre lo stesso gene; non specifico: vengono trasmessi geni diversi. Ciò è dovuto alla localizzazione dei fagi trasduttori nel genoma del donatore: nel caso di trasduzione specifica, si trovano sempre nello stesso punto del cromosoma; a nonspecifico la loro localizzazione è mutabile.

Riso. 2. Trasduzione 1 - batterio - donatore (B+), 2 - fago, 3 - riproduzione, 4 - adsorbimento, 5 - batterio - ricevente (B-), 6 - batterio - ricevente con una nuova proprietà.

La trasformazione è lo scambio di informazioni genetiche nei batteri mediante l'introduzione di un preparato di DNA già pronto (appositamente preparato o isolato direttamente da una cellula donatrice) nella cellula batterica ricevente. Molto spesso, il trasferimento dell'informazione genetica avviene quando il ricevente viene coltivato su un mezzo nutritivo contenente il DNA del donatore. Per poter percepire il DNA del donatore durante la trasformazione, la cellula ricevente deve trovarsi in un certo stato fisiologico (competenza), che si ottiene mediante metodi speciali di elaborazione della popolazione batterica o avviene spontaneamente. Durante la trasformazione vengono trasmessi singoli segni (solitamente 1). La trasformazione è la prova più oggettiva della relazione del DNA o dei suoi frammenti con l'uno o l'altro tratto fenotipico, poiché nella cellula ricevente viene introdotta una preparazione di DNA puro.

Riso. 3. La trasformazione del ceppo capsulare dei batteri (1) durante la semina dà origine alla crescita (6). Dopo aver fatto bollire questa cultura, non c'è crescita (7). Il risultato di un simile esperimento con un ceppo senza capsule (4 -crescita +, 8 -crescita -) è simile. La combinazione in un unico contenitore dell'estratto della manioca (1) e della coltura viva dei ceppi non capsulari (3), seguita dalla semina, dà la crescita del ceppo capsulare (5).

Proprietà delle cellule delle colonie Forme S e R Forma S Forma R Le colonie sono ruvide, opache con bordi irregolari, spesso rugose Flagelli sono spesso assenti Capsule o strato mucoso assenti Biochimicamente meno attivi Debolmente virulento o avirulento Antigenicamente difettoso Scarsamente sensibile a fago La sospensione si deposita rapidamente, sedimento simile a una briciola, cellule polimorfiche Le colonie sono trasparenti, con una superficie liscia e lucida, rotonde, con bordi uniformi, convesse Le specie mobili hanno flagelli Le specie capsulari hanno una capsula o uno strato mucoso chiaramente visibile Biochimicamente più attive Vengono espresse proprietà virulente in specie patogene Antigenalmente completo Sensibile ai fagi Cellule in sospensione in soluzione salina omogenee, stabili, cellule di dimensioni normali

Cambiamenti di combinazione.

Appaiono come risultato della trasformazione e della coniugazione. La trasformazione è il processo di trasferimento di una sezione di materiale genetico del DNA contenente una coppia di nucleotidi da una cellula donatrice a una cellula ricevente.

Ci sono 5 fasi nel processo di trasformazione:

1) Adsorbimento del DNA in trasformazione sulla superficie di una cellula microbica;

2) Penetrazione del DNA nella cellula ricevente;

3) Appaiamento del DNA introdotto con le strutture cromosomiche della cellula;

4) Incorporazione di una porzione del DNA della cellula donatrice nelle strutture cromosomiche della cellula ricevente;

5) Ulteriore cambiamento nel nucleotide durante le divisioni successive. La temperatura di trasformazione ottimale è 29-32С.

La trasduzione è un cambiamento in cui il materiale genetico di una cellula donatrice viene trasferito a una cellula ricevente da un fago trasduttore (temperato), cioè fago che non ne causa la distruzione.

Esistono tre tipi di trasduzione:

1) Generale (non specifico), può esserci un trasferimento di vari o più segni contemporaneamente.

2) Specifico, caratterizzato dal trasferimento solo di una determinata caratteristica.

3) Abortiva, la regione del DNA della cellula donatrice, trasferita dal fago nella cellula ricevente, non è inclusa nel suo genoma.

La coniugazione è una forma del processo sessuale in cui le cellule microbiche maschili e femminili sono collegate e la sostanza nucleare viene scambiata tra loro.

In questo caso, il materiale genetico della cellula donatrice passa nella cellula ricevente. Dopo la ricombinazione e la divisione cellulare, si formano forme con segni di cellule coniugate.

Pertanto, tutte e tre le forme di variabilità combinatoria (trasformazione, trasduzione, coniugazione) sono diverse nella forma, ma identiche nell'essenza. Durante la trasformazione, una parte del DNA della cellula donatrice entra nella cellula ricevente, durante la trasduzione questo ruolo viene svolto dal fago e durante la coniugazione il trasferimento delle informazioni genetiche viene effettuato attraverso il ponte citoplasmatico (pili).

Rickettsia

Microrganismi Gram-negativi. La forma è quella di bastoncini corti o di cocchi. Le rickettsie hanno una parete cellulare simile a quella dei batteri Gram-negativi.

Sono classificati come veri batteri. Procarioti.

Nitrificazione.

I prodotti di decadimento delle proteine ​​e la decomposizione dell'urea, dell'ammoniaca e dei sali di ammonio possono essere assorbiti direttamente dalle piante, ma solitamente vengono convertiti in nitrati di acido nitrico.

Nella prima fase di nitrificazione, l'ammoniaca viene ossidata ad acido nitrico secondo lo schema

DG = -662kJ/mol.

Il processo di nitrificazione avviene in più fasi, con la formazione di una serie di prodotti intermedi: idrossilammina, nitrossido, ecc.

Nella seconda fase, l'acido nitroso viene ossidato ad acido nitrico:

DG= -201kJ/mol.

La prima e la seconda fase di un singolo processo di nitrificazione sono causate da diversi agenti patogeni. S.N. Vinogradsky li ha raggruppati in tre generi:

1) Nitrosomonas. Sono a forma di bastoncello, gram-negativi, mobili, dotati di un flagello, non formano spore. Sono ampiamente distribuiti nel terreno e differiscono tra loro per forma e dimensione.

2) Nitrosocystis. Capace di formare zoogley (forme coccali di microbi che circondano la capsula)

3) Nitrosospira. Si dividono in due tipologie. I batteri di entrambe le specie hanno una forma a spirale regolare. Insieme ai fili ritorti a spirale, nelle culture antiche si trovano bastoncini corti e cocchi.

Recentemente sono stati identificati altri due generi di microbi che causano la prima fase di nitrificazione.

I batteri nitrificanti hanno un atteggiamento negativo nei confronti delle sostanze organiche. Nelle soluzioni si nota la forte sensibilità dei microbi nitrificanti alle sostanze organiche; questo non è osservato nel terreno, perché non contiene mai sostanze idrosolubili in quantità significative.

I processi di ossidazione dell'ammoniaca sono influenzati non solo dai microbi, ma anche dai loro enzimi. Oltre alla sostanza organica, la nitrificazione è influenzata dalla concentrazione di ammoniaca. Il suo effetto sulla cultura si manifesta nettamente nei media liquidi. Nel terreno, l'ammoniaca è in uno stato adsorbito e non può avere un effetto deprimente. Pertanto, il nitrobacter ossida immediatamente l'acido nitroso in acido nitrico.

La presenza di ossigeno ha un effetto positivo sul processo di nitrificazione. Nei terreni coltivati ​​il ​​processo di nitrificazione procede più intensamente.

Ricombinazioni genetiche- ridistribuzione del materiale genetico dei genitori nella prole, che determina la variabilità combinatoria degli organismi. Si verificano con la partecipazione di enzimi all'interno dei singoli geni.

Coniugazione - trasferimento di materiale genetico da una cellula donatrice a una cellula ricevente attraverso uno stretto contatto. I donatori di materiale genetico sono cellule che trasportano il plasmide F. Le cellule batteriche prive del plasmide F sono riceventi.

La prima fase della coniugazione è l'attaccamento della cellula donatrice alla cellula ricevente utilizzando i villi genitali. Tra le cellule si forma un ponte di coniugazione attraverso il quale il plasmide F viene trasferito dalla cellula donatrice alla cellula ricevente.

Se il plasmide F viene inserito nel cromosoma di un batterio, un filamento di DNA si rompe con la partecipazione di un'endonucleasi. L'estremità prossimale del DNA penetra nella cellula ricevente attraverso il ponte di coniugazione e viene immediatamente completata in una struttura a doppio filamento. Il filo rimanente nella cellula donatrice è una matrice per la sintesi del secondo filo.

Trasformazione- trasferimento diretto del materiale genetico del donatore alla cellula ricevente. La trasformazione avviene effettivamente solo tra batteri della stessa specie con genotipi diversi.

Le cellule che possono accettare il DNA del donatore sono chiamate competenti. Lo stato di competenza avviene durante la crescita cellulare e coincide con la fine della fase logaritmica.

I frammenti di DNA a doppio filamento con un peso molecolare di almeno 0,5-1x10 6 hanno attività trasformante

Il processo di trasformazione si compone di fasi:

1) adsorbimento del DNA del donatore sulla cellula ricevente,

2) penetrazione del DNA nella cellula ricevente con successiva despiralizzazione,

3) connessione di un filamento di DNA con una regione omologa del cromosoma del ricevente.

Trasduzione - trasferimento di materiale genetico da un batterio all'altro mediante fagi. Distinguere:

1) trasduzione non specifica– quando qualsiasi gene donatore viene trasferito nella cellula ricevente insieme al DNA fagico. Il frammento di DNA del batterio donatore trasferito dal fago può essere incorporato nella regione di DNA omologa della cellula ricevente mediante ricombinazione. Il fago trasduttore è solo un portatore di materiale genetico da un batterio all'altro e il DNA fagico stesso non partecipa alla formazione di ricombinanti,

2) trasduzione specifica. il fago trasferisce geni specifici dal batterio donatore al batterio ricevente. Quando i fagi trasduttori interagiscono con le cellule del ceppo ricevente, il gene del batterio donatore, insieme al DNA del fago difettoso, viene incorporato nel cromosoma del batterio ricevente.

3) abortivo- quando il frammento di DNA del batterio donatore portato dal fago non è incluso nel cromosoma del batterio ricevente, ma si trova nel suo citoplasma e può funzionare in questa forma. Durante la divisione di una cellula batterica ricombinante, il frammento di DNA del donatore portato viene trasferito solo a una delle cellule figlie e scompare nel tempo.

Argomento 6: La dottrina dell'infezione. Farmaci chemioterapici. Antibiotici.

Domande per lo studio autonomo:

1. Infezione. Condizioni per l'insorgenza e modalità di trasmissione dell'agente patogeno.

2. Forme di infezione e loro caratteristiche.

3. Periodi di malattie infettive.

4. Caratterizzazione delle tossine batteriche.

5. Antibiotici: classificazione, utilizzo, complicanze durante l'assunzione di antibiotici.

6. Metodi per determinare la sensibilità dei microrganismi agli antibiotici.

7. I più importanti gruppi di farmaci chemioterapici e loro meccanismi d'azione.

Materiale teorico per l'autoformazione :

Data aggiunta: 2015-09-03 | Visualizzazioni: 888 | Violazione del copyright

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Il processo di formazione di genomi contenenti materiale genetico da due forme parentali. Nei batteri, viene effettuato a seguito di coniugazione, trasformazione, trasduzione.

Le ricombinazioni si dividono in legali e illegali. La ricombinazione legittima richiede tratti estesi e complementari di DNA nelle molecole ricombinanti. Si verifica solo tra specie di microrganismi strettamente imparentati.

La ricombinazione illecita non richiede regioni di DNA complementari estese.

Trasformazione- il processo di assorbimento da parte di una cellula di un organismo di una molecola di DNA libera dall'ambiente e la sua integrazione nel genoma, che porta alla comparsa in tale cellula di nuovi tratti ereditari caratteristici dell'organismo-donatore di DNA . Cellule in grado di accettare un donatore
nuyu DNA sono chiamati competenti. Lo stato di competenza è di breve durata. Si verifica durante un certo periodo di crescita di una coltura batterica.In uno stato di competenza, la parete cellulare batterica diventa permeabile ai frammenti di DNA altamente polimerici. Apparentemente, ciò è dovuto al fatto che il frammento di DNA trasformato si lega alla proteina, formando un trasformasoma, nel quale viene trasferito nella cellula batterica. Processo di trasformazione:

1) Adsorbimento del DNA del donatore sulla cellula ricevente.

2) penetrazione del DNA nella cellula ricevente;

3) connessione del DNA con una regione omologa del cromosoma del ricevente con successiva ricombinazione.

Dopo la penetrazione nella cellula, il DNA in trasformazione viene despiralizzato. Quindi, uno dei due filamenti di DNA del donatore viene fisicamente incorporato nel genoma del ricevente.

trasduzione- il processo di trasferimento del DNA batterico da una cellula all'altra da parte di un batteriofago.

Non specifico: i fagi trasduttori sono solo portatori di materiale genetico da un batterio all'altro, poiché il DNA fagico stesso non partecipa alla formazione di ricombinanti.

specifica: caratterizzato dalla capacità di un fago di trasferire determinati geni da un batterio donatore a un batterio
destinatario.

abortivo: il frammento di DNA del batterio donatore portato dal fago non è compreso nel cromosoma del batterio ricevente, ma si trova nel citoplasma.

Coniugazione- trasferimento unidirezionale di una parte del materiale genetico mediante contatto diretto di due cellule batteriche.

Il primo passo è l'attacco della cellula donatrice alla cellula ricevente con l'aiuto dei villi genitali, poi tra le due cellule si forma un ponte di coniugazione attraverso il quale il fattore F e altri plasmidi situati nel citoplasma del batterio donatore in modo autonomo lo stato può essere trasferito dalla cellula donatrice alla cellula ricevente.

16) Biotecnologia- una disciplina che studia le possibilità di utilizzare organismi viventi, i loro sistemi o prodotti della loro attività vitale per risolvere problemi tecnologici, nonché la possibilità di creare organismi viventi con le proprietà necessarie mediante l'ingegneria genetica.

Uno dei metodi per ottenere ceppi vaccinali: il metodo dell'ingegneria genetica (inattivazione di un gene responsabile della formazione di fattori di virulenza di microbi patogeni).

No, Vaccini ricombinanti vettoriali ottenuto mediante ingegneria genetica. A tale scopo, nel genoma del ceppo vaccinale viene inserito un gene (vettore) che controlla la formazione degli antigeni di un altro agente patogeno (antigene estraneo). Ad esempio, un antigene dell'epatite B (HBs - antigene) viene inserito in un ceppo del virus vaccinale del vaiolo. Questo vaccino vettoriale crea immunità sia contro il vaiolo che contro l’epatite B.

Anche i vaccini molecolari lo sono mediante ingegneria genetica. Pertanto, è stato ottenuto un vaccino contro l'epatite B, i cui antigeni sono sintetizzati dalle cellule di lievito.

17) La temperatura è un fattore importante che influenza l’attività vitale dei microrganismi. Per i microrganismi esistono temperature minima, ottimale e massima. Ottimale temperatura alla quale avviene la riproduzione più intensiva dei microbi. Minimo- la temperatura al di sotto della quale i microrganismi non mostrano attività vitale. Massimo- la temperatura al di sopra della quale avviene la morte dei microrganismi.

Azione favorevole temperatura ottimale utilizzati nella coltivazione di microrganismi a fini di diagnostica di laboratorio, preparazione di vaccini e altri farmaci.

Azione frenante basse temperature utilizzato per la conservazione prodotti e colture di microrganismi in frigorifero. La bassa temperatura arresta i processi putrefattivi e fermentativi. Il meccanismo d'azione delle basse temperature è l'inibizione dei processi metabolici nella cellula e il passaggio allo stato di anabiosi.

azione disastrosa temperatura elevata (sopra il massimo) utilizzato nella sterilizzazione . Meccanismo azioni - denaturazione delle proteine ​​(enzimi), danno ai ribosomi, violazione della barriera osmotica. I più sensibili all'azione delle alte temperature sono gli psicrofili e i mesofili. speciale sostenibilità spettacolo controversie batteri.

Metodi fisici: sterilizzazione mediante alta temperatura, radiazioni UV, radiazioni ionizzanti, ultrasuoni, filtrazione tramite filtri sterili.

Pastorizzazione - parziale sterilizzazione (le spore non muoiono), che viene effettuata a una temperatura relativamente bassa una volta. La pastorizzazione viene effettuata a 70-80°C, 5-10 minuti oppure a 50-60°C, 15-30 minuti. La pastorizzazione viene utilizzata per oggetti che perdono le loro qualità a temperature elevate.La pastorizzazione, ad esempio, utilizzo Per alcuni alimenti: latte, vino, birra . Ciò non pregiudica il loro valore commerciale, ma le spore rimangono vitali, quindi questi prodotti devono essere conservati al freddo.

Controllo della sterilizzazione.

In connessione con la diffusione negli ultimi anni di microrganismi altamente resistenti ai fattori ambientali, i metodi di sterilizzazione e controllo di qualità vengono rafforzati.

Per controllare la sterilizzazione si utilizzano:

1. Metodi fisici– termometri di massima e a contatto.

2. Sostanze chimiche come indicatori di temperatura. Si tratta di sostanze in polvere con un punto di fusione rigorosamente definito: benzonaftolo (110°C), antipirina (113°C), resorcinolo e zolfo (119°C), acido benzoico (120°C). Queste sostanze vengono miscelate con una piccola quantità di colorante secco all'anilina (magenta, blu di metilene) e poste in tubi di vetro sigillati, che vengono posti tra gli oggetti da sterilizzare. Questo metodo viene utilizzato per controllare il regime di sterilizzazione. in un'autoclave. Se la temperatura nell'autoclave era sufficiente, la sostanza nel tubo si scioglie e assume il colore del colorante, che si dissolve in questa sostanza.

3. metodi biologici– uso di sporigeni resistenti al calore test colturale – Bacillus stearothermophilus. Le sue spore muoiono a 121°C in 15 minuti quando sono contenute in 1 ml di terreno 10 6 cellule. Per controllare il regime di sterilizzazione viene utilizzato un test biologico. nel forno Pasteur . Provette con strisce di garza, carta da filtro, con filo di seta, infettate da spore, vengono poste in un armadio tra gli oggetti da sterilizzare. Dopo la sterilizzazione, nella provetta viene aggiunto un brodo nutriente e si osserva la crescita dei microrganismi.

18) Sterilizzazione a vapore.

Il metodo è basato sull'effetto battericida del vapore (100°C) nei confronti delle sole cellule vegetative.

Attrezzatura– autoclave con coperchio svitato oppure Apparato di Koch.

Apparato di Koch - Questo è un cilindro metallico con doppio fondo, lo spazio in cui è riempito per 2/3 con acqua. Il coperchio è dotato di fori per il termometro e per la fuoriuscita del vapore. La parete esterna è rivestita con un materiale che conduce male il calore (linoleum, amianto). Inizio della sterilizzazione: il tempo trascorso dall'ingresso dell'acqua bollente e del vapore nella camera di sterilizzazione.

Modalità materiale e sterilizzazione Questo metodo sterilizza materiale che non può resistere a temperature superiori a 100 ° C: mezzi nutritivi con vitamine, carboidrati (Giss, Endo, Ploskirev, Levin media), gelatina, latte.

A 100 ° C le spore non muoiono, quindi la sterilizzazione viene eseguita più volte - sterilizzazione frazionata - 20-30 minuti al giorno per 3 giorni.

Tra una sterilizzazione e l'altra, il materiale viene mantenuto a temperatura ambiente affinché le spore possano germinare in forme vegetative. Moriranno al successivo riscaldamento a 100°C.

Tindalizzazione e pastorizzazione.

Tindalizzazione - metodo di sterilizzazione frazionata a temperature inferiori a 100°C. Viene utilizzato per sterilizzare oggetti, che non sopportano i 100°C: siero, liquido ascitico, vitamine . La tindalizzazione viene effettuata a bagnomaria a 56°C per 1 ora per 5-6 giorni.

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