Генетика бактерии.

Дата: 26.10.2018

Генетика – наука изучающая законы изменчивости и наследственности живых организмов. Это сравнительно молодая наука, поскольку возникла в начале ⅩⅩ столетия. В становлении генетики различают 2 периода:

1 до 40-ых годов ⅩⅩвека – классическая генетика. Этот период характеризуется больше описанием и статистическим учетом исследований, которые проводились на крупных обьектах (мушки дрозофиллы, горох и др)

2с 40-ых годов и по настоящее время молекулярная генетика, характеризующаяся проведением исследований касающихся клеточного и субклеточного уровня микробов. Именно в этом периоде была описана тонкая структура гена, механизмы наследственности и изменчивости.

Существует несколько разновидности генетики: генетика растений, генетика животных, генетика человека или медицинская генетика, генетикамикроорганизмов. Известно, что вся наследственная информация сосредоточена в ядерном аппарате, а точнее в хромосоме или ДНК. Хромосома представляет собой замкнутую кольцевидную структуру, она отвечает за биологические свойства клетки или иначе, это геном клетки. Каждый участок кольца хромосомы, называемый геномом или геном, отвечает за определенные свойства клетки. ДНК или хромомсома состоит из 2-х слойнных нитей, обернутых каждая вокруг другой в спираль и поэтому получается двойная спираль. ДНК состоит из 4 нуклеиновых оснований: 2 пуриновых – это аденин и гуанин;  2 пиримидиновых оснований: цитозин и тимин. На каждой нитке хромосомы основания расположены триплетами, то есть по 3: тимин-аденин-цитозин; гуанин-цитозин-тимин.  Триплеты соединяются между собой сахаром рибозой и остатком фосфорной кислоты. Две нити между собой специфически спарены или комплементарны. Одна нитка – это зеркальное отображение второй. Каждый триплет отвечает за синтез микробной клеткой одной аминокислоты. Например: тимин-адение-цитозин отвечает за выработку метионона, а гуанин-цитозин-аденин за выработку аргинина. При этом аденину всегда соответствует тимин, а гуанину цитозин. Хромосома выполняет следующие функции:

—кодирующая: в хромосоме закодирована информация о синтезируемых микробной клеткой белках

—контролирующая: хромосома руководит синтезом белка в рибосомах, при этом сама не участвуя в синтезе. При раскручивании хромосомы на две нити, одна нить покидает ядро и идет к рибосоме, где и фиксируется, эта нить называется И-РНК (информационная РНК). Она содержит информацию характерную для бактериальной хромосомы. Затем на И-РНК как на матрице строятся все специфические белки клетки. А вторая нитка ДНК восстанавливается, при этом строится вторая нитка за счет реакции физколлоидной  реакции полимеризации. Известно, что белок состоит из аминокислот, источником которых для микробных клеток служат питательные среды. Аминокислоты в рибосому приносит транспортная РНК (Т-РНК). Они образуются при раскручивании хромосомы. Т-РНК переносит аминокислоты в рибосому и встраивает их согласно записи И-РНК. Как например: Т-РНК с метионином приносит к участку ТАЦ, а аргинин приносит к участку ГЦА. Поэтому синтез белка в микробной клетке идет в рибосоме с участием И-РНК и Т-РНК.

—репликационная функция:  удвоение в период размножения клетки, когда в зрелой клетке хромосома раскручивается на две нити и возле каждой нити строится комплементарная нить, при этом образуются две хромосомы. Это диплоидное состояние микробной клетки, когда клетка делится на две особи с одинаковыми хромосомами. При этом дочерние клетки приобретают свойства материнской клетки. Наследственность имеет консервативное значение, так как обуславливает постоянные свойства. Для бактерии характерна и изменчивость, представленной видоизмененными биологическими свойствами микробной клетки под действием факторов внешней или внутренней среды, носящие постоянный или непостоянный характер. Изменчивость бывает двух видов:

1 наследственная или генетическая изменчивость проявляющаяся на генетическом уровне и прередающаяся по наследству. Различают два ее вида: мутации и рекомбинации. В свою очередь рекомбинации подразделяется на 3 вида:

—трансформация

—трансдукция

—коньюгация

При трансформации бактериальная клетка – реципиент встраивает в свою ДНК участок «блуждающей»  ДНК другой клетки. При этом «блуждающая» ДНК возникает вследствие разрушения бактериальной клетки. Как например, доказано, что устойчивость микобактерии туберкулеза к рифампицину доказана тем, что другая микобактерия не имеющая такую устойчивость к рицампицину, распознав участок «блуждающей»  ДНК с закодированной устойчивостью к рифампицину встраивает его в свой участок и тем самым передает ее по наследству. Трансформация возможна между клетками близкородственных видов. Трансформация происходит на определенной стадии развития клетки: в конце фазы логарифмического роста бактерии. Суть трансдукции заключается в том, что носителем дополнительной генетической информации является бактериофаг, при этом принимает участие микробная клетка-реципиент, а бактериофаг – носитель ДНК. При этом бактериофаг впрыскивает свой ДНК в ДНК микробной клетки и таким образом бактериофаг паразитирует на микробной клетке, а бактериальная клетка приобретает новые свойства. Как например тох-ген дифтерийной палочки при заражении фагом приобретает новые токсигенные свойства и холерный вибрион тоже может таким образом приобретать токсигенные свойства. Коньюгация – это прямое половое скрещивание бактерии при котором происходит обмен генетическим материалом между двумя жизнеспособными бактериальными клетками. При этом пол у бактерии определяется наличием Ғ-плазмиды (фактор фертильности или плодовитости). Ғ-фактор является медиатором переноса хромосомы, он является дополнительным хромомсомным материалом, он может распологаться автономно в протоплазме или под действием случайных спонтанных мутации внедриться в хромосому и существовать в интегрированном состоянии. Бактериальная клетка с Ғ-плазмидой представляет собой мужскую особь, а микробная клетка не обладающая этой плазмидой представляет женскую особь. При коньюгации происходит сближение двух бактериальных клеток, при котором между ними формируется коньюгационный мостик, роль которого играют sex-пили (микротрубочки) через которые передается генетический материал. При этом происходит горизонтальная передача материала между бактериями разных видов и родов имеющих сходство (шигеллы и эшерихии).  

Конююгация возможна между разными семействами. При коньюгационной передаче возможен перенос R-плазмиды, обеспечивающей множественную лекарственную устойчивость, она может быть встроена в ДНК и бактерия соединяясь с другой бактерией, не обладающей таковой может забрать этот участок и приобрести множественную устойчивость к антибиотикам. В настоящее время далеко шагнувшая вперед генетика широко использует генетические данные микроорганизмов в генной инжененрии , когда ученые производят различные опыты применяя бактериальные гены для встраивания в гены совершенно небактериальной природы, для получения новых свойств продукта. Такие нововведения имеют как свои плюсы так и минусы. Плюсы безусловно касаются таких вновь приобретенных качеств как получение конечных продуктов с более совершенствованными, устойчивымии продуктивными свойствами; а минусы заключаются в том, что существует вероятность встраивания этих видоизмененных генов в структуру ДНК человеческой клетки, а вследствие этого развитие мутации, приводящие в будущем к различным уродствам и вырождению человека как вида. Бактерия в генной инженерии – это потенциальный исходный материал для создания:

—продуцента нужног белка в лабораторных или промышленных масштабах

—активного агента в неком химическом превращении одного соединения в другое, будь то процесс брожения в пищевой промышленности, создание более благоприятных условий для роста растений или утилизация стального лома

—медицински значимого препарата, например для восстановления микрофлоры  ЖКТ

Современная генная инженерия бактерии в основном представляет собой внедрение плазмидного вектора (модифицированной бактериальной плазмиды, содержащей целевой ген и набор других необходимых элементов). Причин по которым производят внедрение гена в состав плазмидного вектора три:

—внедрение плазмидного вектора в бактерию дешевле, чем встраивание его в хромосому

—методология обеспечения стабильности и наследования плазмидного вектора в бактериальной клетке и сама процедура проста в исполнении

—в работе с плазмидными векторами не бывает огрехов.

 

Автор: Ералиева Гулмира Абдижалеловна

Баклаборант Жалагашского районного

отделения Кызылординского филиала

РГП на ПХВ «Национальный Центр Экспертизы»