Главная страница
qrcode

Экология и генетика микроорганизмов. Изменчивость в микробных популяциях


Скачать 22.61 Mb.
НазваниеЭкология и генетика микроорганизмов. Изменчивость в микробных популяциях
Дата19.02.2021
Размер22.61 Mb.
Формат файлаppt
Имя файлагенетика (1).ppt
ТипДокументы
#45516
Каталог
Экология и генетика микроорганизмов. Изменчивость в микробных популяцияхГенетика микроорганизмов, раздел общей генетики, в котором объектом исследования служат бактерии, микроскопические грибы, актинофаги, вирусы животных и растений, бактериофаги и др. микроорганизмы. Предмет генетики микроорганизмов, предпосылки возникновения, ее место среди других биологических дисциплин. 2 1. Рождение общей генетики: Грегор Мендель (1822-1884) – австрийский биолог и ботаник. Открытие им закономерностей наследования моногенных признаков (эти закономерности известны теперь как Законы Менделя) стало первым шагом на пути к современной генетике.В 1868 году швейцарским химиком Фридрихом Мишером при изучении было открыто неизвестное ранее вещество (ДНК). Вещество было названо «нуклеином». В 1940-е годы научная группа в Кембридже под руководством Тодда проводила широкие синтетические исследования в области химии нуклеотидов и нуклеозидов. Чаргаффом было установлена закономерность содержания в нуклеиновых кислотах нуклеотидов разных типов, получившая впоследствии название Правило Чаргаффа.К 1944 г. О. Эйвери и его коллеги К. Маклеод и М. Маккарти открыли трансформирующую активность ДНК у пневмококков. 3 Рождение микробиологической генетики: В1946 Джошуа Ледербергом и Эдвардом Татумом был открыт «половой процесс» у бактерий (конъюгация). Был открыт эффект переноса генетической информации от одной бактериальной клетки к другой при посредстве бактериофага – генетической трансдукция.Морис Уилкинс и Розалинд Франклин провели рентгено-структурный анализ ДНК. Но в итоге все лавры достались в 1953 г. двум американским ученым – Джеймсу Уотсону и Френсису Крику, которым удалось разгадать, как устроена молекула ДНК.50-70е: открытие РНК-полимеразы – фермента, участвующего в синтезе молекулы РНК (независимо Сэмом Вайссом и Джерардом Хурвицем). 1959 году уже была присуждена Северо Охоа и Артуру Корнбергу за открытие вещества, которое считали РНК-полимеразой, впоследствии оказавшегося рибонуклеазой.В 1977 году Фредерик Сенгер предложил метод расшифровки первичной структуры ДНК, это стало толчком к огромному количеству новых работ, посвященным определению первичной структуры ДНК многих живых организмов.Современнейшая история генетики микроорганизмов это уже описание полных геном микроорганизмов, составление баз данных геномов, исследование более детальных механизмов наследования и работы генетического материала.42. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ Состав и структура ДНК.Нуклеотид = нуклеозид + фосфорная кислота = азотистое основание+ пентоза+фосфорная кислота.Углеводная чать нуклеиновых кислот,В РНК пентоза - рибоза.В ДНК - дезоксирибоза. 56Существует два класса азотистых оснований. Пурины: аденин (А) и гуанин (Г) - содержат два гетероцикла. Пиримидины: тимин (Т), цитозин (Ц) и урацил (У) - содержат один гетероцикл. 7Виды упаковки ДНК. Двойная спираль. 8В зависимости от концентрации ионов и нуклеотидного состава молекулы, двойная спираль ДНК в живых организмах существует в разных формах. B-форма ДНК - 2 нити спирали образуют правозакрученную спиральную структуру с диаметром 20 ангстрем. число пар оснований на 1 виток равно 10,5A-ДНК - правозакрученная двуспиральную молекулу ДНК, на каждом витке имеется 11 пар оснований. .Z-форма – левоспиральная, на виток приходится 12 пар оснований, биологическая роль не известна.9101112 Структурные элементы ДНК (неканонические структуры ДНК) 1314153. Реплика́ция ДНК реплисомой.сайтом инициации репликации. В геноме таких сайтов может быть один (прокариоты), так и много (эукариоты). Репликон – это участок ДНК, который содержит сайт инициации репликации.16ДНК-полимераза эукариот:ДНК-полимераза α – инициация репликации в комплексе с праймазой.ДНК-полимераза β – репарацияДНК-полимераза γ – репликация митохондриальной ДНКДНК-полимераза δ – основной фермент репликации. Синтез лидирующей цепи.ДНК-полимераза ε – синтезирует отстающую цепь и фрагменты Оказаки.ГРУППЫ ФЕРМЕНТОВ РЕПЛИКАЦИИДНК-полимераза прокариот:ДНК-полимераза I задействована в восстановлении ДНК, обладает и 5'-3', и 3'-5'-экзонуклеазным действием, также удаляет праймеры в процессе элонгации (прокариоты);ДНК-полимераза II осуществляет репарацию поврежденной ДНК.ДНК-полимераза III основная полимераза бактерий, обладающая также 3'-5'-экзонуклеазным действием. В процессе элонгации синтезирует фрагменты Оказаки на отстающей цепи.-катализирует реакцию полимеризации (приносит фосфаты, при это выделяется энергия) - не может начать синтез с нуля. - ведет синтез только в направлении 5‘ - 3'17dnaA белок, распознает ori и направляет остальные ферменты.Геликаза –разрушает водор. св.между цепочками ДНК, исп. энергию АТФ.SSB - белки препятствуют ренатурации ДНКТопоизомеразы( I, II) –-топоизомеразы I и II: снимают топологическое напряжение в цепи ДНК. I-однонитевые разрывы, II-двунитевые разрывы.РНК-полимераза(праймаза) начинает синтез с нуля. Синтезирует небольшие фрагменты ДНК – праймеры, и вносит их в ori.Лигаза соединяет фрагменты Оказаки, т.е формирует 3'-5' фосфодиэфирные связи.Гираза закручивает цепочки ДНК в спираль. РНКаза Н – удаляет праймеры(эукариоты), обладает экзонуклеазной активностью.Теломераза – достраивает теломерные участки хромосом до репликации (только эукариоты)1819Репликация прокариот 20ТеломеразаТопоизомераза - 2 Типы репликации Ϋ-тип (игрек), характерен для линейных хромосом эукариот и некоторых вирусов, так как у них репликативная вилка напоминает букву “игрек”. θ-тип (тэта), Репликация кольцевых хромосом бактерий, плазмид, фага λ сопровождается локальным расхождением цепей кольцевой ДНК в ori. Cи напоминает греческую букву «тэта», поэтому и получила названиеθ-типа. σ-тип (сигма). σ-тип репликации характерен для вирусов с одноцепочечной ДНК или РНК и напоминает катящееся кольцо или разворачивающийся рулон. При этом матричная нуклеиновая кислота напоминает вращающееся кольцо, вокруг которого синтезируется дочерняя цепь. Причем сформированная дочерняя цепочка может содержать несколько тандемно расположенных копий генома вируса, которые впоследствии “разрезаются” специальным ферментом.21Транскрипция-перенос генетической информации с ДНК на РНК. 22Стадии транскрипции.  Стадии транскрипции. 23англ. exit)ТрансляцияЭлонгация трансляции Во время инициации происходят следующие основные события: • диссоциация и антиассоциация рибосомных субъединиц; • выбор инициаторной метионил-тРНК (Met-tRNAiMet); • связывание 5'-кэпа, связывание поли(А), сканирование; • выбор правильного старт-кодона; • объединение рибосомных субъединиц на старт-кодоне.Элонгация Терминация Убиквинирование (Белок убиквитин)СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯГЕНЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛЫ МИКРООРГАНИЗМОВ246. Внехромосомные генетические элементы Рекомбинация бактерий – обмен участками бактериальных хромосом в результате конъюгации, трансформации или трансдукции, приводящий к появлению бактериальных клеток с новым сочетанием генов. В итоге таких изменений ДНК бактерий появляются так называемые рекомбинантные штаммы или рекомбинанты.25Мобильные генетические элементы (МГЭ): (англ. Mobile genetic elements, MGE) — последовательности ДНК, которые могут перемещаться внутри генома или между геномами. Классы МГЭ, отличающихся по строению и способу перемещения: IS-элементы (инсерционные последовательности) – это короткие (700-2500 пар нуклеотидов) и простые МГЭ, кодирующий только ферменты (транспозаза), необходимые для собственного переноса. Транспозоны – это более сложные МГЭ (2500-7000 пар нуклеотидов), содержащие гены, определяющие внешне распознаваемые признаки (например, устойчивость к антибиотикам).Плазмиды - фрагменты ДНК, несущие от 40 до 50 генов.автономные,интегрированные,- плазмиды : трансмиссивные (например, F- или R-плазмиды). Регуляторные: участвуют в компенсировании тех или иных дефектов метаболизма бактериальной клетки посредством встраивания в повреждённый геном и восстановления его функций.Кодирующие: привносят в бактериальную клетку новую генетическую информацию, кодирующую новые, необычные свойства (например, устойчивость к антибиотикам).Группы плазмид Группы плазмидF-плазмидыR-плазмиды (от англ. resistance, устойчивость) кодируют устойчивость к лекарственным препаратам.Плазмиды патогенности контролируют вирулентные свойства бактерий и токсинообразование (плазмиды включают tox+-гены).Плазмиды бактериоциногении кодируют синтез бактериоцинов - белковых продуктов, вызывающих гибель бактерий того же или близких видов. БАКТЕРИОФАГИ7. Экология микроорганизмовЭкология микроорганизмов - наука о взаимоотношениях микробов друг с другом и с окружающей средой. В медицинской микробиологии объектом изучения служит комплекс взаимоотношений микроорганизмов с человеком. ПОПУЛЯЦИЯ – совокупность особей одного вида, обитающих в пределах определенного биотопа. БИОТОП – территориально ограниченный участок с относительно однородными условиями жизни (ЖКТ, ротовая полость: десневой карман, зуб, язык и т.д.). МИКРОБИОЦЕНОЗ – сообщество популяций микроорганизмов, обитающих в определенном биотопе.Фазы развития бактериальной популяцииI. Исходная фазаII.  Фаза задержки размножения. III. Логарифмическая фаза. IV.  Фаза отрицательного ускорения. V. Стационарная фаза максимума. VI. Фаза ускорения гибели. VII. Фаза логарифмической гибели.Фазы развития бактериальной популяцииI. Исходная фаза (стационарная, латентная, фаза покоя). Представляет собой период от момента посева бактерий на питательную среду до начала их роста. В этой фазе число бактерий не увеличивается, а может даже уменьшиться.II.  Фаза задержки размножения. В этот период бактериальные клетки интенсивно растут, но слабо размножаются. Продолжительность около двух часов и зависит от ряда условий: возраста культуры, биологических особенностей микроорганизмов, полноценности питательной среды, температуры и др.III. Логарифмическая фаза. В этот период скорость размножения клеток и увеличение численности популяции максимальны.IV.  Фаза отрицательного ускорения. Наступает по причине истощения питательной среды, т.е. заканчиваются специфические питательные вещества, необходимые для жизнеспособности данного вида. Скорость размножения бактерий снижается, число делящихся особей снижается, а число погибших увеличивается.V. Стационарная фаза максимума. Число новых бактерий почти равно числу отмерших, т.е. наступает равновесие между погибающими клетками и вновь образующимися.VI. Фаза ускорения гибели. Прогрессирует превосходство числа погибших клеток над вновь образующимися.VII. Фаза логарифмической гибели. Отмирание клеток происходит с постоянной скоростью.ТИПЫ ВЗАИМООТНОШЕНИЙ МИКРОБОВ В БИОЦЕНОЗАХСИМБИОЗ АНТАГОНИЗМ НЕЙТРАЛИЗМСимбиоз (греч. Simbiosis- жизнь вместе) – совместное существование различных организмов. Они зависят от степени близости симбионтов: От взаимозависимости партнеров:-факультативный симбиозТипы симбиоза: Типы симбиоза:мутуализмом. Candida2. Комменсализм – форма симбиоза, при которой один организм извлекает пользу для себя , но не приносит вреда другим членам сообщества (ассоциации нормофлоры) 3. Синергизм (взаимопомощь) – усиление физиологических функций симбионтов. Например, совместное выращивание дрожжей и молочно-кислых бактерий сопровождается активацией процессов молочно-кислого брожениясаттелизм – (саттелит – спутник) – форма взаимоотношений, при которой разные виды сосуществуют в одном биотопе, сопровождают друг друга, при этом развитие одного из спутников стимулируется продуктами метаболизма другого. 5. метабиоз – последовательная смена видов в одном и том же биотопе, когда один организм использует продукты жизнедеятельности другого.Антагонистические взаимоотношенияАнтибиоз – способность одного вида выделять токсические вещества , угнетающие жизнедеятельность других видов. КонкуренцияХищничествоПаразитизмИзменчивость – это свойство всех живых организмов приобретать в процессе индивидуального развития новые признаки структурные перестройки внутри генотипа обеспечивает: рекомбинация.Модификации Модификационная изменчивость ПричиныГенетическая рекомбинация у прокариот имеет свои отличительные признаки, что связано: Трансформация - transformatio (лат.) - преобразование, превращение: это форма генетической изменчивости, при которой бактерия - реципиент поглощает из внешней среды трофическим путем фрагменты ДНК бактерии – донора вследствие этого образуются рекомбинантные бактерии, обладающие отельными свойствами донорской клетки. ТРАНСДУКЦИЯ - transductio - перемещение (лат): это перенос генетической информации от бактерии-донора к бактерии-реципиента с помощью умеренного фага (трансдуцирующих бактериофагов).
перейти в каталог файлов


связь с админом