Рекомбинации у бактерий

Рекомбинация генов – процесс образования смешанного потомства в результате генетического обмена между двумя клетками. Вследствие рекомбинации образуются новые бактериальные клетки (рекомбинанты) с признаками обеих клеток. Рекомбинанты содержат основной набор генов реципиента и определенную часть клеток донора. У бактерий к образованию рекомбинантных хромосом ведет три способа переноса генетической информации: трансформация, конъюгация, трансдукция.

Трансформация (лат. transformation – преобразование, превращение) – это изменение свойств бактериальной клетки в результате переноса информации, при котором фрагмент ДНК клетки-донора проникает в клетку – реципиент родственного штамма или вида..

Не все клетки бактерий способны воспринимать ДНК. Клетки, которые воспринимают трансформирующую ДНК, называются компетентными. Они синтезируют специфический белок. Существуют и другие факторы компетентности. Количество компетентных клеток в бактериальной популяции составляет в среднем 1…2%. Состояние компетентности связано со стадией активного размножения бактерий и появляется в начале логарифмической фазы. Продолжительность этого состояния в среднем составляет 15 мин.

Процесс трансформации происходит в несколько стадий: 1) адсорбция и восприятие бактериями-реципиентами фрагмента двунитчатой ДНК клетки-донора (обычно не более 5 генов); 2) эклипс– скрытый период, характеризующийся отсутствием биологического действия ДНК. В этот период двунитчатая ДНК распадается: одна цепь разрушается, другая – участвует в последующих стадиях; 3) интеграция(включение) трансформирующей ДНК в хромосому реципиента в результате разрыва и воссоединения хромосомы донора; 4) экспрессия (проявление генов), т.е. размножение трансформированного клона клеток, потомство которых будет иметь измененный ген.

Таким образом, при трансформации происходит замещение одного генетического участка другим. При этом процессе происходит трансформация чаще одного какого-нибудь признака, реже – двух, так как в реципиентную клетку проникает малый фрагмент ДНК. Различают гомотрансформацию – перенос генетической информации от одного штамма к другому в пределах одного вида, и гетеротрансформацию – перенос ДНК от одного вида к другому.

Конъюгация(лат. conjudatio – сопряжение, совокупление) – передача генетического материала из клетки в клетку при непосредственном контакте путем образования цитоплазматического мостика между бактериями.

Способность бактериальной клетки конъюгировать связана с наличием в ней полового фактора F (англ.fertility– плодовитость) – внехромосомой автономной детерминанты (F-плазмиды). Доноры содержат половой фактор (F+ ), реципиенты – не содержат (F-). Доноры способны синтезировать дополнительные поверхностные структуры – F-пили. Эти поверхностные структуры имеют форму ворсинок. Количество F-пилей от 3 до 10 соответствует числу копий полового фактора. Половые ворсинки представляют собой полые цилиндрические отростки отростки длиной 1…2 мкм, шириной 8…35 нм, образованные белком пилином. Формируются F-пили только у активно растущей клетки за 4…5 мин и в течение такого же промежутка времени сохраняются на ее поверхности, затем сбрасываются. Процесс конъюгации начинается с прикрепления клетки-реципиента к кончику F-пиля, затем клетки приближаются друг к другу. Образуется конъюгационный цитоплазматический мостик, через который и происходит передача донорского генетического материала (рисунок 1.18) .

Конъюгация бывает внутривидовая (между штаммами одного вида), межвидовая, межродовая.

Диссоциация (лат. dissociation– разделение) – это разделение однородной популяции бактерий по культуральным свойствам на типы, отличающиеся от исходной популяции внешним видом и структурой колоний, а также стойкими изменениями некоторых биологических признаков. Эти изменения не затрагивают основные таксономические признаки вида. Таким образом, диссоциация – внутривидовая изменчивость. Она может возникать спонтанно и может быть вызвана искусственно.

Вопросы для самопроверки

1. Какие организмы относятся к микроорганизмам?

2. Какие перспективные направления в развитии микробиологии?

3. Каковы размеры бактериальные клеток?

4. Какие вещества встречаются только в бактериальных клетках?

5. Какие функции выполняют в бактериальной клетке пигменты?

6. Какие функции выполняет клеточная стенка бактерий? Каков ее состав?

7. Какие можно выделить стадии в процессе образования эндоспор бактерий?

8. Каково строение и химический состав бактериальной споры?

9. Как происходит движение бактерий?

10. Что такое таксис?

11. Как происходит деление бактериальной клетки?

12. Каким уравнением описывается экспоненциальный рост бактериальной популяции?

13. В каких фазах кривой роста микроорганизмов прирост биомассы равен нулю?

14. Как осуществляется непрерывное культивирование микроорганизмов?

15. Что такое коэффициент специфичности ДНК?

16. Какие бактерии занимают промежуточное положение между бактериями и грибами, бактериями и водорослями, бактериями и вирусами?

17. В чем особенности строения и химического составе микроскопических грибов?

18. Как размножаются микромицеты?

19. Какое строение имеют мукоровые, аспергилловые и пеницилловые грибы?.

20. Как происходит размножение дрожжей?

21. Чем отличаются вирусы от прокариотных и эукариотных организмов?

22. В каких формах существуют вирусы?

23. Как происходит репродукция вирусов?

24. Как культивируют вирусы?

25. Как происходит взаимодействие фага с бактериальной клеткой?

26. Что собой представляет явление лизогении?

27. В чем различие генотипической и фенотипической изменчивости бактерий?

28. Что такое плазмиды? Каково их практическое значение?

29. Как происходит перенос генетического материала в процессах трансформации, конъюгации, трансдукции?

30. Какие бывают мутации бактерий?

Литература: [2, 4, 7, 8, 9, 10, 11, 13].