Основные определения
- Генетика бактерий - раздел микробиологии, изучающий наследственность и изменчивость микроорганизмов
- Наследственность – способность бактерий воспроизводить одни и те же свойства из поколения в поколение
- Изменчивость – изменение характерных для микроорганизмов свойств под действием физических, химических или биологических факторов
Генетическая система бактерий включает в себя
- Нуклеоид – участок цитоплазмы, содержащий бактериальную хромосому
- Бактериальная хромосома – двухцепочечная, чаще всего кольцевая, молекула ДНК, содержащая все жизненно необходимые гены и множество не жизненно необходимых генов
- Плазмиды – небольшие автономные двухцепочечные кольцевые молекулы ДНК, реплицирующиеся отдельно от хромосомы
Строение бактериальной ДНК идентично строению ДНК эукариот, она так же состоит из нуклеотидов.
Каждый нуклеотид, в свою очередь, состоит из 3-х частей:
- Азотистого основания (пуринового или пиримидинового)
- Углевода (пятиуглеродного сахара дезоксирибозы)
- Остатка фосфорной кислоты
Две полинуклеотидные цепи соединяются друг с другом водородными связями между азотистыми основаниями.
Соблюдаются 2 правила:
- Принцип комплементарности: напротив аденина всегда стоит тимин, напротив цитозина – гуанин.
- Принцип антипараллельности: там, где у одной полинуклеотидной цепи 5’-конец, у другой – 3’-конец, и наоборот
Строение плазмиды
Плазмиды по размеру меньше, чем ДНК (включают от 40 до 50 генов).
В своем составе плазмиды имеют разные участки:
- Участок для связывания фермента ДНК-полимеразы (точка ori). Этот фермент обеспечивает репликацию плазмиды, которая происходит автономно от хромосомы и с большей скоростью за счет маленьких размеров плазмиды.
- Промотор – участок для связывания РНК-полимеразы, необходимой для самостоятельной транскрипции
Классификация плазмид
1. По количеству копий:
- Однокопийные – присутствуют в клетке в виде единичной копии
- Многокопийные – имеют много копий
2. По способности к присутствию в одной клетке:
- Совместимые – способны вместе присутствовать в одной клетке
- Несовместимые – не способны
3. По отношению к хромосоме:
- Автономные - не связаны с бактериальной хромосомой
- Интегрированные – встроены в хромосому клетки
4. По отношению к конъюгации:
- Трансмиссивные – способные передаваться посредством конъюгации
- Нетрансмиссивные – не способны передаваться посредством конъюгации
5. По функции:
- F-плазмиды – плазмиды фертильности. Контролируют синтез F-пилей, способствующих непосредственному контакту бактерий-доноров с бактериями-реципиентами. Могут быть автономными и интегрированными.
- R-плазмиды – плазмиды множественной лекарственной устойчивости.
- Tox-плазмиды – плазмиды патогенности или токсигенности: Ent-плазмиды – синтез энтеротоксина; Hly-плазмиды – синтез гемолизина;
- Col-плазмиды – синтез бактериоцинов, детерминируют синтез колицинов, которые подавляют рост и размножение чувствительных к ним бактерий
- D-плазмиды – плазмиды биодеградации, кодируют синтез ферментов деградации различных соединений (толуола, мочевины, камфоры), необходимых бактериям в качестве источника углерода и энергии.
Мобильные элементы генома
Мобильные элементы генома называются транспозонами.
Это участки ДНК, кодирующие ферменты и другие белки, обусловливающие их миграцию внутри генома ( внутриклеточная подвижность) или между бактериальными клетками (межклеточная подвижность)
Транспозоны бывают простыми и сложными:
- Простой транспозон: содержит в своем составе два инвертированных (обратных) повтора, между которыми находится ген белка транспозазы. Данный ген обеспечивает вырезание и вставку этого мобильного ген-элемента в участки генома.
- Сложный транспозон: так же, как и простой транспозон, содержит обратные повторы и ген транспозазы, но, помимо этого, в его состав входят функциональные гены (например, гены лекарственной устойчивости).
Также транспозоны могут быть репликативными и нерепликативными:
- Нерепликативные транспозоны не способны реплицироваться и способны только к передвижению между элементами генома (ДНК, плазмиды).
- Репликативные транспозоны могут не только перемещать себя из одного место в другое, но и снимают с себя копии - оригинальный вариант транспозона остается на прежнем месте, а копия способна к дельнейшему перемещению
А если хотите знать не только об устройстве генетического аппарата бактерий, но и о морфологии, физиологии, переходите к нашему курсу по общей микробиологии.
Читайте также о методах исследования в микробиологии.