Генетика бактерий. Изменчивость

Основные определения

• Генотип – совокупность генов, ответственных за те или иные признаки
   
• Фенотип – совокупность реализованных признаков данного организма
   
• Фенотип зависит не только от наличия соответствующего гена, но и от условий, способствующих его проявлению (реализации признака)

 

Фенотипическая изменчивость

Фенотипическая изменчивость – изменение свойств бактерий под влиянием факторов внешней среды без изменения генетического аппарата.

Механизм: изменение экспрессии генов, без изменения генотипа

• Изменения носят обратимый характер

Проявления:

• Изменение морфологических признаков (изменение формы и размера клеток, утрата капсулы, жгутиков)
• Изменение культуральных свойств (образование колоний разной величины и формы – образование R-форм и S-форм колоний)
• Изменение биохимической активности.

 

Генотипическая изменчивость

Генотипическая (наследственная) изменчивость – изменение  свойств бактерий в результате «поломок» генетического материала под влиянием различных факторов. 

Механизм: изменение генотипа

• Изменения носят необратимый характер

Механизмы генотипической изменчивости:

• Мутации – изменения последовательности азотистых оснований в ДНК
• Латеральный (горизонтальный) перенос ДНК между бактериальными клетками:

1. Трансформация
2. Конъюгация
3. Трансдукция

 

Мутации. Классификации мутаций

1. По происхождению:

• Спонтанные – возникают под влиянием внутренних факторов в результате ошибок ДНК-полимеразы во время репликации ДНК или в результате недостаточности механизмов репарации  
   
• Индуцированные – возникают под действием внешних химических, физических или биологических факторов – мутагенных факторов. Частота возникновения во много раз выше частоты спонтанных мутаций.

2. По протяженности:

• Точечные – затрагивают одно основание. Встречаются наиболее часто    
   
• Генные – затрагивают один ген    
   
• Хромосомные – затрагивают несколько генов

3. По направленности:

• Прямые – приводят к потере функции  
   
• Обратные – при восстановлении исходного генотипа после реверсии

4. По локализации:

• Хромосомные
   
• Плазмидные

5. По функции:

• Летальные – полная утрата способности синтезировать жизненно важные ферменты  
   
• Сублетальные – изменение функциональной активности синтезируемого фермента без утраты синтеза  
   
• Нейтральные – фенотипически не проявляются какими-либо изменениями признаков

6. По фенотипу:

• Морфологические – в результате изменяется ряд морфологических признаков  
   
• Функциональные – обеспечивают устойчивость к ингибиторам, антибиотикам, бактериофагам; изменяют способность использовать определенный субстрат; изменяют вирулентность клеток, их антигенные свойства, то есть определяют характер взаимоотношений с другими организмами

 

Типы мутаций

1. Делеция – выпадение одного или нескольких пуриновых или пиримидиновых оснований
    
2. Инсерция – вставка одного или нескольких пуриновых или пиримидиновых оснований    
    
3. Дупликация – удвоение количества пуриновых или пиримидиновых оснований  
    
4. Дислокация (транслокация) – перемещение пуриновых или пиримидиновых оснований  
    
5. Инверсия – переворот пуриновых или пиримидиновых оснований относительно друг друга

 

Точечные мутации:

1. Транзиция – замена пурина на пурин или пиримидина на пиримидин  
    
2. Трансверсия – замена пурина на пиримидин или пиримидина на пурин

 

Горизонтальный перенос генов

Горизонтальный перенос генов — обмен генетической информацией между различными эволюционными группами.

Горизонтальный перенос генов происходит у микроорганизмов, обитающих в схожих условиях среды, и возможен даже между отдаленными систематическими группами; позволяет быстро приобретать новые свойства. 

Существуют 3 механизма горизонтального переноса генов:

1. Трансформация
    
2. Трансдукция  
    
3. Конъюгация

 

Трансформация

Трансформация – изменение свойств бактерий в результате поступления в клетку-реципиент из окружающей среды свободного фрагмента ДНК, изолированного из клетки-донора. Происходит как in vivo, так и in vitro. 

В трансформации может участвовать как хромосомная, так и плазмидная ДНК.
 

Трансдукция

Трансдукция – процесс передачи ДНК от клетки-донора в клетку-реципиент при участии бактериофагов. Трансдуцирующими свойствами обладают только умеренные фаги.

Выделяют 3 типа трансдукции:

1. Неспецифическая – ДНК фага встраивается в различные участки хромосомы бактерии и переносит случайные гены
2. Специфическая – бактериофаг встраивается в строго определенный участок генома бактерии и переносит только определенные гены
3. Абортивная – бактериофаг  переносит из одной клетки в другую участок ДНК, который не включается в геном реципиента

 

 

Конъюгация

Конъюгация – это передача генетического материала от клетки-донора в клетку-реципиент при их непосредственном контакте через конъюгационный мостик с помощью плазмид.

Необходимым условием конъюгации является наличие в клетке-доноре F – плазмиды

Механизм конъюгации:

• Перенос информации происходит в одном направлении – от F + клетки  к F – клетки:    
   
• Молекула  ДНК донора расщепляется
   
• Одна нить донорской ДНК передается через конъюгационный мостик в клетку-реципиент  
   
• Достраивание комплементарной нити до образования двунитевой структуры.

 

А если хотите узнать о морыологии бактерий, переходите к нашему курсу. 

Читайте также о генетическом аппарате бактерий.