Organizarea materialului genetic al unei celule bacteriene

Genele transporta bacterii de informații enzime sintetizate sau proteine ​​structurale, sunt numite gene structurale. sau gene cistron. Genele-cistron controlate genomului functional - genomul operatorului. care cistronii genelor formează o unitate structurală și funcțională mai complexă a ADN - operon. In cadrul genei operatorului sunt următoarele elemente: un promotor (regiune din care interactioneaza ARN polimeraza) enhensor (zona, întărind transcrierea operonului); atenuator (zona Reducerea operon de lucru), terminator (regiune, blocând funcționarea operonului). La rândul său, operonul sau un grup de operons sub controlul genei controlerului 1. Aceasta formează o unitate structurală și funcțională mai complexă - regulon.

Genele care conțin informații despre o anumită conexiune, de obicei notate cu litere mici inițiale ale alfabetului cu „+“ corespunde cu numele compusului. De exemplu, arg + - gena arginină, + sa - gena histidină, lac + - gena lactoză, etc. Absența acestei gene indicată de marca «-» (arg. - Sa -). Genele care contribuie la rezistența la medicamente, fagii, desemnată de litera R (din limba engleză. -rezistentny rezistent). De exemplu, rezistența la penicilină a înregistrat pen r. și sensibilitate - stilou s (din limba engleză sensibile. - sensibil).

Pentru factorii ereditate extracromozomial în bacterii includ plasmide, transpozoni, secvențe de inserție. Spre deosebire de nucleoid, acestea nu sunt esențiale pentru bacterii, deoarece acestea nu poartă informații despre sinteza enzimelor implicate în metabolismul energetic sau constructiv. Cu toate acestea, factorii ereditate extracromozomial anumite bacterii sunt capabile să confere un avantaj selectiv.

Plasmidele sunt circulare molecula superrăsucit de ADN dublu catenar conținând nucleoid 1500-400000 perechi. Greutatea moleculară a plasmide bacteriene este de 10 6 -10 8 D. Plasmidele pot conține până la 90 de gene care controleaza auto-replicarea plasmidelor samoperenos sau mobilizarea acestora pentru a transfera funcții specifice în sine plasmidul, precum și proprietăți introduse de in celula bacteriana. Plasmidele situate liber in citoplasma, sunt numite autonome. Acestea au o structură de inel, indiferent de nucleoid replicată și poate fi reprezentat de mai multe copii. Plasmidele integrate în nucleoid, numit integrat. Aceste plasmide au o structură liniară, sincronă replicat nucleoid cu 1 exemplar și prezentat. Integrarea plasmid are loc numai în regiunile omoloage ale cromozomului bacterian.

În funcție de capacitatea de a fi transmise prin conjugare de la o bacterie la alta plasmidă este separat într-conjugale și nekonyugativnye. plasmid conjugala samoperenosu capabil, adică, nu numai că se poate transfera dintr-o celulă donator la o celulă recipient, dar, de asemenea, responsabil pentru formarea pililor conjugare (F-plasmid). Nekonyugativnye plasmid transferat bacterii subsidiare cu celule materne fisiune binară, în timpul transformării și transductie. plasmidic Nekonyugativnye sunt incapabile să inducă în mod independent de conjugare, dar poate fi transferată în cursul conjugării de la o bacterie la alta în cazul integrării cu plasmide conjugative.

Plasmidele au fost efectuate două funcții - de reglementare și de codificare. Prima este de a compensa perturbările structurii ADN-ului nucleoid prin inserarea în porțiunea deteriorată și recuperarea funcțiilor sale. Plasmidele funcția de codificare constă în introducerea în celula bacteriană a noi informații genetice, care se manifestă în apariția unor noi trăsături bacteriene (de exemplu, rezistența la antibiotice).

Clasificarea se bazează pe plasmide care plasmide înrudite incapabile de stabil coexistă în aceeași celulă, una dintre ele suferă eliminare. plasmide incompatibile sunt combinate într-un singur inc-grup (din incompatibilitatea engleză -. Incompatibilitatea). Inc-grup corespunde unei specii biologice. De exemplu, plasmidă Enterobacteriacee sunt împărțite în 39 grupe inc- (CICN, incC, INCD etc.). Plasmidele legate de același inc-grup au greutate moleculară similară, un grad înalt de proprietăți morfologice și serologice similare de celule ADN conferă omologie.

Prin orientarea funcțională a fost izolat: conjugare (F-), rezistența (R-), bakteriotsinogennye (izare), patogenitatea (Ent-, Hly-) și biodegradativnye plasmid criptic.

F-plasmid (din fertilitatea engleză -. Fertilitatea) conțin gene care controlează formarea pilului conjugare (F-pili) necesare în timpul bacteriilor donatoare conjugare (F +) bacteria receptoare (F -). Transferul materialului genetic din plasmida F determină tra-operonului (din transferul englez -. Transferat). F-plasmidă poate fi fie un stand-alone sau într-o stare integrată. F-plasmid autonomă este replicată independent de nucleoid și pot fi transferate în celule receptor în timpul conjugare. plasmid Integrative F-stat reversibil.

R-plasmid (din rezistența engleză -. Rezistența) includ gene care asigură rezistență la bacterii droguri. R-plasmide sunt plasmide conjugative, deoarece, împreună cu gene de rezistență conține toate genele responsabile pentru transferul factorilor de stabilitate la celula la celula. Pentru rezistenta la orice antibiotic intalneste r-gene, care pot include secvențe de inserție și transpozoni. Multe dintre genele R sunt transpozoni. Tra-operon plasmide-R conjugare le permite.

Plasmidele Bakteriotsinogennye conțin gene care codifică proteine ​​bacteriocine. care cauzează moartea bacteriilor din aceeași specie sau specii înrudite. Primele bacteriocine - colicinei s-au găsit în Escherichia coli (de aici Col-plasmide). bacteriocine similare detectate in ciuma bacterii (pestitsiny), stafilococi (stafilotsiny), Vibrio cholerae (vibriotsiny). Bacteriocine promova supraviețuirea bacteriilor care le produc, suprimarea activității de viață a microorganismelor competitive. Bakteriotsinogennye plasmid relativ mare (MW 25-150 * luna iunie 10 D) sunt prezente în celula bacteriană într-o cantitate de 1-2 copii, de preferință în afara statului; conjugare (au tra-operon). Larg răspândit printre bacteriile Gram-negative.

Plasmidele patogenitate controlul formării de substanțe toxice și proprietățile de virulenta de bacterii. Acestea includ Ent-plasmid (sinteza cauza enterotoxine), Hly-plasmid (sinteza hemolizină care codifică), CFA-plasmid (adeziunea de control, colonizare și unele antigene), și F-, R- și Col-plasmide conținând Tox-gene responsabil pentru formarea de toxine.

plasmide Biodegradativnye conțin gene care codifică enzime saccarolitic, proteolitice și alte, permițând distrugerea compușilor organici și anorganici, inclusiv cele care conțin metale grele. Disponibilitatea biodegradării plasmidelor în bacterii patogene sau oportuniste la om le conferă un avantaj asupra reprezentanților microflorei autohtone. De exemplu, E. coli care conțin plasmidul biodegradare cu gena ureazei capabilă să fermenteze uree și de a supraviețui în tractul urogenital.

Criptice plasmide (ascunse) conțin gene care ar putea fi identificate prin expresia fenotipică.

Plasmidă - este organisme parțiale simple, lipsite de coajă, sistemele sale de sinteză proprii de proteine ​​și mobilizarea energiei și care reprezintă clasa de paraziți intracelulari absolute, înzestrând bacteriile lor gazdă benefice pentru proprietățile lor. Plasmidele, precum și virusuri, care nu sunt în măsură să crească și să împartă binare, ele se multiplica prin reproducerea în sine din genomul propriu. Caracteristicile specifice ale plasmide, care le diferențiază de viruși, sunt prezentate în tabelul. 2.

Caracteristicile comparative ale plasmide și virusuri

Consecințele infectarea celulelor

functiile genomului bacteriene nu sunt suprimate, reproducere controlată, lipsa de celule moarte; dotarii proprietăți bacteriene care asigura propagarea lor în condiții nefavorabile

Suprimarea funcționării genomul celulei, reproducerea necontrolată, moartea celulară; persistența, dotarii celule fagi moderate proprietăți adiționale.

Structura transposonul cuprinde: (1) transpuse structural și / sau gene funcționale; (2) secvența 2-insert (Is-elemente); (3) secvențe repetate directe (transpozoni de limitare). transpoziție

zone sunt în nucleoid și plasmide capabile să se deplasează în ADN-ul lor nucleoid să se deplaseze din plasmida și, invers, din plasmida pe o plasmidă sau fage temperată, și integrarea acestora. Pentru integrarea omologie ADN transpozonului nu este necesară, astfel încât elementele de tip TN-pot fi încorporate în ADN-ul dobândi aproape aleatoriu asemănare remarcabilă la provirusuri. Transpozoni în stare liberă (nelegate la plasmide ADN și nucleoid) structurile ciclice sunt incapabile de auto-replicare. Transpozoni sunt reproduse doar in cromozomul bacterian sau plasmidă. Propagarea vertical transposon se produce atunci când fisiune binară a celulelor bacteriene raspindit purtata orizontal prin recombinări. Transpozonii sunt 2 funcții: de codificare și de reglementare. Funcția de codificare constă în realizarea de gene rezistenta la antibiotice, toxine sintetice, enzime metabolice, si altele. Transpozonii funcția de reglementare este abilitatea de a afecta activitatea funcțională a genelor și plasmidele nucleoid (activa sau gene bloc). Atunci când sunt integrate transpozon în ADN-ul de bacterii au duplicarea, în mișcare de apel - ștergeri și inversiuni. Prezența secvențelor terminale-transpozon specifice releva Tn-elemente in celulele de plante, nevertebrate și vertebrate, inclusiv oameni.

secvență de inserare sau IS-elemente (din inserția engleză -. Insertion și secvența - secvența) sunt fragmente de ADN lineare care conțin perechi nucleoid 800-1500. Organizarea structurală a-elemente este este prezentată în Fig. 3.

Secvențele de inserție în stare liberă nu poate fi detectată. Este-elemente sunt situate în nucleoid, plasmide, fagi temperate, transpozoni sunt o parte. Este-elemente - cel mai simplu tip de elemente migratoare care se deplasează de-a lungul integral repliconii ADN (nucleoid plasmide). Auto-replicate nu se poate. Secvențele de inserție nu conțin gene care codează pentru caracteristici fenotipice, ceea ce complică identificarea elementelor-Is. Acestea includ gene de transpunere, care controlează frecvența și recombinare situs specifică. mecanisme de transpunere rareori puse în aplicare - o dată la fiecare 10 5 -10 7 generatii. Este-elemente sunt capabile de a se integra în genomul bacterian prin replicativ recombinare. Atunci când are loc această dublare este element de inserție 1 și copie de ADN la un situs specific. Reglator este elemente funcționale includ: (1) schimbare în activitatea genelor bacteriene (activare sau inhibare a genei); (2) reglementarea nucleoid interacțiune, Plasmidele traspozonov și fagii temperate; (3) inducerea de mutații sau deleții de tip inversiuni (în mișcare) și duplicări (atunci când sunt integrate în nucleoid).