Генетика микроорганизмов

Генетическая информация

Хранение – ДНК, хромосомы, плазмиды, репликация и репарация
Реализация – транскрипция

Хранение генетической информации

ДНК – полимер, состоящий из дезоксирибонуклеотидов

Хранение

Хранение генетической информации

Нуклеоид – область цитоплазмы с расположенной в ней ДНК,

Хранение

Mycoplasma genitalium – возбудитель урогенитального миксоплазмоза. Внутриклеточный паразит, лишенный клеточной стенки,

Хранение

Bradyrhizobium japonicum – вид клубеньковых азотфиксаторов, симбионт сои. Имеет один из

Хранение

Упаковка эукариотической хромосомы

Хранение

Упаковка бактериальной хромосомы

Суперспирализация – бактериальная хромосома состоит из 50–400 отрицательно суперспирализованных

Упаковка бактериальной хромосомы

nucleoid-associated proteins (NAPs) – белки, ассоциированные с нуклеоидом
Отвечают за

Упаковка бактериальной хромосомы

Степень и качество упаковки зависит от периода жизненного цикла:

Хранение

Репликация ДНК

Хранение

Хранение генетической информации

Плазмида - относительно короткие (?) кольцевые (?) молекулы ДНК,

Функции плазмид

Если плазмида дает бактерии способность быть донором при конъюгации, то

Плазмида – идеальный инструмент М-Г исследований

В молекулярно-генетических исследованиях плазмиды используют как

Маркерные гены - GFP

Маркерные гены позволяют узнать результат вставки плазмиды без

Рестриктазы

Ферменты, разлагающие полинуклеотиды
Экзонуклеазы рестрикции и эндонуклеазы рестрикции
В молекулярно-генетических исследованиях используются для

ДНК-лигазы

Совместно с рестриктазами всегда идут ферменты лигазы, ответственные за соединение двух

ЗАЧЕМ?

Хранение

Транспозоны

Важный фактор изменчивости бактериального генома
Транспозоны – МГЭ, способный перемещаться из одного

Виды транспозонов

Инсерционные последовательности (IS) – содержат исключительно гены, предназначенные для работы

Особенности организации генетического материала прокариот

Отсутствие ядра
Транскрипция и трансляция сопряжены во времени

Особенности организации генетического материала прокариот

Отсутствие
процессинга
Полицистронные
мРНК
Отсутствие интронов + гаплоидность =

https://youtu.be/plVk4NVIUh8

Эволюционный Эксперимент

Эксперимент по изучению базовых процессов эволюции, начатый в 1988 году

Методика эксперимента

12 популяций одного штамма Escherichia coli выращивали на минимальной среде

Результаты эксперимента

За первые 20000 поколений зафиксировались 45 мутаций
На удивление большинство мутаций

Результаты эксперимента

После 26000 поколений произошла мутация в гене, ответственном за репарацию

Результаты эксперимента

Популяция А-3, поколение 33127
Помутнение среды
Мутанты E. coli Cit+, способные усваивать

Реализация генетической информации

Реализация

Транскрипция

Одна РНК-полимераза (4 субъединицы)
Для ее работы требуется сигма-субъединица, основная функция которой

Инициация транскрипции

-35 п.н. (бокс Гилберта) и -10 п.н. (бокс Смирнова) от

Элонгация транскрипции

Семнадцатипарный транскрипционный комплекс при элонгации содержит гибрид ДНК и РНК,

Терминация транскрипции

Терминация транскрипции у прокариот может происходить с помощью фактора терминации

Трансляция прокариот

Отсутствие процессинга мРНК: сплайсинга, КЭПирования и полиаденилирования
мРНК + рибосомы +

Инициация трансляции

Реализация

Терминация трансляции

Появление стоп-кодона в A-сайте
Фактор терминации трансляции (релизинг фактор) входит в

Трансляция прокариот

https://www.youtube.com/watch?v=KZBljAM6B1s

Реализация

Передача генетической информации

Бесполое размножение – бинарное деление / почкование
Половое размножение –

Трансформация

Однонаправленный процесс поглощения ДНК из внешней среды клеткой
Осуществляется

Трансформация плазмидой

Конъюгация

Процесс передачи ДНК от одной клетки к другой при непосредственном контакте

Трансдукция

Перенос ДНК посредством вирусов-бактериофагов
Процесс также однонаправленный
Может быть литической – после которой

Передача генетической информации

CRISPR-Cas9

clustered regularly interspaced short palindromic repeats
Система адаптивного иммунитета бактерий и архей

Регуляция экспрессии генов прокариот

Housekeeping gene
Гены домашнего хозяйства
Конститутивные гены
Экспрессируются вне зависимости от

Регуляция работы оперонов

Ф.Жакоб и Ж.Моно в 1961 сформировали теорию регуляции работы

Лактозный оперон

Лактозный оперон: есть глюкоза, нет лактозы

РНК lacI

Транскрипция

Трансляция

Лактозный оперон: есть глюкоза, есть лактоза

РНК lacI

Транскрипция

Трансляция

Трансляция

Лактозный оперон: нет глюкозы, нет лактозы

Лактозный оперон: нет глюкозы, есть лактоза

Полицистронная РНК

Белки
lacZ
lacY lacA

РНК-полимераза

Систематика бактерий и архей

Микробиология

Сложности систематики бактерий

Малые размеры
Малое количество видимых признаков для систематики
Необходимость исследовать биохимию,

Вид
Штамм – культура МО, выделенная единовременно из одного источника
Клон –

Варианты систематики - Система бактерий Берджи

Грамотрицательные эубактерии, имеющие клеточные стенки (16

Филогенетическая систематика