Генетика мікроорганізмів

План лекції

Будова клітинного генетичного апарату.
Позахромосомні елементи спадковості.
Мутації.
Рекомбінації.
Основи генної інженерії. Молекулярні

Історія розвитку молекулярної біотехнології

Історія розвитку молекулярної біотехнології

F. Crick i J. Watson – відкривачі структури ДНК

Генетичний матеріал у бактерій представлений:

хромосомою
позахромосомними елементами спадковості:
плазмідами
транспозонами
IS-елементами

Плазміди можуть мати лінійну або кільцеву структуру, є необов‘язковими компонентами мікробної

Мігруючі генетичні елементи

TGATC
ACTAG

GCGTATCG
CGCATAGC

TGATC
ACTAG

GCGTATCG
CGCATAGC

Гени для транспозиції

IS

IS

Гени лікарської стійкості та ін.

5’

3’

3’

5’

3’

5’

3’

5’

Прямі послідовності, що

1. Координуюча: взаємодія транспозонів, плазмід, помірних фагів між собою та хромосомою

1. Регуляторна.
2. Кодуюча.
3. Індукують генні мутації за типом делеції або інверсії.
4.

Класифікація плазмід

За розміщенням в клітині:
позахромосомні
інтегровані
За типом передачі:

Сol – продукція коліцинів
HLy – продукція гемолізинів
Tol – розщеплення толуолу, ксилолу

Функціональні властивості плазмід

Антибіотико
резистентність

пеніцилін

Загибель клітини

R-плазміда

пеніцилін

Розмноження антибітикоcтійких бактерій

фертильність

реципієнт

F-плазміда

F-пілі

вірулентність

Не продукує токсин

плазміда
вірулентності

токсин

донор

метаболізм

плазміда
метаболізму

1. Регуляторна (якщо ген не здатний реплікуватись за рахунок втрати його

високий темп втрати ознаки
збільшення темпів втрати ознаки під впливом температури або

За походженням: спонтанні;
індуковані.
За локалізацією: нуклеоїдні;
цитоплазматичні.
За

інверсія
дуплікація
делеція
дислокація

Хромосомні мутації:

делеція
інсерція (вставка)
заміна:
транзиція (пуринова основа на пуринову, піримідинова – на

1. Пряма мутація
2. Зворотна (обернена) мутація або реверсія
3. Супресорна мутація (внутрішньогенна,

Мутагенні фактори

Фізичні:
1. УФО (λ-260 НМ) – найсильніша мутагенна дія – утворюються

Мутагенні фактори

Хімічні:
1. Азотиста кислота - дезамінує нуклеотиди
2. N-нітрозометилсечовина – супермутаген, канцероген
3.

Дія різних мутагенів на бактерії

Деякі фізичні й хімічні фактори підвищують частоту

R і S форми колоній

Властивості мікробів S-колоній:

Клітини нормальної морфології
Дифузне помутніння бульйону
У рухомих видів є джгутики
У

Методи виявлення мутантів

За різницею в швидкості росту (посів на мінімальне середовище;

Метод реплік для виявлення ауксотрофних мутантів

Повноцінне
середовище

Мінімальне середовище
(ауксотрофи не ростуть)

Світлова репарація –

Репарація тимінових димерів

Гуанін

Цитозин

Тимін

Аденін

Ковалентний звґязок
(тиміновий димер)

розщеплення тимінових

Темнова репарація

1. Деградація прилеглих до пошкодженої ділянок ДНК
2. Вирізання за допомогою

SOS-реактивація

При множинних ушкодженнях ділянки з мутаціями переводяться в неактивний стан, а

ТРАНСФОРМАЦІЯ

Бактеріальна
хромосома

Фрагменти ДНК

Інтеграція ДНК
в хромосому

Деградація

А

В

ДНК плазміди

Бактеріальна
хромосома

Трансформація (досліди Грифітса, 1928; Евері Мк Леода і Макарті, 1944)

ТРАНСДУКЦІЯ

Викликають помірні, дефектні фаги.
Види:
загальна (генералізована)
специфічна
абортивна

ТРАНСДУКЦІЯ (Ціндер і Ледерберг, 1952)

ДНК бактеріофагу

Хромосома клітини хазяїна

Клітина А (донор)

Частинки фагу

Лізис

Фаги

Спеціалізована трансдукція

ВІДМІННОСТІ ТРАНСДУКЦІЇ ТА ФАГОВОЇ КОНВЕРСІЇ

Трансдукція – перенос генетичної інформації з клітини

КОН’ЮГАЦІЯ та її механізм (Ледерберг і Тейтум, 1946)

Кон’югація

рекомбінації

Трансдукція

Кон’югація

Трансформація

Молеку-
лярна
біологія

Мікро-
біологія

Біохімія

Хімічна
інженерія

Генетика

Клітинна
біологія

Молекулярна
біотехнологія

Високо-
врожайні
культури

Лікар-
ські препа-
рати

Вакцини

Діагно-
стичні
методи

Висо-
копродуктив-
ні сільськогос-
подарські
тварини

ПРОДУЦЕНТИ, що найчастіше використовуються в біотехнології

ЕУКАРІОТИ – дріжджі, плісняви, культури

Хромосомна карта E. coli

Переваги одноклітинних продуцентів:

велика швидкість розмноження
використання простих, дешевих субстратів
можливість одержання "суперпродуцентів" шляхом

Біотехнологічні продукти мікроорганізмів - продуцентів

самі клітини як джерело цільового продукту
крупні молекули

СФЕРИ ВИКОРИСТАННЯ БІОТЕХНОЛОГІЇ

Основні продукти, які отримують за допомогою біотехнології

Деякі гормони людини, які продукуються рекомбінантними мікроорганізмами

ГЕНЕТИЧНА ІНЖЕНЕРІЯ –

спрямована зміна геному продуцента в потрібному для людини напрямку:

"ІНСТРУМЕНТИ" ДЛЯ ГЕНЕТИЧНОЇ ІНЖЕНЕРІЇ

ФЕРМЕНТИ (рестриктази, лігази, зворотня транскріптаза)
ВЕКТОРИ (плазміди, помірні бактеріофаги,

СХЕМА ГЕНЕТИЧНО - ІНЖЕНЕРНОГО ЕКСПЕРИМЕНТУ

визначення локалізації потрібного гену (сиквенс, генетичне мапування)

БІОТЕХНОЛОГІЯ

Ферменти, ліки

Рекомбінантні
рослини

Білки

Ядро

Ізольований ген

Вставка у вектор

ГЕНОТЕРАПІЯ

ГЕНЕТИКА ВІРУСІВ

Способи збільшення інформації:
дворазове зчитування одієї іРНК з інших ініціюючих кодонів
зсув

У вірусів можуть бути:

Модифікації (зміна складу білків капсиду, суперкапсиду під впливом

ВИДИ ГЕНЕТИЧНИХ РЕКОМБІНАЦІЙ У ВІРУСІВ

1. Рекомбінація: Обмін генами (міжгенна) та їх

ВИДИ ГЕНЕТИЧНИХ РЕКОМБІНАЦІЙ У ВІРУСІВ

2. Множинна реактивація: вірусна інфекція викликається при

ВИДИ РЕКОМБІНАЦІЙ У ВІРУСІВ

4. Гетерозиготність: одночасній репродукції декількох віріонів, різних за

ВИДИ РЕКОМБІНАЦІЙ У ВІРУСІВ

5. Транскапсидація: частина чужерідного генетичного матерілау, заключеного всередині

ВИДИ РЕКОМБІНАЦІЙ У ВІРУСІВ

6. Крос-реактивація (рятування маркера): реактивація інактивованого геному неінактивованим