Особенности организации геномов спирохет

Морфологическая характеристика актиномицетов (лучистых грибов по старым классификациям). Актиномицеты - формы бактерий, имеющие истинный, не имеющий перегородок мицелий. Мицелиальный (в виде ветвящихся нитей) рост этих грамположительных бактерий придает им внешнее сходство с грибами. Это сходство усиливается вследствие наличия у высших форм актиномицетов наружных неполовых спор, которые называются конидиями.

В отличие от грибов, актиномицеты имеют прокариотическое строение клетки, не содержат в клеточной стенке хитина или целлюлозы, размножаются только бесполым путем. У низших актиномицетов мицелий фрагментируется на типичные одноклеточные бактерии. Мицелий актиномицетов подразделяют на субстратный (в субстрате) и воздушный. К мицелиальным бактериям относят микобактерии, рода накардий и актиномицетов, несколько родов высших актиномицет.

Представители рода Mycobacterium, в который входят возбудители туберкулеза, являются кислотоустойчивыми микроорганизмами, плохо воспринимающими краски. Их высокая резистентность во внешней среде , кислотоустойчивость и ряд других свойств связан с особым составом клеточной стенки, большим содержанием липидов и воска.

У представителей родов Actinomyces и Nocardia мицелий выражен в значительно большей степени, чем у микобактерий, однако в старых культурах они также проявляют тенденцию фрагментироваться на отдельные клетки неправильной формы. Микроорганизмы рода Actinomyces являются анаэробами, Nocardia - аэробами, многие из которых проявляют кислотоустойчивость.

Микроорганизмы, относящиеся к высшим актиномицетам (рода Streptomyces, Micromonospora) образуют мицелий и размножаются наружными неполовыми спорами или конидиями. Обычным местом обитания для большинства из них является почва. Однако ряд видов актиномицет и нокардий могут инфицировать раны и вызывать образование абсцессов. Для актиномицетов характерно образование друз - плотных “зерен” в гное, представляющих собой беспорядочно переплетенные в центре нити мицелия с радиально отходящими на периферию колбовидно расширенными на концах “дубинками”. С некоторыми актиномицетами (например, стрептомицетами) связана способность выработки антибиотиков.

Спирохеты - группа одноклеточных хемогетеротрофных бактерий с очень характерной морфологией. Строением своих клеток и способом передвижения они отличаются от всех других бактерий. Клетка спира­левидная, как у спириллы, но не ригидная, а чрезвычайно гибкая. В сравнении с длиной (5-500 мкм) толщина ее необычно мала (0,1-0,6 мкм). Поэтому спирохеты проходят через мелкопористые фильтры (с отверстиями 0,2-0,45 мкм), задерживающие большинство бактерий, и путем фильтрования можно получать их накопительные культуры. Из-за малой толщины клетки спирохет трудно увидеть в светлом поле, и их обычно наблюдают в условиях фазового контраста или в темном поле.

Строение клетки. Вклетках спирохет можно различать три главных компонента: протоплазматический цилиндр, осевые фибриллы инаруж­ную оболочку (рис. 3.10). Спирально извитой протоплазматический ци­линдр снаружи окружен комплексом из плазматической мембраны и клеточной стенки. Вокруг цилиндра обвиваются нити, называемые по отдельности осевыми фибриллами, а в совокупности-аксостилем. Каж­дая фибрилла одним концом прикреплена вблизи конца клетки, а дру­гой ее конец свободен. Число фибрилл варьирует от вида к виду: у Treponemapallidumи Leptospiraимеется чаще всего 4 фибриллы, уBorreliaдо 18, а у Cristispiraболее сотни. На обоих концах клетки при­креплено примерно одинаковое число фибрилл; в середине или по всей длине клетки фибриллы перекрывают друг друга. Наружная мембрана охватывает протоплазматический цилиндр и фибриллы.

Риккетсии- мелкие плеоморфные микроорганизмы от кокковидных до палочковидных, иногда нитевидные, однако чаще короткие палочки 0,3-0,6 х 0,8-2,0 мкм, у некоторых видов длиной до 4 мкм перед делением клеток. Жгутиков и капсул нет, но на электронных микрофотографиях клеток, подвергнутых минимальным лабораторным манипуляциям, обычно виден внешний слой аморфного материала. Грамотрицательные микроорганизмы, плохо окрашиваются обычными анилиновыми красителями. Удерживают основной фуксин. Применяется также модификация окраски по П.Ф.Здродовскому, который в связи с наличием большого количества липоидов рекомендовал использование карболового фуксина. При этом риккетсии окрашиваются в ярко-розовый или рубиново-красный цвет, цитоплазма клеток — в голубой, ядра — в синий.

Риккетсии имеют сходное с классическими грамотрицательными бактериями строение клетки: снаружи расположен микрокапсулярный слой толщиной 10-15 нм, обладающий антигенными свойствами, далее выявляется трехслойная мембрана клеточной стенки шириной 8-12 нм; цитоплазма образуется рибосомоподобными гранулами, между которыми обнаруживаются нити ДНК. При электронной микроскопии различают двухслойную клеточную оболочку, напоминающую по химическому составу клеточную оболочку бактерий, а также диффузно расположенный в цитоплазме ядерный материал — нуклеоид, рибосомы, РНК, ДНК. При изучении поверхностных структур риккетсий с помощью электронной микроскопии выявлены, как у многих бактерий, особого рода образования — волосовидные придатки или фимбрии. С наличием жгутикоподобных образований у R.sibirica, возможно, связана подвижность. У ряда видов риккетсий отмечают наличие вегетативных и покоящихся форм.

Микоплазмы — самые мелкие прокариотические микроорганизмы, не имеющие клеточной стенки (это придает им сходство с L — формами бактерий) и способные к паразитированию на мембранах эукариотических клеток. Способность персистировать на мембранах клеток связана с наличием сходства структуры и состава цитоплазматической мембраны микоплазм с мембранами клеток эукариот и использовании микоплазмами их компонентов (прежде всего холестерина и фосфолипидов) для построения собственных структур. Микоплазмы имеют трехслойную цитоплазматическую мембрану, обеспечивающую целостность микробных клеток и частично замещающую в функциональном отношении отсутствующую клеточную стенку.

Представители семейства Chlamydiaceae (хламидии) являются патогенными облигатными внутриклеточными бактериями, паразитирующими в чувствительных клетках теплокровных (млекопитающих, птиц, человека и др.).

Они близки по структуре и химическому составу к классическим бактериям. Для них характерно сохранение морфологической сущности на протяжении всего жизненного цикла, деление вегетативных форм, наличие клеточной стенки, содержание ДНК и РНК, энзиматическая активность, чувствительность к антибиотикам широкого спектра, наличие общего родоспецифического антигена.

В то же время хламидии по размерам меньше классических бактерий, имеют небольшой геном, являются облигатными внутриклеточными паразитами с уникальным циклом развития. Они не способны синтезировать высокоэнергетические соединения и обеспечивать собственные энергетические потребности (энергозависимые паразиты),что и определяет их облигатный паразитизм.

С учетом своих особенностей хламидии занимают самостоятельное (особое) положение среди других микроорганизмов — прокариот. Для человека имеют значение преимущественно представители двух родов — Chlamydia и Chlamydophila. Наибольшее значение имеют три вида.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Особенности строения спирохет, актиномицетов, риккетсий, хламидий¸ микоплазм, грибов и простейших. Методы исследования и медицинское значение.

Спирохеты– это бактерии, относящиеся к отд. Gracilicutes, сем. Spirochaetaceae.

Патогенными для человека являются три рода спирохет: р. Treponema, р. Borrelia, р. Leptospira.

р. Treponema - 8-12 неглубоких одинаковых завитков. T. pallidum – возбудитель сифилиса.

р. Borrelia - 3-8 неодинаковых завитков. Bor. recurrentis – возбудитель возвратного тифа.

р. Leptospira - много мелких завитков (в виде веревки), концы изогнуты в виде крючков и имеют утолщения. При движении образуются вторичные завитки в виде букв S или С. L. interrogans – возбудитель инфекционной желтухи.

Актиномицеты (лучистые грибы) – это бактерии, относящиеся к отд. Firmicutes, сем. Actynomycetaceae.

Клетки в виде ветвящихся нитей (гиф) без поперечных перегородок. Гифы переплетаются и образуют мицелий (как грибы). Мицелий бывает субстратный (врастает в питательную среду) и воздушный (на поверхности среды).

К нокардиоподобным актиномицетам относится группа палочковидных или неправильной формы бактерий, иногда ветвящихся форм ( р. Corynebacterium, р. Mycobacterium, р. Nocardia). Они содержат в стенке миколовые кислоты и большое количество жиров и восков. Это придает им кислотоустойчивые свойства, поэтому они не обесцвечиваются серной кислотой. Их окрашивают по методу Циля-Нильсена. Для окраски используют 5% карболовый фуксин Циля, 5% раствор серной кислоты и метиленовый синий по Леффлеру. Сущность метода:кислотоустойчивые бактерии окрашиваются в красный цвет (цвет фуксина), т.к. миколовая кислота взаимодействует с карболовым фуксином и затем не происходит обесцвечивания серной кислотой. Остальные (некислотоустойчивые) бактерии обесцвечиваются и докрашиваются в синий цвет метиленовым синим. Таким образом, кислотоустойчивые бактерии можно отличить от других.

Медицинское значение актиномицетов: 1) образуют антибиотики (стрептомицин, тетрациклин); 2) вызывают инфекционные заболевания (актиномикозы, туберкулез, дифтерию, нокардиозы).

Риккетсии– это бактерии, которые относятся к отд. Gracilicutes, сем. Ricketsiaceae. Свое название получили в честь американского ученого Х.Т. Риккетса. Мелкие грамотрицательные палочки или кокки (полиморфные). Не имеют жгутиков, спор и капсул. Размножаются бинарным делением.

Риккетсии – это облигатные внутриклеточные паразиты. Они размножаются только в живых клетках. Это свойство сближает их с вирусами. Но в отличие от вирусов их можно наблюдать в обычном световом микроскопе. Они выращиваются в желточном мешке куриного эмбриона, культурах живых клеток и тканях животных.

Риккетсии окрашиваются по методу Романовского-Гимзы в розово-красный цвет. При окраске по П.Ф. Здродовскому риккетсии окрашиваются в рубиново-красный цвет, а клеточные элементы – в голубой (цитоплазма) или синий (ядро) цвет.

Большинство риккетсий - паразиты членистоногих (свыше 40 видов). Некоторые виды вызывают заболевания у человека (риккетсиозы) Например, эпидемический сыпной тиф (переносчики этого заболевания – вши).

Выделяют 2 формы хламидий: 1) элементарные тельца (0,3 мкм) – вне клетки; способны заражать другие клетки;2) ретикулярные тельца (до 1,5 мкм) – внутри клетки, они способные к бинарному делению. В результате этого в клетке образуются микроколонии хламидий, которые находятся в вакуоли. Затем они распадаются на элементарные тельца и покидают клетку. Клетка погибает, а элементарные тельца заражают новые клетки.

Хламидии окрашиваются по методу Романовского-Гимзы. В живом состоянии обнаруживают при фазово-контрастной микроскопии. Вызывают у человека заболевания: трахому, орнитоз, конъюнктивит и др.

Микоплазмы – это бактерии, которые относятся к отд. Tenericutes, классу Mollicutes (мягкокожие). Это самые мелкие грам"-" бактерии (0,3-0,9 мкм). Главная черта– отсутствие клеточной стенки. Клетки окружены только ЦПМ, поэтому они имеют разнообразную форму: кокки, палочки, колбовидные, грушевидные или нитевидные (до 150 мкм). Снаружи ЦПМ – капсулоподобный слой, в цитоплазме – нуклеоид, рибосомы, мезосомы. Спор не образуют. Большинство микоплазм неподвижны, но у некоторых имеются структуры, которым приписывают функцию движения. На плотной среде образуют колонии, напоминающие яичницу (непрозрачная центральная часть окружена просвечивающимся периферическим кругом).

Микоплазм обнаруживают в живом состоянии при фазово-контрастной микроскопии и путем электронной микроскопии.

Вызывают заболевание у человека по типу острой респираторной инфекции (Mycoplasma pneumonia).

Грибы – это организмы, сочетающие свойства растений и животных и выделенные в отдельное царство Грибы (Mycota). Это царство относится к эукариотам (ядерным организмам). Грибы отличаются более сложным, чем бактерии, строением.

Грибы – это одно- и многоклеточные организмы. Среди них имеются микроскопические формы. Грибы разнообразны по внешнему виду, местам обитания и физиологическим функциям.

Грибы состоят из длинных тонких ветвящихся нитей – гиф. Совокупность их образует грибницу или мицелий. У низших грибов (фикомицетов) гифы не имеют перегородок, и мицелий представляет собой как бы одну гигантскую клетку с большим числом ядер.

У высших грибов (эумицетов) гифы разделены перегородками (септами) на отдельные клетки с одним или несколькими ядрами (в центре перегородки остается пора, через которую перетекает цитоплазма).

Клетки грибов покрыты твердой оболочкой из хитина. В цитоплазме клетки имеется ядро с ядерными мембранами, митохондрии, лизосомы, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, вакуоли с запасными веществами (важнейшее из них – гликоген).

У грибов различают вегетативное (почкование, фрагментация гиф), бесполое и половое размножение при помощи спор.

Грибы, которые размножаются бесполым и половым путем, называются совершенными. Грибы, у которых отсутствует половой путь размножения, называют несовершенными.

Медицинская микробиология изучает грибы, имеющие микроскопические размеры (и др. грибы), вызывающие заболевания человека, животных, лекарственных растений, а также грибы, которые образуют антибиотики.

Грибы рода Mucor (головчатая плесень) относятся к зигомицетам. Распространены в почве, воздухе; селятся на хлебе, овощах, навозе и т.п. Мицелий не имеет перегородок, многоядерный, сильно ветвится. При бесполом размножении у мукора образуются вертикальные плодоносящие гифы – спорангиеносцы, на концах которых развиваются шаровидные спорангии в виде головки. Внутри спорангия образуются многочисленные споры (эндоспоры). Половое размножение осуществляется путем образования зигоспор. Представители вызывают мукоромикозы легких, головного мозга и др. органов.

Грибы рода Aspergillus (леечная плесень) относятся к аскомицетам. Такое название они получили потому, что при половом размножении образуют сумку (аск), в которой находится 4 или 8 гаплоидных аскоспор. Имеют септированный мицелий. При бесполом размножении на концах плодоносящих гиф – конидиеносцах - образуются утолщения – стеригмы с цепочками экзоспор – конидий (стеригма с отходящими конидиями напоминает струи жидкости, льющиеся из лейки). Некоторые виды аспергилла вызывают аспергиллезы и афлатоксикозы.

Грибы рода Penicillium (зеленая плесень, кистевик) относятся к аскомицетам. Мицелий септирован. Плодоносящая гифа имеет вид кисточки, т.к. конидиеносец разветвляется на более мелкие структуры – стеригмы, от которых отходят цепочки конидий. Из некоторых видов пеницилла (P. notatum, P. chrysogenum) был получен первый антибиотик – пенициллин. Имеются патогенные виды, вызывающие заболевания у человека – пенициллинозы.

Представителями аскомицетов являются и дрожжи. Они не имеют мицелия. Это – одноклеточные грибы. Клетки имеют овальную форму (3-15 мкм). Размножаются бинарным делением, почкованием или половым путем с образованием аскоспор. Большинство – сапрофиты. Их способность вызывать спиртовое брожение используется в хлебопечении, пивоварении и т.д. Некоторые виды вызывают заболевания – дрожжевые микозы (бластомикозы). К аскомицетам относится и возбудитель эрготизма – гриб спорынья (Claviceps purpurea), паразитирующий на злаках.

Грибы рода Candida относятся к дейтеромицетам (несовершенным грибам). Их называют дрожжеподобными грибами. Они также делятся почкованием, клетки имеют овальную форму (2-5 мкм). Отличаются тем, что при почковании образуют псевдомицелий: почкующиеся дочерние клетки не отходят от материнской, а вытягиваются в нити. Размножаются при помощи хламидоспор, которые образуются бесполым путем на концах псевдомицелия. Вызывают у человека заболевания – кандидозы– поражения кожи, слизистых оболочек и внутренних органов. Чаще кандидоз возникает как эндогенная инфекция. Так, C. albicaus – это представитель нормальной микрофлоры человека и вызывает заболевание при нарушении обычных соотношений в микробных ассоциациях (например, при длительной и неправильной антибиотикотерапии).

К несовершенным грибам относятся многие патогенные виды – возбудители трихофитии, микроспории, парши, эпидермофитии.

Микроскопическое исследование грибов производят в неокрашенных препаратах – в "раздавленной" или "висячей" капле.

Простейшие составляют подцарство Protozoa, принадлежащее к царству Животные (Animalia). Это одноклеточные эукариотические организмы (5-30 мкм). Простейшие включают 7 типов, из которых 3 типа имеют патогенных представителей.

Строение клеток простейших соответствует эукариотам: мембрана (пелликула) – аналог ЦПМ; ядро (одно или несколько) с ядрышком и ядерной оболочкой, эндоплазматическая сеть, митохондрии, лизосомы, многочисленные рибосомы. Некоторые имеют опорные фибриллы. Имеют специальные сократительные и пищеварительные вакуоли. Питаются путем фагоцитоза или образуют специальные структуры. Передвигаются при помощи жгутиков, ресничек, путем образования псевдоподий. Размножение осуществляется простым делением и половым путем.

п/тип Mastigophora (Жгутиконосцы) трипаносомы, лейшмании, трихомонады, лямблии

п/тип Sarcodina (Саркодовые) дизентерийная амеба

класс Sporozoa (Споровики) малярийный плазмодий, токсоплазмы

К жгутиконосцам (п/тип Mastigophora) относятся простейшие, имеющие один или несколько жгутиков (органы движения) и ундулирующую мембрану у трипаносом и трихомонад. К ним относятся такие патогенные представители, как:

- трипаносомы – возбудители африканского трипаносомоза (сонной болезни) и американского трипаносомоза (болезни Шигаса);

- лейшмании – возбудители кожного и висцерального лейшманиозов;

- трихомонады – поражают кишечник и мочеполовые пути человека;

- лямблии – возбудители лямблиоза (заболевания тонкой кишки).

К саркодовым (п/тип Sarcodina) относится дизентерийная амеба, паразитирующая в толстом кишечнике. Передвигается при помощи псевдоподий. Половой путь размножения отсутствует. В жизненном цикле встречаются следующие формы: цисты (четырехядерные), мелкая вегетативная, крупная вегетативная и тканевая формы. Вегетативные (просветные) формы обитают в просвете кишечника, питаясь его содержимым, и не наносят вреда. При снижении резистентности организма они внедряются в слизистую оболочку кишечника и превращаются в тканевую форму, питающуюся клетками стенки кишечника и эритроцитами. В результате на слизистой оболочке образуются язвы, и развивается амебная дизентерия (кишечный амебиаз). Вегетативные формы во внешней среде погибают. Цисты устойчивы.

Класс Sporozoa (тип Apicomlexa) представлен только паразитическими формами. К нему относятся возбудители малярии, токсоплазмозов, кокцидиозов, саркоцистозов, пневмоцистоза. Возбудитель малярии – малярийный плазмодий – имеет сложный жизненный цикл, характеризующийся чередованием полового размножения (спорогонии в организме самки комаров рода Anopheles) и бесполого (шизогонии в клетках тканей и эритроцитах человека). Возбудитель токсоплазмоза – токсоплазма – имеет форму полулуний. Это заболевание распространено среди всех млекопитающих. Заражение человека происходит от животных. Токсоплазмы могут проникать через плаценту и поражать нервную систему и глаза плода.

К типу Ciliophora относится возбудитель балантидиаза – равнореснитчатая инфузория Balantidium coli. Тело ее покрыто многочисленными ресничками, при помощи которых инфузория передвигается. В клетке имеется два ядра. Балантидиаз – тяжелая форма колита с поражением толстого кишечника. Источник заражения – свиньи, у которых балантидий паразитирует в кишечнике.

Простейших исследуют в живом виде или применяют сложные методы окраски. По Романовскому-Гимзе цитоплазма окрашивается в синий цвет, а ядро в красный.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Происхождение термина

Структурные особенности наследственной конституции прокариотов

Бактериальный геном прокариотов представлен генетическими элементами, обеспечивающими репликативную функцию – репликонами. Для бактериальной клетки это – хромосома и плазмиды. Чаще всего они имеют кольцевую форму, хотя возможно и линейное строение молекул-носителей ДНК.

В качестве примера можно взять геном спирохеты, вызывающей клещевой боррелиоз. Геном спирохеты Borrelia burgdorferi представлен линейной хромосомой и плазмидами, часть которых также линейна по строению.

Геномы эукариотов и бактерий значительно различаются по количеству генов и, соответственно, размеру – от нескольких тысяч у бактерий до миллиардов пар оснований у эукариотов, в том числе человека. Геномы вирусов и бактерий представляют класс компактных геномов, не превышающих нескольких миллионов пар оснований.

Особенности строения

Геном прокариотов представляет собой бактериальную хромосому и плазмиды, содержащих наследственную информацию, которая хранится как определенная очередность нуклеотидов ДНК. Это, в свою очередь, определяет порядок расположения аминокислот в белке бактериальной клетки.

Каждому белку бактериальной клетки соответствует участок ДНК, характеризующийся конечным числом и порядком расположения нуклеотидов.

Строение хромосомы прокариотов

Хромосома бактериальной клетки – это одна двухцепочная закольцованная молекула ДНК, строение которой определяется большим количеством (до 4 тысяч) генов. Она содержит гаплоидный генетический набор – имеет одну копию набора непарных хромосом, которая удваивается только в процессе деления клетки.

В процессе развития микробиологии было определено, что гаплоидный набор не является для бактерий единственно возможным. Изучая геномы бактерий и вирусов, ученые обнаружили бактерии, в геноме которых содержится диплоидный (парный) набор хромосом (Brucella melitensis) и даже хромосома линейной формы (Streptomyces ambofaciens).

В среднем, наследственный материал бактериальной клетки включает в себя до 5 млн. пар оснований, а геном человека, для сравнения, состоит из 2,9 млрд. пар оснований. Если развернуть бактериальную хромосому в прямую нитку, ее длина составит 1 мм.

Внехромосомные элементы наследственности прокариотов

Помимо хромосом, в геном бактерий входят плазмиды и мобильные генетические элементы:

• транспозоны – нуклеотидные последовательности, несущие генетическую информацию; способны перемещаться с хромосомы на плазмиду;
• is-последовательности – небольшие по размеру и наиболее простые элементы, по частоте встраивания сопоставимы со спонтанной мутацией, осуществляют горизонтальный перенос.

Эти элементы клетки прокариотов также представлены молекулами ДНК со своими специфическими признаками и являются частью наследственного материала микроба.

Микробиология, изучая геном клетки бактерии, установила, что эти внехромосомные факторы наследования не являются жизненно необходимыми для микроорганизмов, так как не содержат информацию о синтезе ферментов, задействованных в метаболизме бактерии.

Благодаря информации, которую несут плазмиды и мигрирующие генетические элементы, микробы обладают определенными свойствами. К примеру, антибиотической резистентностью, способностью к синтезу гемолизина и бактериоцина.

В отличие от плазмид, другие внехромосомные элементы всегда связаны с хромосомой и не способны к самостоятельному воспроизведению.

Плазмиды бактериальной клетки выполняют две функции:

• регуляторную – компенсация нарушений ДНК хромосомы за счет плазмидного репликона;
• кодирующую – внесение и сохранение в клетке бактерии новой информации, что проявляется в приобретенных признаках.

Если геном – это совокупность наследственного материала клетки, то генотипом называют генетический материал – результат объединения геномов родительских половых клеток. Клетка человека, к примеру, будет обладать двойным генетическим набором, полученным от родителей.

Воздействие окружающей среды

Результатом взаимодействие генотипа с окружающей средой является фенотип, который представляет собой модификационные изменения под конкретные условия среды обитания. При этом геном бактерии не изменяется.

Хотя фенотип зависит от конкретных внешних условий, все изменения контролируются геномом бактерии, так как возможные изменения определяются набором имеющихся наследственных материалов. Способность изменяться является инструментом эволюции, позволяющим решать вопросы естественного и искусственного отбора.

Изменчивость фенотипа микроорганизма в зависимости от механизма воздействия, может быть:

• ненаследственной – с изменениями только фенотипа микроорганизма;
• наследственной – изменения происходят на уровне генотипа.

В микробиологии основными видами ненаследственных изменений фенотипа считаются:

• адаптация – ненаследственная приспособленческая реакция клетки;
• модификация – изменение внешних признаков бактерий (размер, форма или цвет колоний) под воздействием окружающих условий.

Модификация как изменение фенотипа представляет собой результат воздействия фактора окружающей среду. Основные характеристики модификационной изменчивости генома микроорганизмов:

• обратимость изменений фенотипа (касается как человека, так и бактерии) – изменение условий жизнедеятельности приведет к исчезновению существующей модификации и замене их на другие;
• изменения носят не индивидуальный, а групповой характер;
• изменения фенотипа не наследуются;
• модификация фенотипа происходит при каждом изменении условий жизни, при этом генотип остается неизменным.

Генетические мутации и рекомбинации у микроорганизмов

Генотипическая (наследственная) изменчивость прокариотов может быть связана с мутациями – изменениями расположения нуклеотидов в ДНК, их частичной или полной утратой. Следствием мутации является перестройка всех генов генома, что внешне проявляется в появлении или исчезновении характерных признаков.

Рекомбинация генома у всех организмов, от прокариотов до человека, представляет собой изменение местоположения отдельных генов в пределах хромосомы либо в результате проникновения в клетку донорской ДНК.

Рекомбинации прокариотов подразделяются на:

• законные – осуществляются только при наличии протяженных участков ДНК в рекомбинируемой клетке бактерии;
• незаконные – не требуют наличия протяженного участка ДНК, осуществляются при помощи is-элементов, имеющих липкие концы, что позволяет быстро встраиваться в клетку микроорганизма.

Для осуществления генетических рекомбинаций в клетке прокариота требуется участие ряда ферментов.

Передача генетического материала между организмами

Существуют пути передачи наследственного материала между бактериями. К ним относятся:

• трансформация – прямая передача фрагмента ДНК донора реципиенту; характерна внутривидовая трансформация, межвидовая реализуется крайне редко;
• трансдукция – передача наследственного материала между бактериями посредством фагов;
• конъюгация – перенос генного материала бактериальной клеткой-донором, несущей F-плазмиду (половой фактор) реципиенту.

Явление горизонтального переноса генетического материала было впервые описано в 1959 году японскими микробиологами на примере передачи невосприимчивости к антибиотикам различных бактерий. Дальнейшие исследования показали, что горизонтальный перенос наследственного материала является характерной чертой и важным эволюционным механизмом прокариотов и появился он вместе с самими бактериями.

Если генетику интересует вертикальный перенос, то генная инженерия занимается вопросами искусственного горизонтального переноса.

Вопросы, задачи и методы биотехнологий

Биотехнологии предназначены для получения заданных свойств у генетически измененного организма. Основным инструментом биотехнологий является генная инженерия. Она позволяет, используя методы молекулярного клонирования и горизонтального переноса, вносить изменения напрямую в генный аппарат клетки.

Для того, чтобы микроорганизм приобрел нетипичные для него свойства, необходимо изменить его геном. Для этого существуют два пути:

• мутация – воздействие на клетку мутагенов (химические яды или излучение) приводит к неконтролируемым генетическим мутациям;
• прямое введение в геном нуклеотида с необходимыми свойствами.

Для генной инженерии технологическим решением проблемы введения нужного нуклеотида в микроорганизм стала бактериальная трансформация. Происходит внедрение донорской плазмиды в бактерию-реципиент, что является типичным горизонтальным переносом наследственной информации.

Плазмидные технологии решили вопрос введения искусственных генов в клетку микроорганизма. Одним из примеров успехов генной инженерии является производство инсулина человека, при котором используются генетически модифицированные бактерии.

Для изучения бактерий, геном которых подвергся изменению методами генной инженерии, используют следующие техники горизонтального переноса генной информации:

• нокаут гена – исследуемый участок ДНК удаляют или повреждают, после чего отслеживают результаты мутации;
• искусственная экспрессия – в клетку вводят новый ген, результаты мутации отслеживаются;

Для отслеживания продукта модификации генная инженерия использует метод визуализации. Для этого применяется флуоресцентный белок, что позволяет отслеживать процесс.

Другим способом генной инженерии является добавление к гену небольших по размеру олигопептидов (репортерный элемент), которые выявляются специфическими антителами.

Генная инженерия воздействует не только на строение молекулы ДНК. Она изучает экспрессию гена, которая напрямую связана с промотором (небольшой участок ДНК перед кодирующей областью) и фактором транскрипции (перенос наследственной информации).

Техниками генной инженерии в будущем будет возможно воздействовать не только на геном прокариотов, но и на геном человека. Методы генотерапии по воздействию на геном человека еще разрабатываются и проверяются на приматах. Методы горизонтального переноса наследственной информации помогут решить вопросы с генетическими заболеваниями.

Сегодня геном бактерии является удобным объектом генетических исследований. У растений, животных и человека совокупность всех наследственных факторов организма – геном – будет определять характерные признаки (генотип) клетки, а результат взаимодействия с окружающей средой – фенотип.

Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.