Физиология и генетика микроорганизмов - ABCD42.RU

Физиология и генетика микроорганизмов

Медицинская микробиология: конспект лекций для вузов

Настоящим изданием мы продолжаем серию «Конспект лекций. В помощь студенту», в которую входят лучшие конспекты лекций по дисциплинам, изучаемым в гуманитарных вузах. Материал приведен в соответствие с учебной программой курса «Медицинская микробиология». Используя данную книгу при подготовке к сдаче экзамена, студенты смогут в предельно сжатые сроки систематизировать и конкретизировать знания, приобретенные в процессе изучения этой дисциплины; сосредоточить свое внимание на основных понятиях, их признаках и особенностях; сформулировать примерную структуру (план) ответов на возможные экзаменационные вопросы. Данная книга не является альтернативой учебникам для получения фундаментальных знаний, но служит пособием для успешной сдачи экзаменов.

Оглавление

  • Вопрос 1. Основы микробиологии. Классификация микроорганизмов
  • Вопрос 2. Особенности морфологии микроорганизмов
  • Вопрос 3. Необязательные структурные компоненты бактериальной клетки
  • Вопрос 4. Питание и особенности метаболизма бактерий
  • Вопрос 5. Особенности белкового и углеводного обмена у бактерий
  • Вопрос 6. Рост и размножение. Генетика бактерий
  • Вопрос 7. Функциональные единицы генома. Изменчивость бактериальной клетки
  • Вопрос 8. Нормальная микрофлора тела человека

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Медицинская микробиология: конспект лекций для вузов предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

Вопрос 6. Рост и размножение. Генетика бактерий

1. Рост и размножение бактерий

Для микробиологической диагностики, изучения микроорганизмов и в биотехнологических целях микроорганизмы культивируют на искусственных питательных средах.

Под ростом бактерий понимают увеличение массы клеток без изменения их числа в популяции как результат скоординированного воспроизведения всех клеточных компонентов и структур.

Увеличение числа клеток в популяции микроорганизмов обозначают термином «размножение». Оно характеризуется временем генерации (интервал времени, за который число клеток удваивается) и таким понятием, как концентрация бактерий (число клеток в 1 мл).

В отличии от митотического цикла деления у эукариотов, размножение большинства прокариотов (бактерий) идет путем бинарного деления, а актиномицетов — почкованием. При этом все прокариоты существуют в гаплоидном состоянии, поскольку молекула ДНК представлена в клетке в единственном числе.

2. Бактериальная популяция. Колония

При изучении процесса размножения бактерий необходимо учитывать, что бактерии всегда существуют в виде более или менее многочисленных популяций, и развитие бактериальной популяции в жидкой питательной среде в периодической культуре можно рассматривать как замкнутую систему. В этом процессе выделяют 4 фазы:

• 1-я — начальная, или лаг-фаза, или фаза задержки размножения, она характеризуется началом интенсивного роста клеток, но скорость их деления остается невысокой;

• 2-я — логарифмическая, или лог-фаза, или экспоненциальная фаза, она характеризуется постоянной максимальной скоростью деления клеток и значительным увеличением числа клеток в популяции;

• 3-я — стационарная фаза, она наступает тогда, когда число клеток в популяции перестает увеличиваться. Это связано с тем, что наступает равновесие между числом вновь образующихся и гибнущих клеток. Число живых бактериальных клеток в популяции на единицу объема питательной среды в стационарной фазе обозначается как М-концентрация. Этот показатель является характерным признаком для каждого вида бактерий;

• 4-я — фаза отмирания (логарифмической гибели), которая характеризуется преобладанием в популяции числа погибших клеток и прогрессивным снижением числа жизнеспособных клеток популяции.

Прекращение роста численности (размножения) популяции микроорганизмов наступает в связи с истощением питательной среды и/или накоплением в ней продуктов метаболизма микробных клеток. Поэтому, удаляя продукты метаболизма и/или заменяя питательную среду, регулируя переход микробной популяции из стационарной фазы в фазу отмирания, можно создать открытую биологическую систему, стремящуюся к устранению динамического равновесия на определенном уровне развития популяции. Такой процесс выращивания микроорганизмов называется проточным культивированием (непрерывная культура). Рост в непрерывной культуре позволяет получать большие массы бактерий при проточном культивировании в специальных устройствах (хемостатах и турбидистатах) и используется при производстве вакцин, а также в биотехнологии для получения различных биологически активных веществ, продуцируемых микроорганизмами.

Для изучения метаболических процессов на протяжении цикла клеточного деления возможно также использование синхронных культур. Синхронные культуры — культуры бактерий, все члены популяции которых находятся в одной фазе цикла. Это достигается с помощью специальных методов культивирования, однако через несколько одновременных делений синхронизированная клеточная суспензия постепенно снова переходит к асинхронному делению, так что число клеток увеличивается в дальнейшем уже не ступенчато, а непрерывно.

При культивировании на плотных питательных средах бактерии образуют колонии. Это — видимое невооруженным глазом скопление бактерий одного вида, являющееся чаще всего потомством одной клетки. Колонии бактерий разных видов отличаются:

Характер колоний — один из таксономических признаков бактерий.

3. Генетика бактерий

Важнейшим признаком живых организмов являются изменчивость и наследственность. Основу наследственного аппарата бактерий, как и всех других организмов, составляет ДНК (у РНК-содержащих вирусов — РНК).

Наряду с этим наследственный аппарат бактерий и возможности его изучения имеют ряд особенностей. Прежде всего, бактерии — гаплоидные организмы, т. е. они имеют одну хромосому. В связи с этим при наследовании признаков отсутствует явление доминантности. Бактерии обладают высокой скоростью размножения, в связи с чем за короткий промежуток времени (сутки) сменяется несколько десятков поколений бактерий. Это дает возможность изучать огромные по численности популяции и достаточно легко выявлять даже редкие по частоте мутации.

Наследственный аппарат бактерий представлен хромосомой. У бактерий она одна. Если и встречаются клетки с двумя, четырьмя хромосомами, то они одинаковые. Хромосома бактерий — это молекула ДНК. Длина этой молекулы достигает 1,0 мм и, чтобы «уместиться» в бактериальной клетке, она не линейная, как у эукариотов, а суперспирализована в петли и свернута в кольцо. Это кольцо в одной точке прикреплено к цитоплазматической мембране.

На бактериальной хромосоме располагаются отдельные гены. У кишечной палочки, например, их более 2 тысяч. Однако генотип (геном) бактерий представлен не только хромосомными генами. Функциональными единицами генома бактерий, кроме хромосомных генов являются IS-последовательности, транспозоны и плазмиды.

Оглавление

  • Вопрос 1. Основы микробиологии. Классификация микроорганизмов
  • Вопрос 2. Особенности морфологии микроорганизмов
  • Вопрос 3. Необязательные структурные компоненты бактериальной клетки
  • Вопрос 4. Питание и особенности метаболизма бактерий
  • Вопрос 5. Особенности белкового и углеводного обмена у бактерий
  • Вопрос 6. Рост и размножение. Генетика бактерий
  • Вопрос 7. Функциональные единицы генома. Изменчивость бактериальной клетки
  • Вопрос 8. Нормальная микрофлора тела человека

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Медицинская микробиология: конспект лекций для вузов предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

Смотрите также

Кинезиологическое тейпирование. Атлас кинезиотейпинга

Алексей Александрович Яковлев

Общая и частная гистология

Р. П. Самусев, 2010

Медицинская биология: конспект лекций для вузов

Жанна Анатольевна Ржевская

Внутренние болезни: конспект лекций

Алла Константиновна Мышкина

Нормальная анатомия человека: конспект лекций

Пропедевтика внутренних заболеваний: конспект лекций

Нормальная физиология: конспект лекций

Светлана Сергеевна Фирсова

Психодиагностика: конспект лекций

Алексей Сергеевич Лучинин

Английский язык для медиков: конспект лекций

Пропедевтика детских болезней

Галина Ивановна Дядя

Детская хирургия: конспект лекций

Оперативная хирургия: конспект лекций

Общая гигиена: конспект лекций

Терапия в помощь фельдшеру. Шпаргалка

Формы аттестации и их содержание по дисциплине «Микробиология»

Физиология и генетика микроорганизмов

ЛЕКЦИЯ № 4. Генетика микроорганизмов. Бактериофаги

1. Организация наследственного материала бактерий

Наследственный аппарат бактерий представлен одной хромосомой, которая представляет собой молекулу ДНК, она спирализована и свернута в кольцо. Это кольцо в одной точке прикреплено к цитоплазматической мембране. На бактериальной хромосоме располагаются отдельные гены.

Функциональными единицами генома бактерий, кроме хромосомных генов, являются:

IS-последовательности – это короткие фрагменты ДНК. Они не несут структурных (кодирующих белок) генов, а содержат только гены, ответственные за транспозицию (способность перемещаться по хромосоме и встраиваться в различные ее участки).

Транспозоны – это более крупные молекулы ДНК. Помимо генов, ответственных за транспозицию, они содержат и структурный ген. Транспозоны способны перемещаться по хромосоме. Их положение сказывается на экспрессии генов. Транспозоны могут существовать и вне хромосомы (автономно), но неспособны к автономной репликации.

Плазмиды – дополнительный внехромосомный генетический материал. Представляет собой кольцевую, двунитевую молекулу ДНК, гены которой кодируют дополнительные свойства, придавая селективные преимущества клеткам. Плазмиды способны к автономной репликации, т. е. независимо от хромосомы или под слабым ее контролем. За счет автономной репликации плазмиды могут давать явление амплификации: одна и та же плазмида может находиться в нескольких копиях, тем самым усиливая проявление данного признака.

Читайте также  Экологическая этика и экологический гуманизм

В зависимости от свойств признаков, которые кодируют плазмиды, различают:

1) R-плазмиды. Обеспечивают лекарственную устойчивость; могут содержать гены, ответственные за синтез ферментов, разрушающих лекарственные вещества, могут менять проницаемость мембран;

2) F-плазмиды. Кодируют пол у бактерий. Мужские клетки (F+) содержат F-плазмиду, женские (F—) – не содержат. Мужские клетки выступают в роли донора генетического материала при конъюгации, а женские – реципиента. Они отличаются поверхностным электрическим зарядом и поэтому притягиваются. От донора переходит сама F-плазмида, если она находится в автономном состоянии в клетке.

F-плазмиды способны интегрировать в хромосому клетки и выходить из интегрированного состояния в автономное. При этом захватываются хромосомные гены, которые клетка может отдавать при конъюгации;

3) Col-плазмиды. Кодируют синтез бактериоцинов. Это бактерицидные вещества, действующие на близкородственные бактерии;

4) Tox-плазмиды. Кодируют выработку экзотоксинов;

5) плазмиды биодеградации. Кодируют ферменты, с помощью которых бактерии могут утилизировать ксенобиотики.

Потеря клеткой плазмиды не приводит к ее гибели. В одной и той же клетке могут находиться разные плазмиды.

2. Изменчивость у бактерий

Различают два вида изменчивости – фенотипическую и генотипическую.

Фенотипическая изменчивость – модификации – не затрагивает генотип. Модификации затрагивают большинство особей в популяции. Они не передаются по наследству и с течением времени затухают, т. е. возвращаются к исходному фенотипу.

Генотипическая изменчивость затрагивает генотип. В основе ее лежат мутации и рекомбинации.

Мутации – изменение генотипа, сохраняющееся в ряду поколений и сопровождающееся изменением фенотипа. Особенностями мутаций у бактерий является относительная легкость их выявления.

По локализации различают мутации:

1) генные (точечные);

По происхождению мутации могут быть:

1) спонтанными (мутаген неизвестен);

2) индуцированными (мутаген неизвестен).

Рекомбинации – это обмен генетическим материалом между двумя особями с появлением рекомбинантных особей с измененным генотипом.

У бактерий существует несколько механизмов рекомбинации:

2) слияние протопластов;

Конъюгация – обмен генетической информацией при непосредственном контакте донора и реципиента. Наиболее высокая частота передачи у плазмид, при этом плазмиды могут иметь разных хозяев. После образования между донором и реципиентом конъюгационного мостика одна нить ДНК-донора поступает по нему в клетку-реципиент. Чем дольше этот контакт, тем большая часть донорской ДНК может быть передана реципиенту.

Слияние протопластов – механизм обмена генетической информацией при непосредственном контакте участков цитоплазматической мембраны у бактерий, лишенных клеточной стенки.

Трансформация – передача генетической информации в виде изолированных фрагментов ДНК при нахождении реципиентной клетки в среде, содержащей ДНК-донора. Для трансдукции необходимо особое физиологическое состояние клетки-реципиента – компетентность. Это состояние присуще активно делящимся клеткам, в которых идут процессы репликации собственных нуклеиновых кислот. В таких клетках действует фактор компетенции – это белок, который вызывает повышение проницаемости клеточной стенки и цитоплазматической мембраны, поэтому фрагмент ДНК может проникать в такую клетку.

Трансдукция – это передача генетической информации между бактериальными клетками с помощью умеренных трансдуцирующих фагов. Трансдуцирующие фаги могут переносить один ген или более.

1) специфической (переносится всегда один и тот же ген, трансдуцирующий фаг всегда располагается в одном и том же месте);

2) неспецифической (передаются разные гены, локализация трансдуцирующего фага непостоянна).

Бактериофаги (фаги) – это вирусы, поражающие клетки бактерий. Они не имеют клеточной структуры, неспособны сами синтезировать нуклеиновые кислоты и белки, поэтому являются облигатными внутриклеточными паразитами.

Вирионы фагов состоят из головки, содержащей нуклеиновую кислоту вируса, и отростка.

Нуклеокапсид головки фага имеет кубический тип симметрии, а отросток – спиральный тип, т. е. бактериофаги имеют смешанный тип симметрии.

Фаги могут существовать в двух формах:

1) внутриклеточной (это профаг, чистая ДНК);

2) внеклеточной (это вирион).

Фаги, как и другие вирусы, обладают антигенными свойствами и содержат группоспецифические и типоспецифические антигены.

Различают два типа взаимодействия фага с клеткой:

1) литический (продуктивная вирусная инфекция). Это тип взаимодействия, при котором происходит репродукция вируса в бактериальной клетке. Она при этом погибает. Вначале происходит адсорбция фагов на клеточной стенке. Затем следует фаза проникновения. В месте адсорбции фага действует лизоцим, и за счет сократительных белков хвостовой части в клетку впрыскивается нуклеиновая кислота фага. Далее следует средний период, в течение которого подавляется синтез клеточных компонентов и осуществляется дисконъюнктивный способ репродукции фага. При этом в области нуклеоида синтезируется нуклеиновая кислота фага, а затем на рибосомах осуществляется синтез белка. Фаги, обладающие литическим типом взаимодействия, называют вирулентными.

В заключительный период в результате самосборки белки укладываются вокруг нуклеиновой кислоты и образуются новые частицы фагов. Они выходят из клетки, разрывая ее клеточную стенку, т. е. происходит лизис бактерии;

2) лизогенный. Это умеренные фаги. При проникновении нуклеиновой кислоты в клетку идет интеграция ее в геном клетки, наблюдается длительное сожительство фага с клеткой без ее гибели. При изменении внешних условий могут происходить выход фага из интегрированной формы и развитие продуктивной вирусной инфекции.

Клетка, содержащая профаг в геноме, называется лизогенной и отличается от исходной наличием дополнительной генетической информации за счет генов профага. Это явление лизогенной конверсии.

По признаку специфичности выделяют:

1) поливалентные фаги (лизируют культуры одного семейства или рода бактерий);

2) моновалентные (лизируют культуры только одного вида бактерий);

3) типовые (способны вызывать лизис только определенных типов (вариантов) бактериальной культуры внутри вида бактерий).

Фаги могут применяться в качестве диагностических препаратов для установления рода и вида бактерий, выделенных в ходе бактериологического исследования. Однако чаще их применяют для лечения и профилактики некоторых инфекционных заболеваний.

Физиология и генетика микроорганизмов

Ген е тика микроорган и змов, раздел общей генетики, в котором объектом исследования служат бактерии, микроскопические грибы, актинофаги, вирусы животных и растений, бактериофаги и др. микроорганизмы. До 40-х гг. 20 в. считалось, что, поскольку у микроорганизмов нет ядерного аппарата и мейоза, на них не распространяются Менделя законы и хромосомная теория наследственности. С начала 40-х гг. микроорганизмы становятся объектом интенсивных генетических исследований. Именно на них были решены многие кардинальные вопросы современные генетики. Так, первое указание на то, что материальным носителем наследственности служит дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), было получено в опытах на пневмококках (американские генетики О. Т. Эйвери, К. Мак-Леод и М. Маккарти). Примерно в то же время были начаты интенсивные генетические исследования на хлебной плесени — нейроспоре. Изучение многочисленных биохимических мутантов нейроспоры (Дж. У. Бидл и Э. Л. Тейтем, США) привело к установлению очень важного положения: «один ген — один фермент» (ныне это положение более точно формулируется так: «один ген — одна полипептидная цепь»). Генетические исследования микроорганизмов особенно интенсивно стали развиваться после того, как американские генетики С. Лурия М. Дельбрюк показали на кишечной палочке (Escherichia coli), что и бактерии подчиняются мутационным закономерностям (см. Изменчивость, Мутации). Ранее существовавшее представление об адекватной, адаптивной изменчивости у бактерий возникло вследствие методической ошибки, заключавшейся в изучении культуры как единицы изменчивости. Был предложен новый принцип изучения изменчивости у бактерий — клональный анализ, т. е. изучение потомства одной клетки — родоначальницы клона. Важной вехой в развитии Г. м. явился разработанный американскими генетиками Дж. и Э. Ледербергами метод реплик, или отпечатков, позволивший доказать, что мутации возникают у бактерий независимо от условий культивирования, и, кроме того, значительно упростивший приёмы отбора вариантов микроорганизмов с желаемыми свойствами. Оказалось, что в больших популяциях бактериальных клеток мутации возникают спонтанно. В 1946 был открыт половой процесс у бактерий (конъюгация), что позволило применить для их исследования генетический анализ. В результате установлены наличие у бактерий рекомбинации, существование у них генетических групп сцепления и построены генетические карты их хромосом. Почти одновременно был открыт парасексуальный процесс грибов (Г. Понтекорво, Великобритания), что расширило возможности генетического анализа грибов, не имеющих полового цикла размножения. Вскоре в генетические исследования были вовлечены бактериофаги и др. вирусы (в частности, вирус табачной мозаики — ВТМ). Был открыт эффект переноса генетической информации от одной бактериальной клетки к другой при посредстве бактериофага — генетической трансдукция, что положило начало изучению генетических взаимоотношений в системе «фаг — бактерия» (Дж. Ледерберг, Н. Зиндер, США). Вслед за тем была обнаружена рекомбинация у фагов (А. Херши и М. Дельбрюк, США). Если использование бактерий в качестве объекта генетических исследований резко повысило разрешающую способность генетическиого анализа, то благодаря фагам удалось перейти к изучению явлений наследственности на молекулярном уровне. Большое значение имели исследования ВТМ (немецкие генетики Г. Шустер и А. Гирер), позволившие вызвать генетический эффект в опытах с чистой рибонуклеиновой кислотой (РНК), которая сохраняла инфекционность и при нанесении на листья табака вызывала в клетках образование полноценных частиц ВТМ.

Читайте также  Подходы к измерению количества информации. Мера Хартли

Исходя из общих принципов исследования генетических процессов у микроорганизмов, для каждой группы разработаны специальные методы изучения с учётом их особенностей.

Генетические механизмы у грибов и водорослей, сохранивших половой процесс, имеют ряд особенностей. Главная из них состоит в том, что продукты мейоза (споры) остаются соединёнными в определенном порядке, и после раздельного высева этих спор можно непосредственно изучать генотип каждого продукта мейоза. Этот метод, называемый тетрадным анализом, дополняет статистические методы изучения процесса расщепления. Применение генетич еского анализа к организмам, у которых отсутствует половой процесс, стало возможным после открытия у них парасексуальных процессов, отличающихся большим разнообразием. Так, у несовершенных грибов при срастании гиф, принадлежащих двум генетически различным штаммам, происходит объединение и затем слияние двух гаплоидных ядер в одно диплоидное; в этой системе изредка возможен обмен генетическим материалом.

Особенность полового процесса у бактерий состоит в том, что в клетку-реципиент передаётся, как правило, только часть генетического материала из клетки-донора, в результате чего образуется частично диплоидная зигота (т. н. мерозигота). У бактерий известно несколько механизмов передачи генетического материала. Наиболее совершенная форма полового процесса у бактерий — конъюгация, детально изученная у кишечной палочки. Конъюгация происходит при непосредственном контакте между двумя клетками, если в одной из них присутствует специфический половой фактор, или фактор скрещиваемости (фертильности, плодовитости), половой фактор (см. Эписомы) содержит ДНК и может существовать в клетке либо автономном, либо в интегрированном состоянии (включенным в первом случае при конъюгации в клетку-реципиент переходит только половой фактор. Во втором случае половой фактор способствует направленному переносу генетического материала из клетки-донора в клетку-реципиент. Как правило, при этом происходит передача только части генома донора и лишь крайне редко передаётся вся хромосома донора вместе включенным в неё половым фактором. Между фрагментом донорной ДНК и ДНК реципиента может произойти обмен гомологичными генетическими участками — кроссинговер, приводящий к возникновению рекомбинантов, т. е. клеток с изменённым сочетанием признаков. Генетический анализ рекомбинантов кишечной палочки позволил установить у неё существование одной группы сцепления, определить линейное расположение большого числа генов в её хромосоме и построить кольцевую генетическую карту (см. Генетические карты хромосом). Перенос генетического материала при конъюгации — строго ориентированный процесс, при котором последовательность передачи генов (а значит, и вероятность их участия в кроссинговере) целиком зависит от расположения генов в хромосоме и точки интеграции (включения) полового фактора. При переходе полового фактора в автономное состояние гены, расположенные на хромосоме рядом с точкой интеграции, могут объединиться с половым фактором и в дальнейшем передаваться с ним как единое целое, превращая клетки-реципиенты в диплоиды по данному генетическому участку. Этот процесс переноса генов совместно с половым фактором, называется сексдукцией, также может привести к возникновению рекомбинантов. Др. механизм возникновения рекомбинантов у бактерий — трансдукция — осуществляется при посредстве т. н. умеренных бактериофагов, которые способны к особому виду симбиоза с бактериями — лизогении. В лизогенных бактериях ДНК умеренного фага интегрирована с ДНК бактериальной клетки и реплицируется одновременно с ней. Такая скрытая форма присутствия фага (профаг) может сохраняться в течение многих клеточных поколений, однако изредка профаг переходит в вегетативное состояние (т. е. начинает размножаться) и разрушает бактерию. При этом возможны захват небольшого фрагмента ДНК клетки-хозяина и последующий его перенос в др. клетку, в которой перенесённый участок генома может вступить в генетический обмен с гомологичной областью клетки-реципиента. Обычно при трансдукции прогены, расположенные в непосредственной близости от места локализации профага в хромосоме бактерии. Однако некоторые фаги осуществляют трансдукцию, при которой любой участок генома бактерии с равной вероятностью может быть перенесён в др. клетку. Иногда сам процесс лизогенизации, т. е. включения умеренного фага в геном бактерии, может сопровождаться приобретением клеткой новых свойств (см. Лизогенная конверсия), например вирулентности. Ещё один тип полового процесса у бактерий, называемый трансформацией, перенос генетического материала без посредства полового фактора или умеренного бактериофага с последующим возникновением рекомбинантов (вследствие генетического обмена между проникшим в клетку фрагментом ДНК и ДНК клетки-реципиента). Особенности генетических механизмов у вирусов бактерий — бактериофагов— делают их весьма удобной моделью для изучения воспроизведения и функционирования генетического материала. Они очень просто устроены, быстро размножаются и имеют очень короткий жизненный цикл; поэтому генетика бактериофагов, в особенности фагов Т2, Т4 и l , исследована весьма детально. Бактериофаги скрещивают, заражая бактерии смесью двух или нескольких мутантов фага. В этом случае, кроме исходных фаговых частиц, появляются рекомбинанты с измененными сочетаниями признаков. С помощью рекомбинационного анализа удалось построить генетические карты для ряда бактериофагов. Оказалось, что молекула ДНК фага является его хромосомой. Изучение тонкой структуры гена, проведённое на фаге Т4 (С. Бензер, США), показало существование большого числа участков внутри гена, способных изменяться (мутировать) с разной частотой под действием различных мутагенов.

Генетика вирусов животных и растений в значительной мере основывается на успехах в области генетики бактериофагов, но из-за технических трудностей еще не получила достаточного развития. Возможность получения рекомбинантов была показана у ДНК-содержащих вирусов группы оспы — осповакцины (при смешанном заражении клеток различными представителями этой группы), у вируса герпеса (между различными вариантами этого вируса), а также, между обезьяньим опухолеродным вирусом SV40 и различными представителями аденовирусов. У РНК-содержащих вирусов животных показана возможность получения рекомбинантов между мутантами вируса ящура и полиомиелита, а также между различными вариантами вируса гриппа. Последнее открытие имеет особое значение, т. к. показывает возможные пути изменчивости этого вируса в природе. Из вирусов растений лучше всего изучен вирус табачной мозаики (ВТМ). В частности, полностью расшифрована последовательность аминокислот в белке ВТМ; удалось установить характер аминокислотных замещений, возникающих в белках оболочки у разных мутантов ВТМ. Работы, выполненные на ВТМ, явились важным этапом в изучении как механизма мутагенеза, так и природы генетического кода.

В связи с развитием новой отрасли народного хозяйства — микробиологической промышленности — возникла прикладная Г. м., называется также селекцией и микроорганизмов. В сферу исследований были вовлечены новые формы микроорганизмов: пенициллы (Penicil humchrysogenum), актиномицеты (Actinomyces streptomycini, Act. rimosus и др.), актинофаги. У пенициллов и аспергиллов открыт парасексуальный процесс, у актиномицетов изучен механизм рекомбинации, открыты генетическая рекомбинация у актинофагов, генетическая трансдукция у актиномицетов. Проведены обширные исследования индуцированной изменчивости количественных признаков у актиномицетов.

В Советском Союзе в работе по селекции микроорганизмов применяются такие генетические методы, как получение индуцированных мутаций, гибридизация и заражение актиномицетов актинофагами. В итоге выведены высокоактивные штаммы, позволившие во много раз увеличить производство антибиотиков, аминокислот, витаминов и др. биологически активных веществ.

В связи с возрастающим значением Г. м. и необходимостью развития микробиологической промышленности в 1968 в Москве был организован Всесоюзный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов Главмикробиопрома, ставший ведущим научным центром в этой области. Проблемы генетики и селекции микроорганизмов разрабатываются и в др. научных учреждениях Москвы (Институт эпидемиологии и микробиологии им. Н. Ф. Гамалеи АМН СССР, институт общей генетики и институт атомной энергии им. И. В. Курчатова АН СССР), Ленинграда (Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе АН СССР, кафедра генетики ЛГУ), Киева, Еревана и др. Г. м. сыграла важную роль в развитии современный генетики, дополнив ряд положений генетики высших организмов. Г. м., в свою очередь, стала основой для развития молекулярной генетики.

Читайте также  Территориальное устройство Великобритании

Лит.: Хэйс У., Генетика бактерий и бактериофагов, пер. с англ., М., 1965; Гольдфарб Д. М., Введение в генетику бактерий, М., 1966; Захаров И. А. и Квитко К. В. Генетика микроорганизмов, Л., 1967; Алиханян С. И., Современная генетика, М., 1967, его же, Селекция промышленных микроорганизмов, М., 1968; Браун В., Генетика микроорганизмов, Л., 1967; Алиханян С. И., Современная генетика, М., 1967; его же. Селекция промышленных микроорганизмов М., 1968; Браун В., Генетика бактерий, пер. с англ., М., 1968; Генетические основы селекции микроорганизмов, М., 1969.

Физиология и генетика микроорганизмов

Генетика микроорганизмов раздел общей генетики, в котором объектом исследования служат бактерии, микроскопические грибы, актинофаги, вирусы животных и растений, бактериофаги и др. микроорганизмы. До 40-х гг. 20 в. считалось, что, поскольку у микроорганизмов нет ядерного аппарата и мейоза, на них не распространяются Менделя законы и Хромосомная теория наследственности. С начала 40-х гг. микроорганизмы становятся объектом интенсивных генетических исследований. Именно на них были решены многие кардинальные вопросы современные генетики.

Так, первое указание на то, что материальным носителем наследственности служит дезоксирибонуклеиноваякислота (ДНК), было получено в опытах на пневмококках (американские генетики О.Т. Эйвери, К. Мак-Леод и М. Маккарти. Генетическиеисследования микроорганизмов особенно интенсивно стали развиваться после того, как американские генетики С. Лурия М. Дельбрюк показали на кишечной палочке (Escherichia coli), что и бактерии подчиняются мутационным закономерностям.

У микроорганизмов, как и у других живых существ, наблюдается наследование признаков, свойственных определенному виду. В опытах было показано, что, если содержать бактерии в определенных постоянных условиях, они длительно сохраняют свои свойства. Это говорит о стабильности признаков, присущих каждому виду бактерий. Потомство микробной клетки в основном наследует ее свойства, что позволяет определить, идентифицировать, любой вид микроорганизмов. Однако известно, что у одного и того же вида бактерий возможны отклонения морфологических и физиологических свойств, возникающие под влиянием факторов внешней среды. Например, Пастер искусственным путем получил необратимые изменения у возбудителей сибирской язвы и бешенства и создал вакцины, предохраняющие от этих заболеваний. Н. Ф. Гамалея наблюдал изменения морфологии холерного вибриона при добавлении в питательную среду хлорида лития. Это свидетельствует о том, что микроорганизмы могут изменять свои свойства в зависимости от условий существования.

Сохранение определенных специфических свойств организма на протяжении ряда поколений называется наследственностью. Однако у каждого последующего поколения имеются какие-то признаки, отличающие его от предыдущего, — это изменчивость. Наследственность и изменчивость — два неразрывно связанных между собой процесса, которые являются основой всего живого.

До микроорганизмов генетика изучала наследование признаков в результате полового размножения. Однако проследить наследование и изменение признаков, которые потомки получили от родителей, было очень трудно при изучении этих явлений среди животных и растений из-за немногочисленности потомства и сроков его появления. Изучение законов генетики на микроорганизмах, в частности на бактериях и грибах, внесло важный и ценный вклад в науку и практику. Быстрота деления бактерий и многочисленность потомства делают их удобным объектом для изучения генетических процессов. Так, кишечная палочка, размножаясь, делится каждые 15 мин, а потомство одной клетки через 18—24 ч достигает 24 млрд. микробных тел в 1 мл. Изменчивость и наследственность микроорганизмов подчиняются законам генетики, общим для различных организмов, в том числе и высших.

У микроорганизмов различают фенотипическую изменчивость — ненаследуемую и генотипическую изменчивость — наследуемую, которые связаны с двумя основными особенностями клетки: ее генотипом и фенотипом. Генотип — общая сумма генов, которыми обладает клетка. Он определяет целую группу свойств организма, специфичных для данного вида микроорганизмов, которые могут по-разному проявиться в различных условиях внешней среды. Генотип сохраняет относительное постоянство в любых условиях, что дает возможность различать виды микроорганизмов между собой. Фенотип — общий комплекс морфологических и физиологических свойств каждого индивидуума. Фенотип служит как бы внешним проявлением характера генотипа в определенных условиях существования. Генотип — общие возможные способности клетки, а фенотип — видимое выражение этих способностей.

Генетика микроорганизмов

Вы будете перенаправлены на Автор24

Генетика микроорганизмов как наука

Примерно до конца $30$-х годов $XX$ века считалось, что микроорганизмы не имеют ядерного аппарата. Поэтому вопросы наследственности и изменчивости микроорганизмов тщательно не изучались.

Лишь с изобретением электронного микроскопа появилась возможность рассмотреть субмикроскопическую структуру клетки вообще и микроорганизмов в частности.

С начала $40$-х годов ученые-генетики обращают свое внимание на микроорганизмы. Бактерии, микроскопические грибы и вирусы становятся объектами генетических исследований. Формируется новая отрасль микробиологии – генетика микроорганизмов.

Генетика микроорганизмов – это раздел общей генетики, в котором предметом изучения служат микроорганизмы (бактерии, вирусы, микроскопические грибы) и особенности их наследственности и изменчивости.

Характерной особенностью микроорганизмов является гаплоидный набор хромосом или кольцевая молекула ДНК. Это дает возможность мутациям проявиться уже в первом поколении потомков.

Начало микробиологических генетических исследований

Благодаря изучению субмикроскопической структуры клеток микроорганизмов удалось найти ответы на многие вопросы генетики. Американсие генетики О.Т. Эйвери, К. Мак-Леод и М. Маккарти, проводя опыты на пневмококках, получили первые доказательства того, что материальным носителем наследственности является молекула ДНК. Исследования хлебной плесени позволило сформулировать положение, что один ген программирует синтез одной полипептидной цепи (одногобелка).

Но особенно интенсивно стали исследовать микроорганизмы с точки зрения генетики после того, как американскими микробиологами С. Лурия и М. Дельброком на примере кишечной палочки было доказано универсальность закономерностей мутационного процесса. Они доказали, что и бактерии подчиняются мутационным закономерностям.

В науке появился новый принцип изучения изменчивости у бактерий – клональный анализ. Он заключается в тщательном исследовании потомства одной клетки. Эта клетка становится родоначальником клона.

Готовые работы на аналогичную тему

Изучение бактерий

В результате кропотливых исследований американским генетикам Дж. И Э. Ледербергам удалось доказать, что у бактерий мутации возникают независимо от условий их культивирования. Они разработали метод отпечатков, который позволил очень упростить приемы отбора микроорганизмов с желаемыми свойствами для дальнейших исследований. Они доказали, что больших популяциях клеток бактерий мутации происходят неупорядочено – спонтанно.

В $1946$ году было доказано, что бактериям тоже присущ половой процесс, были открыты явления конъюгации хромосом и рекомбинации генов, переноса генетической информации от одной бактериальной клетки к другой при посредстве бактериофага.

Существует мнение, что в кольцевой молекуле нуклеиновой кислоты клеток прокариот «прочтение информации» зависит от места начала «считывания». В зависимости от того, с какого нуклеотида начался этот процесс, находится и синтез того или иного белка.

Изучение фагов

Изучая особенности взаимоотношений «бактерия – бактериофаг», американские генетики открыли явление трансдукции (переноса генов между бактериальными клетками с помощью фагов) и обнаружили рекомбинацию у фагов. Это дало возможность изучать вопросы наследственности на уровне молекул (молекулярный уровень организации материи).

Немецкие микробиологи исследовали молекулу РНК. Для каждой из групп микроорганизмов была разработана методика исследований.

Генетика грибов и водорослей

Низшие грибы и водоросли имеют половой процесс несколько отличный от полового процесса других организмов. Благодаря их изучению появился новый метод – тетрадный анализ. Исследуя эти организмы, ученые разрабатывали методику объединения ядер генетически различных штаммов микроорганизмов. Все эти методы могут в дальнейшем послужить для выведения организмов с заданными качествами, для разработки новых поколений антибиотиков и биологически активных веществ, а также для борьбы со многими видами заболеваний растений, животных и, конечно же, человека.

Но вопросы генной инженерии требуют осторожного подхода к изучению и применению полученной информации на практике. Ведь не ясно, к каким последствиям может привести появление генетически модифицированных организмов в природе и в человеческом организме.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: