ГЕНЕТИКА МИКРООРГАНИЗМОВ

1. Понятие наследственности и изменчивости.

2. ДНК - материальная основа наследственности.

3. Мутации, мутагены. Индивидуальный мутагенез.

4. Передача наследственных признаков у бактерий.

Генетика – это наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методов управления ими.

Наследственность – это сохранение специфических свойств и признаков в ряде поколений.

Материальной основой наследственности является молекула ДНК. Она носитель и хранитель информации, передающейся по наследству.

ДНК может быть хромосомная и внехромосомная. В эукариотических клетках ДНК находится в хромосомах, а хромосомы – в ядре. У прокариотических (бактерии) ДНК имеет форму нити, замкнутой в кольцо (бактериальная хромосома).

ДНК имеет участки – гены.

Ген – это самостоятельная единица ДНК, ответственная за определенный признак (например, синтез определенного белка или фермента). Гены располагаются вдоль молекулы ДНК в линейном порядке – это дискретные самовоспроизводимые единицы с биологической функцией.

Место в хромосоме, которое занимает ген со своим аллеломорфом называется локус.

Аллеломорфмы (аллели) – это разные формы одного и того же гена, определяющие альтернативное развитие одного признака (Аа, где А – доминантный, а а – рецессивный признак).

Более мелкая единица внутри гена называется мутон – точка приложения мутагенов.

Различают гены:

1. Структурные – они определяют структуру клеточного белка.

2. Регуляторные – включают/выключают структурные гены, именно они управляют синтезом белка в клетке и в конечном итоге определяют функцию клетки.

3. Рудиментные – передаются из поколения в поколение в бездействующем виде.

Ген, регулирующий синтез определенного белка состоит из нескольких обязательных элементов:

R – участок, ответственный за синтез белка – репрессора (активный) или апорепрессора (неактивный).

Ячейка Р – место локализации фермента РНК – полимеразы. О – ген – оператор (промотер), который включает и выключает структурный ген.

S – структурный ген, который определяет структуру синтезируемого белка.

(Р, О и S гены) - оперон – отвечает за синтез клеточного белка у бактерии.

Полный набор генов, присущий данному организму, называется генотип – это носитель наследственной информации, передающейся из поколения в поколение.

На основе его формируется фенотип – совокупность внешних признаков, формирующихся в процессе взаимодействия генотипа с факторами окружающей среды.

Генотип у бактерий называется геном или генофор.

Последовательность нуклеотидов в ДНК – это закодированная инструкция, определяющая структуру синтезируемого белка через информационную РНК. Код при синтезе белка триплетный.

Изменчивость – это свойства живых организмов, существовать в разных формах и вариантах.

Динамическая изменчивость – это возникновение вариантов с измененными признаками.

Статическая изменчивость – это окружающая нас вариантность.

Кроме того, изменчивость бывает наследственная и ненаследственная.

Ненаследственная изменчивость (модификационная) – это способность организмов изменять фенотип под влиянием окружающей среды. Как правило, она приспособительная, массовая, направленная, т.к. возникает в ответ на конкретный фактор, последующим поколениям не передается. Такие фенотипические адаптации возникают у наследственно – компетентной клетки. Это основа естественного отбора (не все приспосабливаются).

Наследственная изменчивость (генотипическая) – это основа разнообразия организмов и главное условие их способности к эволюционному развитию. Она складывается из комбинативной и мутационной изменчивости.

Комбинативная изменчивость связана с половым размножением, ее источник – рекомбинация при мейозе, независимое расхождение гомологичических хромосом в первом митотическом делении, случайная встреча гамет. Все источники действуют независимо и одновременно.

Мутационная изменчивость

Мутационная изменчивость связана с мутациями.

Мутации – это редкие случайно возникающие изменения в генотипе, как правило, стойкие (необратимые). Они затрагивают молекулу ДНК.

Различают:

1. Геномные мутации – изменение числа хромосом.

2. Хромосомные мутации – это перестройка хромосом (удвоение участка хромосомы, поворот участка хромосомы на 180°).

3. Генные мутации (точковые) – на уровне одного гена. Например, пуриновое основание (аденин, гуанин) заменяется на пиримидиновое (тимин, цитозин, урацил).

Частота мутаций составляет 10^-6, но есть факторы, которые повышают частоту мутаций – мутагены. Мутагены универсальны, т.е. вызывают мутации во всех живых организмах. У них отсутствует нижний порог мутационного действия (действуют в любых дозах). Мутации могут быть вредными, полезными и нейтральными. Мутагены, вызывающие их, бывают физической, химической и биологической природы.

Мутагены физической природы – излучение (рентгеновские лучи, жесткие γ-лучи).

Мутагены химической природы – сильные окислители, нитрозные соединения (нитрозометилмочевина и пр.).

Мутагены биологической природы – фаги.

На действии мутагенов основан индуцированный мутагенез, или получение штаммов микроорганизмов с целенаправленно измененными свойствами.

Передача наследственных признаков у эукариотов – это образование особей с новым сочетанием генов в процессе полового размножения.

У бактерий размножение – парасексуальный процесс, т.е. они не имеют пола. Обмен и передача наследственных признаков между ними происходит тремя путями:

1. Трансформация.

2. Конъюгация.

3. Трансдукция.

Транформация – это перенос генов при помощи свободной растворимой ДНК, выделенной из клеток – доноров. При этом происходит включение в ДНК реципиента фрагмента молекулы ДНК донора, что и обуславливает изменение признака бактерии-реципиента. Наблюдается только у одного и того же или близко родственных видов (Bacillus, Streptococcus, Rhizobium).

Конъюгация – это процесс, при котором клетки соединяются с помощью конъюгационных мостиков.

Через него происходит обмен генетическим материалом. Бактерии не имеют пола, но обладают фактором фертильности (плодовитости) - F. Этот фактор F относится к числу плазмид.

Плазмида – циркулярно замкнутая молекула ДНК, которая находится в цитоплазме вне бактериальной хромосомы, но может стать ее частью. Считают, что мужские клетки имеют F⁺, а женские – F^- (не имеют этого фактора). Обычно передается одна цепь ДНК донора, образуется мерозигота, содержащая часть генетического материала донора, вторая часть – достраивается.

F⁺+F⁺→F⁺

F⁺+F^-→F⁺

F^-+F^-→F^-

Трансдукция – перенос генетического материала с помощью умеренного фага.