 |
5. Генетика мікроорганізмів. Біотехнологія.
|
|
|
|
5. Генетика мікроорганізмів. Біотехнологія.
5. 7. Особливості геному вірусів. Види генетичної мінливості вірусів.
Функціональною одиницею спадковості є ген. Ген – елементарна одиниця спадковості, що контролює синтез специфічного поліпептидного ланцюга (структурний ген) або діяльність структурних генів (ген-регулятор, ген-оператор). Представлено його невеликими ділянками геномної або епісомної ДНК.
Виділяють такі особливості генетики бактерій:
1. Гени бактерій організовані в одну молекулу ДНК, яку називають хромосомою. Хромосома у бактерій розміщена вільно у цитоплазмі і не відокремлена від неї мембранами, але повʼ язана з певними рецепторами на цитоплазматичній мембрані клітини.
2. Вміст ДНК у бактерій непостійний, за сприятливих умов може збільшуватися у декілька (4-8) разів.
3. Передача генетичної інформації відбувається не тільки по вертикалі (від материнської клітини до дочірньої), а й по горизонталі (від клітини до клітини).
4. Носіями спадковості у бактерій є не тільки ті гени, що містяться у хромосомі, а й ті, що містяться у позахромосомних молекулах ДНК: плазмідах, транспозонах, інерційних послідовностях.
Повний набір генів бактеріальної клітини становить її геном (генотип). Бактеріальна хромосома має два типи генів: структурні гени (цистрони) і гени-регулятори. Гени-цистрони кодують структуру молекул білків, які синтезуються в клітині. Унаслідок зміни структурного гена синтезується білок зі зміненими властивостями. Гени-регулятори регулюють активність структурних генів. Робота генів спрямована на здійснення життєвого циклу клітини.
Основною структурно-функціональною одиницею хромосоми є оперон. Це група структурних генів (цистронів), які фізично зʼ єднані один з одним і з геном-оператором. Ген-оператор контролює вираження всієї групи цитронів, що входять в один оперон, тобто він здатний «включати» і «виключати» трансляцію (читання) генетичної інформації з генів-цистронів. Оперон перебуває під контролем гена-регулятора, який кодує синтез білка-репресора. Ген-регулятор контролює один або кілька оперонів. До складу оперона входить промотор. Промотор – це ділянка ДНК, з якою взаємодіє РНК-полімераза і з якої починається синтез матричної РНК. У складі оперонів можуть бути й інші регуляторні елементи.
|
|
|
Сукупність усіх ознак і властивостей організмів, що формуються в процесі індивідуального розвитку внаслідок реалізації геному, називається фенотипом.
Розрізняють дві форми мінливості: неспадкову – фенотипову і спадкову – генотипову.
Фенотипова мінливість (модифікаційна) виникає зі зміною факторів навколишнього середовища, які не змінюють структуру генетичного апарату, а отже, не передається у спадок.
Генотипова мінливість повʼ язана зі змінами генетичних структур клітин, тому передається у спадок. Вона проявляється у вигляді мутацій і рекомбінацій.
Мутації – це зміни в генотипі, які стабільно успадковуються. Змінені внаслідок мутацій мікробні клітини називаються мутантами, а фактори, які спричинюють появу мутантів – мутагенами.
За походженням мутації бувають спонтанні й індуковані. Спонтанні мутації виникають у мікробних популяціях in vivo (в живому організмі) та in vitro (поза живим організмом) внаслідок порушень структури генів під час реплікації нуклеїнової кислоти під впливом неконтрольованих факторів. Індуковані – це спрямовані мутації, які виникають унаслідок штучного впливу на мікроорганізми спеціальних мутагенів.
За величиною змін у геномі розрізняють генні і хромосомні мутації. Генні мутації частіше бувають точковими. Вони повʼ язані з випаданням, додаванням або заміною однієї основи на іншу в молекулі ДНК (рекомбінація). Хромосомні мутації (геномні перебудови) супроводжуються випаданням або зміною відносно великих ділянок генома.
|
|
|
За фенотиповими наслідками розрізняють мутації нейтральні, умовно-летальні і летальні. Нейтральні мутації фенотипово не проявляються зміною ознак, оскільки вони не впливають на функціональну активність ферментів, що синтезуються. Мутації, що спричинюють зміну, але не призводять до втрати функціональної активності ферменту, називають умовно-летальними. Летальні мутації характеризуються втратою здатності синтезувати життєво важливі для бактеріальної клітини ферменти.
За механізмом дії на геном мікробної клітини мутації класифікують:
на точкові або дрібні; великі або множинні, при яких в основному спостерігається летальний кінець; супресорні (це ефекти набуття або втрати ознаки, безпосередньо не повʼ язаної з дією мутагену на структурний ген, відповідальний за цю ознаку).
Генетичні рекомбінації – це обмін генетичним матеріалом між привнесеною ДНК і хромосомою клітини-реципієнта. Іншими словами, це поява нових поєднань генів, що призводить до появи нових ознак у нащадків.
Виділяють три основні види генетичних рекомбінацій: трансформація, трансдукція та конʼ югація. Трансформація – процес гібридизації внаслідок переносу генетичних детермінант від бактерії до бактерії за допомогою ізольованої ДНК. При конʼ югації внаслідок фізичного контакту між бактеріями-донорами та бактеріями-реципієнтами відбувається передача генетичного матеріалу через особливі вирости, які називаються секспілі. Явище обміну генетичною інформацією у бактерій шляхом переносу фагами фрагментів ДНК від клітини-донора до клітини-реципієнта одержало назву трансдукції.
|
|
|
