Тақырыбы: Бактерия генетикасы. Модификация. Мутация. Генетикалық рекомбинация. Плазмидалар.

Мақсаты: Генетикалық рекомбинацияларды (трансформация, трансдукция, коньюгация) зерттеу үшін тәжірибелер қою.

Генетика -тұқым қуалау және өзгергіштік туралы ғылым.

Генотип - жасушалардың тұқым қуалау қасиетін қамтамасыз ететін,нуклеотидтардан тұратын гентердің бірлестгі.Қоршаған ортаның,тиісті жағдайларына қарай спецификалық жауап беру қабілеттілігі тұқым қуалайды,сондықтан іске асырылатын белгілердің барлық жиынтығын фенотип деп атайды.

Ген- бір белоктың(немесе бір белгінің) синтезделуіне жауап беретін ДНҚ молекуласының бір бөлшегі(фрагменті).Ол ДНҚ тізбекшесіндегі ретімен алмасып отыратын нуклеотидтар.

Генетикалық код - гендегі негіздердің орналасу реті. Код-тұқым қуалау информациясының жазылуы.

Ген белгілірінің сыртқы байқалуын, яғни фенотипін зерттеу микроб гендерінің картасын жасаудың негізі болып табылады.

Модификация (фенотиптік өзгергіштік)- эволюциялық бекітілген қоршаған орта жағдайының өзгеруіне қарай жауап берілетін микроорганизмдердің бейімделу(адаптация) реакциясы. Олар микробтың тіршілік қабілеттілігін қамтамасыз етеді жіне тиісті фактордың әсер етуі тоқтағаннан кейін жойылады. Қысқа уақытты модификациялар тек қана бірінші буынның тіршілік ету кезінде сақталады. Ұзақ мерзімді модификациялар бірнеше ұрпақтың тіршілік ету кезінде сақталады. Негізінде фенотиптік өзгерістер, яғни модификациялар өмірбақи тұқым қуаламайды,әсер етуші фактор жойылғаннан кейін бұрыңғы қасиеттері қалпына келеді.

Мутациялар - ДНҚ-ның құрылысындағы өзгерістердің нәтижесінде болады. Мутация кезінде кейбір қасиеттері жоғалады және ол қасиеттер тұқым қуалайды.Шығу тегі, хромосомадағы орналасуы, ДНҚ құрамындағы алғашқы өзгерістердің сипаттамасы, мутацияланған бактериялық жасушадағы фенотиптік өзгерістердің салдары және басқа белгілері бойынша мутацияларды бірнеше топтарға бөліп жіктейді(классификациялайды).

Шығу тегі бойынша- спонтанды және идуцияланған мутациялар. Спонтанды мутациялар табиғи жағдайда өзінен-өзі болады, себебін анықтау өте қиын. Индуцияланған мутациялар тиісті физикалық немесе химиялық факторлардың(мутагендердің) әсерінен тәжірибе жағдайында пайда болады(мысалы,ультра-күлгін сәуленің әсерінен).

Тиісті аминқышқылдарын, азоттық негіздерді, өсу факторларын қажет ететін микроб штамдарын, яғни мутанттарды аукстрофтылар деп атайды. Мутацияланған гендердің саны және ДНҚ-ң біріншілік құрылымындағы өзгерістердің сипаттамасына қарай гендік және хромосомалық мутациялар болады. Біріншісінде өзгеріс тек қана бір генде(сондықтан оны нүктелік мутация деп атайды), ал екіншісінде-бірнеше гендерде болады. Нүктелік мутация кезінде ген түсіп қалады, немесе бір ген қосылады, немесе негіздер қосағы алмасады.

Бактериялар диссоциациясы -өзгергіштіктің өзінше бір түрі. Ол бактериялардың таза дақылын тығыз ортаға сепкенде 2 түрлі колониялар түзеу арқылы байқалады.

Диссоциациялық процесс кезінде тек қана колониялар пішіні өзгеріп қоймай, олардың биохимиялық, антигендік және патогендік белгілері өзгеруі мүмкін.

Микроб жасушаның(клетка) зақымданған генетикалық заттарын қалпына келтіру қабілеттілігі бар(репарация). Репарация арнайы гендердің бақылауында болатын ферменттердің көмегімен атқарылады.

Қорыта келгенде, фенотиптік(модификациялық, тұқым қуаламайтын) өзгергіштік қоршаған орта факторларының әсерінен болып, бактерия генотипінде өзгеріс туғызбайды. Генотиптік(тұқым қуалайтын) өзгергіштік мутациялық(мутагендік фактор әсер етіп ДНҚ-да өзгеріс болу) және рекомбинациялық(геномда әртүрлі рекомбинациялық процесс болу) болып екі топқа бөлінеді.

Бактериялық рекомбинацияларға мына құбылыстар жатады: трансформация, трансдукция, коньюгация.

Трансформация- донордың(беруші) ДНҚ фрагменті арқылы рецепиентке (қабылдаушы) генетикалық информация жеткізілу нәтижесінде бактерия қасиеттерінің өзгеруі. Бұл құбылысты алғашқы рет 1922 жылы ағылшын зерттеушісі Ф.Гриффитс тышқандарда тәжірибе жасау кезінде байқаған. Ол тышқандарға вирулентсіз (капсуласы жоқ) пневмококктар мен вирулентті (капсуласы бар) пневмококктарды араластырып енгізеді (жұқтырады). Өлген тышқандардан капсулалы пневмококк бөлініп алынған. Капсулалы пневмококк өлтірілмегенмен оның ДНҚ-ы сақталған, ол капсуласыз түріне еніп, капсулалы пневмококк пайда болған деген тұжырымға келген, бұл құбылысты трансформация деп атаған. Осы жағдайда 1944 жылы Америкалық зерттеушілер О.Эвери, Ж.Мак-Леод және К.Мак-Карти пробиркада тәжірибе жасап дәлелдеген. Трансформациялық құбылыс кез келген жағдайда бола бермейді, ол үшін өзінің клетка қабатынан бөтен ДНҚ-ын өткізе алатын бактериялар болуы керек. Ондай қабылдаушы клеткаларды компонентті жасушалар деп атайды.

Трансформация бірнеше кезеңнен тұрады:

1.Рецепиент-бактерияға донордың екі жіпшелі ДНҚ бөлшегінің адсорбциялануы және қабылдануы;

2.Эклипс-жасырын кезеңі-бұл кезде ДНҚ-ң биологиялық әсері болмайды.

3.Интеграциялау(қосылу)-донордың хромосомалы (ДНҚ бөлшегі) рецепиенттің хромосомасына қосылады.

4.Гендердің экспрессиялануы (айқындалуы) - трансформацияланған жасуша клонының көбеюі. Жаңадан пайда болған бактерия ұрпағында өзгерген ген болады. Трансформация кезінде гендік бөлшектің біреуі екіншісімен алмасады. Трансформация арқылы жаңа морфологиялық, дақылдық, патогендік т.б. қасиеттер беріледі.

Трансдукция- донордан рецепиентке генетикалық информацияны әлсіз фаг арқылы жеткізу. Әлсіз фаг бактерияға енгеннен кейін ұзақ мерзім сонда қалып қояды. Кейбір факторлардың әсерінен ол күшейіп бактериядан шыққан кезінде сол бактерияның ДНҚ-ң бір фрагментін өзінің ДНҚ-на қосып ала кетуі мүмкін. Енді осындай әлсіз фаг екінші бактерияға енген кезде оған жаңа қасиет беруі мүмкін.

Генерализацияланған трансдукция кезінде - фаг бактериялық ДНҚ-ң фрагментін алып, фаг басындағы өзінің геномына жалғастырады. Мұндай фагтарды дефектілі фаг деп атайды, себебі гені бактериялық ДНҚ-ң бөлшегімен алмастырылған. Генетикалық затты қосып алу бактерия хромосомасының бөліну кезінде болады. Спецификалық (шектелген) трансдукция кезінде фагқа жақын орналасқан бактерия-донордың хромосомасындағы ген беріледі. Бұл құбылыс өзінің геномында бактерия хромосомасының фрагменті бар фагтардың көмегімен атқарылады. Бұл процесс кезінде бактериялық жасушада лизогенизациялану болады.

Коньюгация - донор-жасушадан рецепиентке бактериялардың бір-бірімен тікелей жанасқанда генетикалық информация берілуі. Бактериялардың коньюгациялық қабілеттілігі оларда жыныстық фактор-F, хромосомадан тыс автономиялық детерминанттың болуымен байланысты. Бұл фактор өзінше репликациялану қабілеттілігі бар ДНҚ молекуласына жатады. Осындай жыныстық факторы бар жасушалардың ондай факторы жоқтарға қарағанда қосымша сыртқы қабаттық құрылымдар- кірпікшелер (половые пили) синтездеу қабілеттілігі бар. Олар донордан рецепиентке генетикалық информация өткізетін цитоплазмалық көпірше қызметін атқарады. Коньюгация кезінде бактерия хромасомасының фрагментін өткізе алатын микроб штамдарын H|r- бактериялар деп атайды, яғни рекомбинациялық қабілеттілігі күшті жасушалар. Олардың жыныстық факторы хромасомада орналасады. Генетикалық информация коньюгация кезінде бір бағытта, яғни аталық жасушадан (Ғ+) аналық жасушаға (Ғ-) беріледі. Осының нәтижесінде ДНҚ фрагменті бірінен екіншісіне өтеді.

Плазмидалар - хромасомадан тыс орналасқан, өзінше репликациялану қабілеттілігі бар жабық сақиналы құрылымнан тұратын ДНҚ. Олар жасушаға қосымша пайдалы қасиет береді. Бактериялардың плазмидасы өзінше жойылуы мүмкін (элиминация), бірақ олардың негізгі қасиеттеріне әсер етпейді, яғни негізгі қызметін сақтайды және де оларда мутациялық, рекомбинациялық өзгерістер болуы мүмкін.

Бір бактериядан екіншісіне коньюгация кезінде берілетін плазмидаларды коньюгативті немесе трансмиссивті плазмидалар деп атайды. Коньюгативсіз плазмидалар тек қана коньгативтілердің көмегімен беріледі. Плазмидалар арқылы әртүрлі генетикалық заттар беріліп, микроб жаңа қасиетке ие болады. Ондай факторларға жатады: R-фактор-антибиотикке төзімділік қасиеті;

H|r-фактор-күшті коньюгациялық қабілеттілік қасиеті;

Col-фактор-колицин синтездеу қасиеті,т.б.;

R- факторы бар бактериялар арнайы белок заттар синтездейді. Алғаш рет осындай заттарды ішек таяқшасында болатыны дәлелденген, сондықтан ондай заттарды колицин (Е.Coli) деп атаған, кейіннен колицин тәріздес заттарды басқа да микробтар бөліп шығаратыны анықталды, сондықтан оларды жалпы бактериоциндер деп атайды. Бактериоциннің антибиотиктен ерекшелігі сол, олар өз түріне жататын немесе өте жақын туыстас микробтарды қырып-жояды. Колицин сезімтал микробқа жабысады да, оның метаболизмін бұзып, микробты өлтіреді.

Вирустарда модификациялық (фенотиптік) өзгергіштік вирионның суперкапсидімен байланысты. Суперкапсидтың құрылысы өзгеруімен байланысты вирустардың репродукциялануы бұзылады.

Вирустарда болатын мутацияның нәтижесінде олардың әртүрлі қасиеттері өзгереді. Спонтанды мутация олардың нуклеин қышқылдарының репликациялануы кезінде пайда болады. Индуцияланған мутациялар бактерияларға әсер ететін факторлардың нәтижесіндегідей болады. Ондай факторлардың кейбіреуі (азотты қышқыл, гидроксиламин) жасушадан тыс орналасқан вирусқа, ал басқалары (акридин т.б.)- жасуша ішіндегі вирусқа, оның нуклеин қышқылының репликациялану кезінде әсер етеді. Сезімтал жасушаға бір мезгілде 2 вирус енген жағдайда генетикалық рекомбинациялар, реактивация және фенотиптік араласу болуы мүмкін. Генетикалық рекомбинация 2 және одан да көп ДНҚ-ы вирустардың ген алмасуының нәтижесінде болады. РНҚ- вирустарда мұндай құбылыс сирек кездеседі.

Генетикалық реактивация - ол рекомбинацияның ерекше түрі. Екі туыстас вирустың әртүрлі гендерінің белсенділігі төмен болып, егер екеуінің арасында буындасу (скрещивание) болса, жаңадан толыққұнды вирус бөлшектері пайда болады.

Вирустардың генотиптік емес өзара әрекетіне комлементация және фенотиптік араласу (смешивание) жатады. Комплементация бір вирустың генімен кодталған белок, екінші вирустың репродукциялануына себепкер болған жағдайда ғана болады, яғни, бір вируста жетіспейтін нәрсені екіншісі оған жеткізгенде болатын құбылыс. Фенотиптік араласу- аралас вирустармен жұқтырғанда, бір вирустың ұрпағы басқаның фенотиптік белгілерін өзіне қабылдағанда болады.