Dom » Kožne bolesti » Bakteriofagi, strukturne značajke i praktična primjena. Genetska rekombinacija tijekom transformacije

Bakteriofagi, strukturne značajke i praktična primjena. Genetska rekombinacija tijekom transformacije

ograničena (specifična) transdukcija- Prijenos s bakterijskog donora na bakterijskog primatelja uz pomoć bakteriofaga strogo definiranog fragmenta bakterijske DNK koji se nalazi u blizini mjesta integracije bakteriofaga (u pravilu nekoliko gena); na bakteriofage, ... ... Priručnik tehničkog prevoditelja

Ovaj izraz ima druga značenja, vidi Transdukcija. Transdukcija (od latinskog transductio pokret) je proces prijenosa bakterijske DNK iz jedne stanice u drugu pomoću bakteriofaga. Opća transdukcija se koristi u bakterijskoj genetici za ... ... Wikipedia

Pogledajte Specifična transdukcija... Velika medicinski rječnik

- (od latinskog transductio pokret) prijenos genetskog materijala iz jedne stanice u drugu uz pomoć virusa (Vidi Virusi), što dovodi do promjene nasljednih svojstava stanica primatelja. Fenomen T. otkrili su američki znanstvenici D ... Velika sovjetska enciklopedija

- (sin. T. lokaliziran) T., u koji se prenosi strogo definirani dio deoksiribonukleinske kiseline bakterije ... Veliki medicinski rječnik

Specijalizirana (specijalna, ograničena) transdukcija Prijenos s bakterijskog donora na bakterijskog primatelja pomoću bakteriofaga strogo definiranog fragmenta bakterijske DNK koji se nalazi u blizini ... ... Molekularna biologija i genetika. Rječnik.

Ograničena transdukcijska specifična t- Ograničena transdukcija ili posebna t. prijenos pomoću bakteriofaga od bakterijskog donora do bakterijskog primatelja strogo definiranog fragmenta ... ... Genetika. enciklopedijski rječnik

- (grč. baktērion štapić) jednostanični mikroorganizmi s primitivnom citoplazmom i jezgrom bez jezgre i jezgrene ovojnice. Pripadaju prokariotima. Zajedno s drugim mikroorganizmima, široko su rasprostranjeni u tlu, vodi, zraku, naseljavaju ... ... Medicinska enciklopedija

Pojam bacteriophage Engleski izraz bacteriophage Sinonimi phages, bakterijski virusi Skraćenice Povezani pojmovi biološki nanoobjekti, DNA, kapsid, nanofarmakologija, vektori temeljeni na nanomaterijalu Definicija (od bakterija i grčki ??????… … Enciklopedijski rječnik nanotehnologije

- (lat. transductio prijenos, kretanje; Trans + ducto lead, olovo) prijenos bakteriofagom genetskog materijala (mjesto deoksiribonukleinske kiseline) s jedne bakterije (donora) na drugu (primatelja); dovodi do promjene genotipa bakterije ... ... Medicinska enciklopedija

Udžbenik se sastoji od sedam dijelova. Prvi dio - "Opća mikrobiologija" - sadrži podatke o morfologiji i fiziologiji bakterija. Drugi dio posvećen je genetici bakterija. Treći dio - "Mikroflora biosfere" - razmatra mikrofloru okoliša, njezinu ulogu u kruženju tvari u prirodi, kao i ljudsku mikrofloru i njezin značaj. Četvrti dio - "Učenje o infekciji" - posvećen je patogenim svojstvima mikroorganizama, njihovoj ulozi u zarazni proces a također sadrži informacije o antibioticima i njihovim mehanizmima djelovanja. Peti dio - "Doktrina o imunitetu" - sadrži moderne ideje o imunitetu. Šesti dio - "Virusi i bolesti koje uzrokuju" - daje informacije o glavnim biološkim svojstvima virusa i bolestima koje uzrokuju. Sedmi dio - "Privatna medicinska mikrobiologija" - sadrži informacije o morfologiji, fiziologiji, patogenim svojstvima patogena mnogih zarazne bolesti, kao i o moderne metode njihova dijagnoza, specifična prevencija i terapiju.

Udžbenik je namijenjen studentima, diplomiranim studentima i nastavnicima visokih medicinskih obrazovnih ustanova, sveučilišta, mikrobiolozima svih specijalnosti i praktičarima.

5. izdanje, prerađeno i prošireno

Knjiga:

<<< Назад

Naprijed >>>

Razlikuje se od nespecifičnog po tome što u ovom slučaju transducirajući fagi uvijek nose samo određene gene, i to one koji se nalaze na kromosomu lizogene stanice lijevo od attL ili desno od attR. Specifična transdukcija je uvijek povezana s integracijom umjerenog faga u kromosom stanice domaćina. Prilikom napuštanja (isključivanja) iz kromosoma, profag može uhvatiti gen s lijevog ili desnog boka, na primjer, gal ili bio. Ali u ovom slučaju mora izgubiti istu veličinu svoje DNK sa suprotnog kraja, tako da njegova ukupna duljina ostane nepromijenjena (inače se ne može upakirati u glavu faga). Stoga se kod ovog oblika isključenja stvaraju defektni fagi: ?dgal ili ?dbio.

specifična transdukcija kod E coli provodi ne samo lambda fag, već i srodni lambdoid i druge fage. Ovisno o položaju attB mjesta na kromosomu, kada su isključena, mogu uključiti različite bakterijske gene povezane s profagom i transducirati ih u druge stanice. Materijal ugrađen u genom može zamijeniti do 1/3 genetskog materijala faga.

Transducirajući fag, u slučaju infekcije stanice primatelja, integrira se u svoj kromosom i u njega uvodi novi gen (novo svojstvo), posredujući ne samo lizogenizacijom, već i lizogenom konverzijom.

Dakle, ako je tijekom nespecifične transdukcije fag samo pasivni nositelj genetskog materijala, onda tijekom specifične transdukcije fag uključuje taj materijal u svoj genom i prenosi ga, lizogenizirajuće bakterije, do primatelja. Međutim, do lizogene konverzije može doći i ako genom umjerenog faga sadrži vlastite gene koji su odsutni u stanici, ali su odgovorni za sintezu esencijalnih proteina. Na primjer, samo oni uzročnici difterije imaju sposobnost proizvodnje egzotoksina, u čiji je kromosom integriran umjeren profag koji nosi tox operon. Odgovoran je za sintezu toksina difterije. Drugim riječima, umjereni toksifag uzrokuje lizogenu konverziju netoksičnog bacila difterije u toksigeni.

Metoda sloja agara je sljedeća. Najprije se u posudu ulije sloj hranjivog agara. Nakon skrućivanja, ovom sloju se dodaje 2 ml 0,7% agara, otopljenog i ohlađenog na 45 °C, kojemu se prvo doda kap koncentrirane bakterijske suspenzije i određeni volumen suspenzije faga. Nakon što se gornji sloj stvrdne, šalica se stavlja u termostat. Bakterije se razmnožavaju unutar mekog sloja agara, tvoreći kontinuiranu neprozirnu pozadinu na kojoj su kolonije faga jasno vidljive u obliku sterilnih mrlja (Slika 84, 2). Svaka kolonija nastaje umnožavanjem jednog roditeljskog viriona faga. Primjena ove metode omogućuje: a) prebrojavanje kolonija, točno određivanje broja živih viriona faga u danom materijalu;

b) od strane karakteristike(veličina, transparentnost, itd.) za proučavanje nasljedne varijabilnosti faga.

Prema spektru djelovanja na bakterije, fagi se dijele na polivalentan(bakterije srodne lizi, na primjer, polivalentni fag Salmonella lizira gotovo sve Salmonella), monofagi(liziraju bakterije samo jedne vrste, na primjer, Vi-I fag lizira samo uzročnike trbušnog tifusa) i specifičan za tip fagi koji selektivno liziraju pojedinačne varijante bakterija unutar vrste. Uz pomoć takvih faga provodi se najsuptilnija diferencijacija bakterija unutar vrste, uz njihovu podjelu na varijante faga. Na primjer, pomoću skupa faga Vi-II, uzročnik tifusa podijeljen je na više od 100 varijanti faga. Budući da je osjetljivost bakterija na fage relativno stabilna osobina povezana s prisutnošću odgovarajućih receptora, tipizacija faga je od velikog dijagnostičkog i epidemiološkog značaja.

Riža. 84. Otkrivanje bakteriofaga u ispitivanom materijalu:

1 - spot test; 2 - titracija prema Graziji

<<< Назад

Naprijed >>>

Transformacija

Transformacija je prijenos čiste DNK iz jedne stanice u drugu. Transformaciju je otkrio bakteriolog F. Griffiths 1928. u pokusima s pneumokokom. Kod pneumokoka su poznate dvije vrste sojeva: S- i R-oblici.

S-oblik karakterizira prisutnost polisaharidne kapsule, zbog koje tijekom umjetnog uzgoja stvara glatke, sjajne kolonije; ovaj oblik je patogen za miševe. R-oblik nema kapsulu, tijekom umjetnog uzgoja stvara grube kolonije; ovaj oblik je nepatogen za miševe. Ali ako se miševima ubrizgaju ubijene S-stanice i žive R-stanice u isto vrijeme, miševi umiru. Stoga genetska svojstva jednog soja utječu na genetska svojstva drugog soja.

Godine 1944. O. Avery, K. McLeod i M. McCarthy dokazali su da su promjene u nasljednim svojstvima stanica povezane s prijenosom DNK.

Sposobnost stanice da se transformira moguća je u njenom posebnom stanju, koje se naziva kompetencijom. U nadležnim stanicama mijenja se sastav stanične stijenke i plazmaleme: stijenka postaje porozna, plazmalema stvara brojne invaginacije, a na vanjskoj površini pojavljuju se posebni antigeni - čimbenici kompetencije (osobito specifični proteini male molekularne težine).

U prirodnim uvjetima, izvanstanična čista DNK nastaje tijekom smrti (lize) prokariota.

U pravilu se transformacija događa unutar jedne vrste prokariota, ali u prisutnosti homolognih gena uočava se i interspecifična transformacija.

Proces transformacije uključuje sljedeće faze:

1. Pričvršćivanje transformirane dvolančane DNA na receptore na površini stanice primatelja.

2. Transformacija dvolančane DNA u jednolančanu.

3. Prodor jednolančane DNA u stanicu.

4. Integracija transformirane DNA u kromosom primatelja i rekombinacija genetskog materijala.

Duljina transformirajuće DNK trebala bi biti od 500 do 200 tisuća bp. Energija oslobođena tijekom razgradnje jednog od lanaca DNA koristi se za aktivni transport preostalog lanca u stanicu.

Prva tri stupnja transformacije ne ovise o nukleotidnom sastavu DNA. Međutim, proces integracije transformirajuće DNK u primateljev kromosom vjerojatniji je ako je ova DNK visoko homologna s DNK primatelja.

Proces transformacije prikazan je na dijagramu. Svaki segment linije odgovara jednom lancu DNK. Transformirajuća DNK prikazana je crnom bojom, a DNK stanice primatelja sivom.

U prvom koraku, transformirajuća DNA se veže za receptorska mjesta na površini stanice primatelja.

U drugom stupnju, dvolančana DNA na površini stanice transformira se u jednolančanu DNA zbog cijepanja jednog od lanaca bakterijskim nukleazama.

U trećem koraku, preostali lanac DNA se transportira preko membrane u citoplazmu. U tom slučaju koristi se energija oslobođena tijekom razgradnje komplementarnog lanca.

Tijekom replikacije bakterijskog kromosoma, transformirajući lanac DNA je vezan za homolognu (djelomično komplementarnu) DNK regiju stanice primatelja. U ovom slučaju, zbog nedostatka potpune komplementarnosti, nastaje heterodupleks ("molekularni heterozigot") - dio dvolančane DNA na kojem dušične baze nisu povezane vodikovim vezama u svim parovima nukleotida. Ostatak DNK se normalno replicira.

Nakon završetka replikacije DNA, stanica primateljica se dijeli i formira dvije stanice: djelomično transformiranu stanicu s kromosomom koji uključuje heterodupleksnu DNA regiju i netransformiranu stanicu. Tijekom replikacije DNA u djelomično transformiranoj stanici dovršavaju se komplementarni lanci na oba lanca DNA. Jedan lanac zadržava izvorne nukleotidne sekvence, dok se drugi potpuno transformira. Nakon diobe djelomično transformirane stanice nastaje jedna netransformirana stanica i jedna potpuno transformirana stanica, u kojoj je izvorni nukleotidni slijed zamijenjen nukleotidnim slijedom transformirajuće DNA.

Dakle, transformacija ne uključuje dodavanje novih gena, već zamjenu gena primatelja homolognim nukleotidnim sekvencama.

Učestalost transformacije u prokariota ovisi o svojstvima transformirajuće DNA, o njezinoj koncentraciji, o stanju stanice primatelja i o vrsti bakterije. Maksimalna učestalost transformiranih stanica ne prelazi 1 na 100 stanica.

Transformacija je također poznata za eukariote. Međutim, na površini eukariotskih stanica nema receptorskih mjesta, a transformirajuća DNA umjetno se unosi u stanice. Na primjer, DNK se ubrizgava u životinjska jajašca izravnom mikroinjektacijom, a u biljna jaja mikroinjektiranjem u peludnu cijev.

Transdukcija je prijenos genetskog materijala virusima iz stanice donora u stanicu primatelja.

Fenomen transdukcije otkrio je 1951. N. Zinder (učenik J. Lederberga).

Tijekom transdukcije, DNK stanice domaćina ulazi u virione. Virioni inficiraju druge stanice, a DNK izvorne bakterijske stanice ulazi u drugu bakterijsku stanicu. Virusna DNK se integrira u bakterijski kromosom, a unesena bakterijska DNK se rekombinira s DNK bakterijskog kromosoma. Kao rezultat toga, 50% stanica se transformira.

Postoje opća (nespecifična), ograničena (specifična) i abortivna transdukcija.

Opća transdukcija

U totalnoj transdukciji, fragmenti bakterijske DNA od donora nasumično se ugrađuju u sazrijevajuću česticu faga zajedno sa ili umjesto DNA faga. Fragmenti bakterijske DNK nastaju kada je reže enzim koji kontrolira fag. Čestica faga može uključivati do 100 bakterijskih gena.

Ograničena transdukcija

S ograničenom transdukcijom dolazi do rekombinacije – bakterijska DNK zamjenjuje dio DNK faga. Rekombinantna DNK sadrži mali broj bakterijskih gena koji se nalaze uz DNK faga integriranu u bakterijski kromosom.

S ukupnom i ograničenom transdukcijom, DNK donora zamjenjuje homologne regije DNK primatelja. Ovaj je proces sličan transformaciji.

Abortivna transdukcija može biti i nespecifična i specifična. Njegova bit leži u činjenici da fragment DNA transduciran fagom nije uključen u kromosom primatelja, već postoji kao citoplazmatski replikon. Prije ili kasnije, ovaj replikon je izgubljen.

Fenomen transdukcije virusima naširoko se koristi u prijenosu gena kod eukariota. Ako se koristi virus koji nije u stanju formirati kapsid (to jest, postoji samo u obliku DNA), tada se transdukcija ne razlikuje bitno od transformacije ili od konjugativnog prijenosa genetskog materijala korištenjem plazmidnih vektora. Vektorski sustavi stvoreni su na temelju modificiranih virusa SV40 (tvore do 100 tisuća kopija u stanici), virusa herpesa, vakcinije i mozaika cvjetače.

Ponovno treba naglasiti da svi opisani tipovi rekombinacije nisu povezani s dodatkom novih segmenata DNA, već sa zamjenom postojećih nukleotidnih sekvenci. Što je viši stupanj homologije između transformirajuće i izvorne DNA, veća je vjerojatnost uspješne rekombinacije. Najlakši način je rekombinacija enzima prisutnih u svim organizmima. Teže je uvesti nove regulatore visoke specifičnosti u genom. Stoga se za uvođenje novih gena u genom koriste složenije metode povezane s biokemijskim modifikacijama DNA.

Transdukcija je prijenos genetskog materijala iz jedne bakterijske stanice u drugu pomoću bakteriofaga. Transdukciju su 1952. otkrili N. Zinder i E. Lederberg na dva auksotrofna mutanta Salmonella typhimurium. Eksperiment je izveden u (/-cijevci koja je odvojena staklenim ultratankim poroznim filterom. U jedan dio stavljen je soj 2A ovisan o histidinu, u drugi soj ovisan o triptofanu 22A. Nakon nekog vremena sintetiziraju prototrofi triptofan se pojavio u kulturi soja 22A. Utvrđeno je da soj 22A sadrži fag (P22) sposoban lizirati stanice soja 2A. Prodirući kroz stakleni filter, fag P22 je lizirao stanice soja 2A. Stoga, kada je kultura 22A bila posijana na medij koji nije sadržavao triptofan, pojavio se rast ove kulture.
Proučavanje vrijednosti (veličine filterskih pora), brzine taloženja i osjetljivosti na toplinu ovog filtrirnog agensa pokazalo je da je identično onima faga P22. Na temelju toga zaključeno je da je fag koji se nalazi u kulturi 22A prošao kroz filter, inficirao stanice soja 2A koje su bile osjetljive na njega, te je tijekom reprodukcije uključio fragment bakterijskog kromosoma ovog soja u svoj genom . Nakon što je oslobođen iz liziranih stanica, fag je prošao natrag do koljena epruvete, gdje su se nalazile stanice soja 22A. Kada su te stanice inficirane, fag im je prenio nošeni fragment kromosoma stanica soja 2A, koje su bile neovisne o triptofanu. Kao rezultat integracije ovog fragmenta u kromosom stanica soja 22A nastali su prototrofni rekombinanti. U kulturi soja 2A nisu se pojavili prototrofi jer su stanice lizirane.
Fag može nositi gene odgovorne za različita svojstva stanice: otpornost na antibiotike, stvaranje toksina, prototrofiju. Tijekom transdukcije, kao i tijekom transformacije, prenose se samo mali fragmenti DNK - ne više od 1/100 duljine bakterijskog kromosoma.
Samo neki umjereni fagi imaju svojstva transdukcije, naime, fagi koji nose fragment bakterijskog kromosoma kao dio svog genoma. Ovi fagi su defektni: ne sadrže cijeli skup vlastitih gena. Neki od njihovih gena ostaju u bakterijskom kromosomu (umjesto uzetih kromosomskih gena).
Postoje tri vrste transdukcije: opća ili nespecifična, specifična i abortivna.
Vrsta transdukcije određena je uvjetima za nastanak transducirajućih faga.
Opću transdukciju provode fagi koji nastaju tijekom litičkog ciklusa. Tijekom unutarstanične reprodukcije faga, bakterijski kromosom se uništava i njegovi pojedinačni nasumični fragmenti se uključuju u sazrijevajuće čestice faga. Veličina uključenog fragmenta određena je kapacitetom glave faga. Na primjer, transducirajući P1 fag uključuje 2,3% kromosoma E. coli, P22 fag, čiji je genom 2,3 puta manji od genoma P1 (dakle, kapacitet glave je također manji), uključuje 1% kromosoma Salmonella. Kod pojedinačnih transducirajućih faga, sva njihova DNK može se zamijeniti bakterijskom DNK. Stoga takvi fagi mogu nositi bilo koje kromosomske gene i biti uključeni u bilo koji dio primateljevog kromosoma. Fagi koji pružaju takvu transdukciju mogu nositi gene koji kontroliraju prehrambene potrebe bakterija, enzimska svojstva, otpornost na lijekovi, serološka i virulentna svojstva, tj. sva svojstva stanice donora.
Specifičnu transdukciju provode fagi nastali kao rezultat indukcije lizogenih bakterija (na primjer, njihovim zračenjem UV), ili spontanim oslobađanjem profaga iz kromosoma. U općim slučajevima, fag u nastajanju, kada je isključen iz kromosoma, može uključiti u svoj genom samo obližnji segment kromosoma, ostavljajući dio svog genoma u kromosomu. Za razliku od općih transdukcijskih faga, u čijem genomu dominira bakterijska DNK, kod specifičnih transdukcijskih faga glavni dio genoma je DNK faga. Tijekom lizogenizacije osjetljivih bakterija, genom faga specifične transdukcije povezan je samo s određenim dijelovima bakterijskog kromosoma, tj. fag ima specifičnu točku vezivanja na kromosomu. Stoga, kada se pusti, takav fag hvata samo obližnju strogo definiranu regiju bakterijskog kromosoma i prenosi je u stanicu primatelja. Ova sposobnost specifične transdukcije ustanovljena je kod E. coli faga X, koji je tijekom lizogenizacije stanice uvijek fiksiran na bakterijskom kromosomu pored gena koji kontroliraju fermentaciju galaktoze (galaktokinaza i galaktoziltransferaza) i transducira ih u stanicu primatelja gal-. Sa specifičnom transdukcijom, stanica primatelj prima strogo definirane gene.
Abortivna transdukcija događa se na isti način kao i nespecifična transdukcija, ali fragment kromosoma donora koji je fag unio u stanicu primatelja nije uključen u kromosom i ne replicira se, već se nalazi u citoplazmi stanice. Taj se fragment tijekom diobe stanice prenosi samo u jednu ćerku stanicu, a samo ta stanica nosi novo svojstvo kontrolirano unesenim genom stanice donora.
Transdukcija se mora razlikovati od konverzije faga. Tijekom transdukcije bilo koje vrste, promjene se događaju samo u onim fagom inficiranim stanicama u koje je unesena DNK bakterija donora, tj. koje su bile inficirane transducirajućim fagima. Ovo je vrlo mala količina bakterijske populacije. Promjene uzrokovane transduciranjem faga vrlo su postojane, prenose se na potomstvo i traju čak i kada stanica izgubi fag.
Fag, hai i lizogena konverzija su promjene u fenotipu (svojstva stanica) uzrokovane infekcijom stanice umjerenim fagom. Ovdje su promjene uzrokovane genima faga. Oni mogu izravno kontrolirati sintezu pojedinog fragmenta ili, u interakciji s bakterijskim, dovesti do promjene staničnog fenotipa. Najčešće pretvorba faga utječe na sintezu ili aktivnost enzima koji kontroliraju stvaranje staničnih komponenti, što je popraćeno promjenama u morfologiji kolonija. Dakle, lizogenizacija grubih sojeva mikobakterija dovodi do stvaranja glatkih kolonija. Promjenu doživljavaju sve stanice inficirane fagom (pojedinačne tijekom transdukcije). Tijekom pretvorbe faga, promjene u bakterijskom fenotipu traju sve dok je fag prisutan u stanici.

Specifična transdukcija

b) prema karakterističnim značajkama (veličina, prozirnost itd.) za proučavanje nasljedne varijabilnosti faga.

Udio: