Бактерия генетикасы. Модификация. Мутация. Генетикалық рекомбинация. Плазмидалар

Генетика - тұ қ ым қ уалау жә не ө згергіштік туралы ғ ылым.

Генотип - жасушалардың тұ қ ым қ уалау қ асиетін қ амтамасыз ететін, нуклеотидтардан тұ ратын гентердің бірлестгі. Қ оршағ ан ортаның, тиісті жағ дайларына қ арай спецификалық жауап беру қ абілеттілігі тұ қ ым қ уалайды, сондық тан іске асырылатын белгілердің барлық жиынтығ ын фенотип деп атайды.

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

Генетикалық код- гендегі негіздердің орналасу реті. Код-тұ қ ым қ уалау информациясының жазылуы.

Ген белгілірінің сыртқ ы байқ алуын, яғ ни фенотипін зерттеу микроб гендерінің картасын жасаудың негізі болып табылады.

Модификация (фенотиптік ө згергіштік)- эволюциялық бекітілген қ оршағ ан орта жағ дайының ө згеруіне қ арай жауап берілетін микроорганизмдердің бейімделу(адаптация) реакциясы. Олар микробтың тіршілік қ абілеттілігін қ амтамасыз етеді жіне тиісті фактордың ә сер етуі тоқ тағ аннан кейін жойылады. Қ ысқ а уақ ытты модификациялар тек қ ана бірінші буынның тіршілік ету кезінде сақ талады. Ұ зақ мерзімді модификациялар бірнеше ұ рпақ тың тіршілік ету кезінде сақ талады. Негізінде фенотиптік ө згерістер, яғ ни модификациялар ө мірбақ и тұ қ ым қ уаламайды, ә сер етуші фактор жойылғ аннан кейін бұ рың ғ ы қ асиеттері қ алпына келеді.

Мутациялар - ДНҚ -ның қ ұ рылысындағ ы ө згерістердің нә тижесінде болады. Мутация кезінде кейбір қ асиеттері жоғ алады жә не ол қ асиеттер тұ қ ым қ уалайды. Шығ у тегі, хромосомадағ ы орналасуы, ДНҚ қ ұ рамындағ ы алғ ашқ ы ө згерістердің сипаттамасы, мутацияланғ ан бактериялық жасушадағ ы фенотиптік ө згерістердің салдары жә не басқ а белгілері бойынша мутацияларды бірнеше топтарғ а бө ліп жіктейді(классификациялайды).

Шығ у тегі бойынша- спонтанды жә не идуцияланғ ан мутациялар. Спонтанды мутациялар табиғ и жағ дайда ө зінен-ө зі болады, себебін анық тау ө те қ иын. Индуцияланғ ан мутациялар тиісті физикалық немесе химиялық факторлардың (мутагендердің ) ә серінен тә жірибе жағ дайында пайда болады(мысалы, ультра-кү лгін сә уленің ә серінен).

Тиісті аминқ ышқ ылдарын, азоттық негіздерді, ө су факторларын қ ажет ететін микроб штамдарын, яғ ни мутанттарды аукстрофтылар деп атайды. Мутацияланғ ан гендердің саны жә не ДНҚ -ң біріншілік қ ұ рылымындағ ы ө згерістердің сипаттамасына қ арай гендік жә не хромосомалық мутациялар болады. Біріншісінде ө згеріс тек қ ана бір генде(сондық тан оны нү ктелік мутация деп атайды), ал екіншісінде-бірнеше гендерде болады. Нү ктелік мутация кезінде ген тү сіп қ алады, немесе бір ген қ осылады, немесе негіздер қ осағ ы алмасады.

Бактериялар диссоциациясы-ө згергіштіктің ө зінше бір тү рі. Ол бактериялардың таза дақ ылын тығ ыз ортағ а сепкенде 2 тү рлі колониялар тү зеу арқ ылы байқ алады.

Диссоциациялық процесс кезінде тек қ ана колониялар пішіні ө згеріп қ оймай, олардың биохимиялық, антигендік жә не патогендік белгілері ө згеруі мү мкін.

Микроб жасушаның (клетка) зақ ымданғ ан генетикалық заттарын қ алпына келтіру қ абілеттілігі бар(репарация). Репарация арнайы гендердің бақ ылауында болатын ферменттердің кө мегімен атқ арылады.

Қ орыта келгенде, фенотиптік(модификациялық, тұ қ ым қ уаламайтын) ө згергіштік қ оршағ ан орта факторларының ә серінен болып, бактерия генотипінде ө згеріс туғ ызбайды. Генотиптік(тұ қ ым қ уалайтын) ө згергіштік мутациялық (мутагендік фактор ә сер етіп ДНҚ -да ө згеріс болу) жә не рекомбинациялық (геномда ә ртү рлі рекомбинациялық процесс болу) болып екі топқ а бө лінеді.

Бактериялық рекомбинацияларғ а мына қ ұ былыстар жатады: трансформация, трансдукция, коньюгация.

Трансформация-донордың (беруші) ДНҚ фрагменті арқ ылы рецепиентке (қ абылдаушы) генетикалық информация жеткізілу нә тижесінде бактерия қ асиеттерінің ө згеруі. Бұ л қ ұ былысты алғ ашқ ы рет 1922 жылы ағ ылшын зерттеушісі Ф. Гриффитс тышқ андарда тә жірибе жасау кезінде байқ ағ ан. Ол тышқ андарғ а вирулентсіз (капсуласы жоқ ) пневмококктар мен вирулентті (капсуласы бар) пневмококктарды араластырып енгізеді (жұ қ тырады). Ө лген тышқ андардан капсулалы пневмококк бө лініп алынғ ан. Капсулалы пневмококк ө лтірілмегенмен оның ДНҚ -ы сақ талғ ан, ол капсуласыз тү ріне еніп, капсулалы пневмококк пайда болғ ан деген тұ жырымғ а келген, бұ л қ ұ былысты трансформация деп атағ ан. Осы жағ дайда 1944 жылы Америкалық зерттеушілер О. Эвери, Ж. Мак-Леод жә не К. Мак-Карти пробиркада тә жірибе жасап дә лелдеген. Трансформациялық қ ұ былыс кез келген жағ дайда бола бермейді, ол ү шін ө зінің клетка қ абатынан бө тен ДНҚ -ын ө ткізе алатын бактериялар болуы керек. Ондай қ абылдаушы клеткаларды компонентті жасушалар деп атайды.

Трансформация бірнеше кезең нен тұ рады:

Рецепиент-бактерияғ а донордың екі жіпшелі ДНҚ бө лшегінің адсорбциялануы жә не қ абылдануы;
Эклипс-жасырын кезең і-бұ л кезде ДНҚ -ң биологиялық ә сері болмайды.
Интеграциялау(қ осылу)-донордың хромосомалы (ДНҚ бө лшегі) рецепиенттің хромосомасына қ осылады.
Гендердің экспрессиялануы (айқ ындалуы) - трансформацияланғ ан жасуша клонының кө беюі. Жаң адан пайда болғ ан бактерия ұ рпағ ында ө згерген ген болады. Трансформация кезінде гендік бө лшектің біреуі екіншісімен алмасады. Трансформация арқ ылы жаң а морфологиялық, дақ ылдық, патогендік т. б. қ асиеттер беріледі.

Трансдукция- донордан рецепиентке генетикалық информацияны ә лсіз фаг арқ ылы жеткізу. Ә лсіз фаг бактерияғ а енгеннен кейін ұ зақ мерзім сонда қ алып қ ояды. Кейбір факторлардың ә серінен ол кү шейіп бактериядан шық қ ан кезінде сол бактерияның ДНҚ -ң бір фрагментін ө зінің ДНҚ -на қ осып ала кетуі мү мкін. Енді осындай ә лсіз фаг екінші бактерияғ а енген кезде оғ ан жаң а қ асиет беруі мү мкін.

Генерализацияланғ ан трансдукция кезінде - фаг бактериялық ДНҚ -ң фрагментін алып, фаг басындағ ы ө зінің геномына жалғ астырады. Мұ ндай фагтарды дефектілі фаг деп атайды, себебі гені бактериялық ДНҚ -ң бө лшегімен алмастырылғ ан. Генетикалық затты қ осып алу бактерия хромосомасының бө ліну кезінде болады. Спецификалық (шектелген) трансдукция кезінде фагқ а жақ ын орналасқ ан бактерия-донордың хромосомасындағ ы ген беріледі. Бұ л қ ұ былыс ө зінің геномында бактерия хромосомасының фрагменті бар фагтардың кө мегімен атқ арылады. Бұ л процесс кезінде бактериялық жасушада лизогенизациялану болады.

Коньюгация - донор-жасушадан рецепиентке бактериялардың бір-бірімен тікелей жанасқ анда генетикалық информация берілуі. Бактериялардың коньюгациялық қ абілеттілігі оларда жыныстық фактор-F, хромосомадан тыс автономиялық детерминанттың болуымен байланысты. Бұ л фактор ө зінше репликациялану қ абілеттілігі бар ДНҚ молекуласына жатады. Осындай жыныстық факторы бар жасушалардың ондай факторы жоқ тарғ а қ арағ анда қ осымша сыртқ ы қ абаттық қ ұ рылымдар- кірпікшелер (половые пили) синтездеу қ абілеттілігі бар. Олар донордан рецепиентке генетикалық информация ө ткізетін цитоплазмалық кө пірше қ ызметін атқ арады. Коньюгация кезінде бактерия хромасомасының фрагментін ө ткізе алатын микроб штамдарын H|r- бактериялар деп атайды, яғ ни рекомбинациялық қ абілеттілігі кү шті жасушалар. Олардың жыныстық факторы хромасомада орналасады. Генетикалық информация коньюгация кезінде бір бағ ытта, яғ ни аталық жасушадан (Ғ +) аналық жасушағ а (Ғ -) беріледі. Осының нә тижесінде ДНҚ фрагменті бірінен екіншісіне ө теді.

Плазмидалар - хромасомадан тыс орналасқ ан, ө зінше репликациялану қ абілеттілігі бар жабық сақ иналы қ ұ рылымнан тұ ратын ДНҚ. Олар жасушағ а қ осымша пайдалы қ асиет береді. Бактериялардың плазмидасы ө зінше жойылуы мү мкін (элиминация), бірақ олардың негізгі қ асиеттеріне ә сер етпейді, яғ ни негізгі қ ызметін сақ тайды жә не де оларда мутациялық, рекомбинациялық ө згерістер болуы мү мкін.

Бір бактериядан екіншісіне коньюгация кезінде берілетін плазмидаларды коньюгативті немесе трансмиссивті плазмидалар деп атайды. Коньюгативсіз плазмидалар тек қ ана коньгативтілердің кө мегімен беріледі. Плазмидалар арқ ылы ә ртү рлі генетикалық заттар беріліп, микроб жаң а қ асиетке ие болады. Ондай факторларғ а жатады: R-фактор-антибиотикке тө зімділік қ асиеті;

H|r-фактор-кү шті коньюгациялық қ абілеттілік қ асиеті;

Col-фактор-колицин синтездеу қ асиеті, т. б.;

R- факторы бар бактериялар арнайы белок заттар синтездейді. Алғ аш рет осындай заттарды ішек таяқ шасында болатыны дә лелденген, сондық тан ондай заттарды колицин (Е. Coli) деп атағ ан, кейіннен колицин тә різдес заттарды басқ а да микробтар бө ліп шығ аратыны анық талды, сондық тан оларды жалпы бактериоциндер деп атайды. Бактериоциннің антибиотиктен ерекшелігі сол, олар ө з тү ріне жататын немесе ө те жақ ын туыстас микробтарды қ ырып-жояды. Колицин сезімтал микробқ а жабысады да, оның метаболизмін бұ зып, микробты ө лтіреді.

Вирустарда модификациялық (фенотиптік) ө згергіштік вирионның суперкапсидімен байланысты. Суперкапсидтың қ ұ рылысы ө згеруімен байланысты вирустардың репродукциялануы бұ зылады.

Вирустарда болатын мутацияның нә тижесінде олардың ә ртү рлі қ асиеттері ө згереді. Спонтанды мутация олардың нуклеин қ ышқ ылдарының репликациялануы кезінде пайда болады. Индуцияланғ ан мутациялар бактерияларғ а ә сер ететін факторлардың нә тижесіндегідей болады. Ондай факторлардың кейбіреуі (азотты қ ышқ ыл, гидроксиламин) жасушадан тыс орналасқ ан вирусқ а, ал басқ алары (акридин т. б. )- жасуша ішіндегі вирусқ а, оның нуклеин қ ышқ ылының репликациялану кезінде ә сер етеді. Сезімтал жасушағ а бір мезгілде 2 вирус енген жағ дайда генетикалық рекомбинациялар, реактивация жә не фенотиптік араласу болуы мү мкін. Генетикалық рекомбинация 2 жә не одан да кө п ДНҚ -ы вирустардың ген алмасуының нә тижесінде болады. РНҚ - вирустарда мұ ндай қ ұ былыс сирек кездеседі.

Генетикалық реактивация - ол рекомбинацияның ерекше тү рі. Екі туыстас вирустың ә ртү рлі гендерінің белсенділігі тө мен болып, егер екеуінің арасында буындасу (скрещивание) болса, жаң адан толық қ ұ нды вирус бө лшектері пайда болады.

Вирустардың генотиптік емес ө зара ә рекетіне комлементация жә не фенотиптік араласу (смешивание) жатады. Комплементация бір вирустың генімен кодталғ ан белок, екінші вирустың репродукциялануына себепкер болғ ан жағ дайда ғ ана болады, яғ ни, бір вируста жетіспейтін нә рсені екіншісі оғ ан жеткізгенде болатын қ ұ былыс. Фенотиптік араласу- аралас вирустармен жұ қ тырғ анда, бір вирустың ұ рпағ ы басқ аның фенотиптік белгілерін ө зіне қ абылдағ анда болады.