Способы размножения бактерий. Генетическая рекомбинация

1.

Способы размножения бактерий
бесполое
половое
Генетическая рекомбинация — перераспределение генетического материала
родителей в потомстве — универсальный биологический механизм, свойственный
всем живым существам. У эукариот рекомбинация происходит при половом процессе
— мейозе. У бактерий мейоз не происходит, поэтому у прокариот рекомбинация — это
процесс проникновения части генома донора в клетку реципиента и замена
гомологичного материала реципиента. В результате образуется потомство —
рекомбинанты — содержащее признаки двух клеток: в основном реципиента и в
меньшей степени донора.

2.

Виды генетической
рекомбинации
- конъюгация
- трансформация
- трансдукция
Виды генетической рекомбинации
различаются механизмами передачи ДНК от
донора к реципиенту.

3.

Конъюгация (1946 г. Ледерберг и Тейтем)
Конъюгация в наибольшей степени похожа
на половой процесс.
Клетка-донор имеет F-плазмиду и,
как правило, образует половые пили.
С помощь пиля
(реже без него при прямом контакте)
взаимодействует
с клеткой реципиентом и передает ДНК
в реципиент. Чаще всего так передается
ДНК плазмид, реже — ДНК нуклеоида.

4.

донор
реципиент
F+
F-
F+
F+
F+ x F- = 2 F+

5.

Репликация плазмиды
и передача ее в
реципиент происходит
по типу
катящегося кольца

6.

Некоторые бактерии встраивают ДНК плазмиды
в ДНК нуклеоида. Такое состояние интегрированной
плазмиды называется эписомой.
Клетки с эписомой способны к
рекомбинации с высокой частотой (1:10).
Они называются Hfr -клетки (High Frequency of
Recombination).
В этом случае при конъюгации может передаваться
не только ДНК плазмид, но и нуклеоида.
Количество передаваемой информации будет зависеть
от времени контакта донора с реципиентом.
На этом основано построение генетических карт
бактерий, на которых положение
генов (координаты генов) указывается в минутах.
-эписома
5’

7.

Hfr
F-
? - Какие гены приобретет
реципиент в данном случае?

8.

За 100 минут при 370С
передаётся вся хромосома
E.coli K-12

9.

Трансформация
При трансформации бактерии не контактируют друг с другом, более
того, наличие клетки донора не обязательно, достаточно наличия
в среде двухцепочечного фрагмента ДНК из клетки донора (1-5
генов). Этот фрагмент ДНК и проникает в клетку реципиента. К
трансформации способна только часть клеток популяции —
компетентные клетки, у которых клеточная оболочка способна
пропустить фрагмент ДНК. Состояние компетентности клетки
непродолжительно. Разработаны способы, увеличивающие
количество компетентных клеток в популяции: присутствие ионов
кальция, электропорация.
Одна из цепей ДНК, попавшая в клетку, замещает гомологичную
часть ДНК реципиента. В результате образуются трансформанты
— рекомбинантные клетки с новыми свойствами. В опыте
Гриффитса так передавалось свойство образовывать капсулу,
определяющую патогенность стрептококков.

10.

трансформант

11.

Трансформация: опыт Гриффитса (1928)
Патогенный штамм с
капсулой
Не патогенный
штамм (бескапсульный)

12.

Гриффитс заражал мышей не патогенными бескапсульными
пневмококками и убитыми нагреванием патогенными
бактериями с капсулой. Мыши оставались живы. При
одновременном введении этих двух вариантов бактерий мыши
погибали, а из погибших животных были выделены бактерии
патогенного штамма с капсулой. То есть живые бескапсульные
бактерии приобрели свойство образовывать капсулу от убитых
капсульных
форм.
То, что трансформация осуществляется именно путём
передачи ДНК было установлено только в 1944 году
экспериментами Эвери, Маклеода и Маккарти.

13.

Трансдукция — перенос фрагмента ДНК из
донора в реципиент с помощью вирусов бактерий
(фагов)

14.

Три типа трансдукции:
- специфическая трансдукция — фаг, выходя из
ДНК донора, захватывает определённый участок ДНК;
- неспецифическая трансдукция — фаг
захватывает и переносит разные участки ДНК донора, поскольку
и сам встраивается в геном донора в разных местах его ДНК;
- абортивная трансдукция — фаг с ДНК донора не
встраивается в ДНК реципиента.

15.

16.

Фаг Р22
Хозяин - Salmonella typhimurium

17.

Специфическая трансдукция (1956 год)