Матеріальні основи спадковості у мікроорганізмів. Генотип і фенотип. Види мінливості. Неспадкова мінливість.

Генетичний апарат прокаріотів побудовано з двоспіральної нитки ДНК, яка складається з 3х109 пар нуклеотидів і замкнута в кільце. Вона суперспіралізована завдяки поліамінам (сперміну, спермідину), іонам магнію і на електронних мікрофотографіях має форму намиста. Хромосома у функціональному відношенні поділяється на фрагменти, які називаються генами. 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. Кожний ген складається з триплетів (кодонів) нуклеїнових основ, які кодують одну амінокислоту.                                                                                                                                     Сукупність генів нуклеоїда та позахромосомних факторів спадковості зумовлюють генотипбактеріальної клітини.Фенотип- індивідуальний вияв генотипу в конкретних умовах існування.

Розрізняють два види мінливості мікроорганізмів: неспадкову або модифікаційну та спадкову або генотипну. Модифікаційна мінливість полягає у зміні різноманітних властивостей мікроорганізмів під впливом факторів навколишнього середовища, однак вона не зачіпає генетичний апарат клітини спадково не передається. Вона зумовлюється адаптаційними механізмами бактеріальної клітини, її здатністю призвичаюватись до умов довкілля за рахунок активації генів, які перебувають у “німому” стані.                                                                                                                                                                                     При генотипній мінливості мікроорганізмів різноманітні ознаки бактерій успадковуються та передаються нащадкам. Вона може розвиватись внаслідок мутацій та рекомбінацій.

Спадкова мінливість. Мутації, їх різновиди. Мутагени фізичні, хімічні, біологічні. Генетичні рекомбінації: трансформація, трансдукція, кон’югація.                                          

Спадкова мінливість - ознаки бактерій успадковуються та передаються нащадкам. Мутації – зміни в послідовності окремих нуклеотидів ДНК                                                                             

1. За походженням: спонтанні та індуковані                                                                                                                    

2. За локалізацією: нуклеоїдні та цитоплазматичні                                                                                                        

     3. За кількістю генів, що мутували: генні та хромосомні                                                                                    

      4. За величиною: великі (хромосомні) і малі (точкові)                                                                                  

 Хромосомні: інверсія ( фрагмент днк в молекулі повертається на 180), дуплікація ( подвоєння ділянки хромосоми), делеція ( випадіння частини хромосоми), дислокація ( зміна локалізація ділянки хромосоми).                                                                                                                                                                  Точкові: делеція, інсерція ( вставка), транзиція( пуринова основа замінюється на пуринову, а піримідинова на піримідинову),трансверсія( пуринова на піримідинову і навпаки).                                   

Види мутації                                                                                                                                                                      

            1. Пряма мутація                                                                                                                                                            

         2. Зворотна (обернена) мутація або реверсія                                                                                                     

      3. Супресорна мутація (внутріш-ньогенна, позагенна). Веде до відновлення фенотипу а не генотипу.

  4. Плейотропна мутація (зміна 2-ох і більше властивостей клітини)                                                                   

5. Нонсенс-мутація (робить кодон нісенітним – не кодує жодної амінокислоти)                                  

Мутагенні фактори:    фізичні ( уфо, іонізуюче випромінювання) , хімічні ( кослоти, основи,лікарські препарати), біологічні ( пероксид водню).                                                                                                   

Рекомбінації - особливі феномени спадкової мінливості мікроорганізмів, які не повязані з спадковим процесом. Види: трансформація - процес гібридизації внаслідок переносу генетичних детермінантів від бактерії до бактерії за допомогою ізольованої днк.конюгація - Передача генетичної інформації від клітини-донора до клітини-реципієнта при безпосередньому контакті .трандукція - обмін генетичного матеріалу внаслідок переносу фагами фрагемнтів днк від клітини-донора до клітини-реціпієнта.

Позахромосомні фактори спадковості у бактерій. Плазміди. Їх основні генетичні функції. Мігруючі елементи. Роль мутацій, рекомбінацій у селекції і еволюції мікроорганізмів. Основні фактори еволюції.

До позахромосомних факторів спадковості відносять плазміди, транспонози та IS-елементи. 1.Плазміди- незалежні генетичні елементи, що містять додаткові гени.Є незалежними репліконами, їх ДНК замкнена у кільце.Не об'єднані з бактеріальною хромосомою.При поділі бактерії розділяються між дочірніми клітинами випадково.                                                                                                                          Ф-ції плазмід:регулюють власну реплікацію та кількість утворюваних копій,виконують ряд інших функцій: стійкість до антибіотиків даної бактерійної популяції(R-плазміди), несуть гени вірулентності або токсинів(Ent-плазміди), детермінують синтез гемолізину і обумовлюють вірулентність деяких бактервй(Hly-плазміди, несуть гени синтезу білків, спрямованих проти інших бактерій(Col-плазміди), зумовлюють наявність у бактерій F-пілів та їх здатність обмінюватись генетичним матеріалом шляхом кон'югації(F-плазміди). Будова:складаються з модулів:основного реплікону і генів,які забезпечують перебіг реплікації.                                                                                                                                 2.Транспозони(мігруючі елементи): мобільні елементи ДНК, які пересуваються всередині хромосоми або в позахромосомну ДНК але в межах однієї клітини.Деякі,можуть переміщатися в інші клітини в процесі,що схожують на кон'югацію.                                                                                                                       Ф-ції: впливають на геном хазяїна, оскільки вбудовуються всередину генів або у близько прилеглі ділянки, порушуючи генну структуру чи підпорядковуючи експресію цих генів новим регуляторним елементам.Викликають багато хромосомних мутацій.

За допомогою цих методів отримано штами-мутанти грибів і актиноміцетів, є продуцентами антибіотиків у багато разів більше активних, ніж вихідні культури. З мутантів з ослабленою вірулентністю можуть бути отримані вакцинні штами для отримання живих вакцин.                                     У процесі лікування хворих на інфекційні хвороби створюються перешкоди у вигляді стійкості збудників до антибіотиків, і потрібні спеціальні методи для подолання лікарської стійкості. Селекція в умовах стаціонарів штамів мікроорганізмів, що володіють множинною лікарською стійкістю і високою вірулентністю для людини, призвело до формування так званих «госпітальних» штамів, що викликають внутрібольнічнис інфекції. Такі штами відомі серед стафілококів, а також серед сальмонел та інших грамнегативних паличок.                                                                                             Методами спрямованої мутації і селекції отримані живі вакцини, з успіхом застосовуються для профілактики інфекційних хвороб.

Значення генетики у розвитку загальної і медичної мікробіології, вірусології, молекулярної біології. Мікробіологічні основи генної інженерії. Схема одержання генних структур і спадково змінених організмів. Досягення генної інженерії, використання генноінженерних препаратів у медицині.

Досягнення молекулярної генетики використовуються для сучасних методів ідентифікації мікробів.Генетична інженерія заснована на створенні рекомбінантних організмів, що містять вбудовані в їх хромосому гени, що кодують продукцію необхідних для виробництва сполук.        Послідовні етапи рекомбінації:                                                                                                                                           1) отримання ДНК. Ділянки ДНК, тобто гени, що кодують синтез необхідного речовини, виділяють з хромосоми шляхом розрізання ферментами (рестріктазамі).                                                                                        2) отриманий ген (відрізок ДНК) за допомогою ферментів (лигаз) з'єднують ( "зшивають") з іншим відрізком ДНК, який буде служити вектором для вбудовування гібридного гена в клітину. Як вектора можна використовувати плазміди, бактеріофаги, віруси;                                                                                            3) вектор, що несе вбудований в нього ген, вбудовується в бактеріальну або тваринну клітину, яка набуває здатності продукувати не властиве цій клітці речовина. В якості таких реципієнтів використовують клітини Е. coli, P. aeruginosa, дріжджі, вірус осповакціни. Підбираючи відповідного реципієнта, враховують вираженість синтезу необхідного речовини.

Біологічні препарати, отримані методом генетичної інженерії: Інтерферони, інтерлейкіни, інсулін, гормон росту, вакцина проти гепатиту В, антигени ВІЛ для діагностики та інші препарати.

Методи генетичної інженерії перспективні:                                                                                                                       - Для отримання антигенів з метою діагностики захворювань, збудники яких чи НЕ культивуються на живильних середовищах (сифіліс, малярія) або небезпечні для культивування;                                                  - Для отримання препаратів, сировина для яких дороге або дефіцитне: інтерферони, інсулін, гормон росту, інтерлейкіни та інші цитокіни, що регулюють імунітет, а також антитіла.

Інфекція. Фактори, що обумовлюють виникнення інфекційного процесу. Роль мікроорганізмів в інфекційному процесі. Патогенність, вірулентність, одиниці вимірювання, методи визначення. Фактори патогенності мікроорганізмів, їх характеристика.

Інфекція – сукупність біологічних процесів, що відбуваються в макроорганізмі при проникненні в нього патогенних агентів незалежно від того, спричинить це розвиток патологічного процесу чи призведе тільки до носійства збудника.                                                                                                      Інфекційні хвороби характеризуються:                                                                                                                          - певною етіологією (патогенний мікроб або його токсини),                                                                                       -заразливістю, нерідко — схильністю до широкого епідемічного розповсюдження,                                           -циклічністю перебігу,                                                                                                                                                           - формуванням імунітету.

Фактори, що обумовлюють виникнення:                                                                                                                            - наявність патогенного мікроорганізму                                                                                                                           - проникнення його у сприйнятливий макроорганізм                                                                                                    - певні умови середовища, в якому відбувається взаємодія мікро та макроорганізму.              Патогенність— це здатність мікроорганізму спричиняти інфекційний процес та інфекційне захворювання. Патогенність є видовою ознакою, яка виникла та затвердилась у мікроорганізмів в процесі еволюції. Ступінь патогенності одного і того ж мікроба при тривалому впливі на нього різних умов зовнішнього середовища може змінюватися. Цей ступінь або міру патогенності прийнято називати вірулентністю.                                                                                                                                  Вірулентність— міра або ступінь патогенності. На відміну від патогенності вона не є видовою ознакою, а притаманна конкретному штаму того чи іншого збудника. Вірулентність може змінюватися в залежності багатьох факторів, що мають впалив на мікро- або макроорганізм. Одиниці вірулентності: Dlm – найменша доза збудника, яка спричиняє загибель 80% віповіних лабораторних тварин; Dcl – доза, що призводить до загибелі100% узятих для досліду тварин; LD50 – доза, що вбиває половину заражених тварин.Для виникнення та підтримки інфекційного процесу мікроорганізми повинні проникнути у сприятливий організм, де його зустрічають ряд захисних факторів, що здійснюють супротив руйнівної дії мікробу. Для подолання цих факторів патогенні мікроорганізми мають фактори патогенності.

До основних факторів патогенності належить:                                                                                                             -адгезивність— здатність мікроорганізму закріплюватися на поверхні клітин;                                                      -колонізація;                                                                                                                                                                              -інвазивність — здатність проникати та розповсюджуватися в макроорганізмі, реалізується через ферменти патогенності (гіалуронідаза, фібринолізин, нейрамінідаза тощо.);                                                     -агресивність — здатність мікробів жити, розмножуватися, розповсюджуватися в організмі та протидіяти захисним факторам організму;                                                                                                                      -токсиноутворення;                                                                                                                                                                  - стійкість до дії захисних факторів макроорганізму.