Изменчивость. Классификация и характеристика форм изменчивости.

Изменчивость – способность микроорганизмов изменять видовые признаки и свойства.

Может быть ненаследуемой (модификационной) и генотипической (мутации, рекомбинации). См. кратко о каждом виде ниже!!!

Фенотипическая изменчивость. Модификации. Примеры.

Модификации - временные, наследственно не закрепленные изменения, возникающие как адаптивные реакции бактерий на изменения окружающей среды. Модификации находятся под контролем генома, но не сопровождаются изменениями первичной структуры ДНК и вскоре утрачиваются. Модификации проявляются в изменении морфологических, биохимических и ряда других признаков.

Биохимическую основу модификации составляет индуцибельный синтез ферментов. Так, например, кишечная палочка только в присутствии лактозы синтезирует ферменты, необходимые для ее расщепления.

Выделяют 2 вида модификационной изменчивости:

а) стабильную (длительную) модификацию. Она сохраняется в потомстве в течение нескольких поколений.

б) кратковременную модификацию. Она исчезает сразу после прекращения действия фактора, вызвавшего ее.

К модификациям можно отнести включение «молчащих « генов (без их перестройки), в результате чего происходит смена антигенов в ходе инфекционного заболевания.

Модификации могут возникать под действием антибиотиков. При этом образуются L-формы, лишённые клеточной стенки. После прекращения действия пенициллина происходит реверсия – возврат к исходному фенотипу.

При выращивании многих бактерий на питательной среде с бактериостатическими концентрациями антисептиков (фенол, например) также можно получить модификации (например, утрата жгутиков).

 Диссоциации у бактерий.

R-S-диссоциация бактерий - это образования двух форм бактериальных клеток, которые отличаются друг от друга по характеру образуемых ими колоний на твердой питательной среде. Один тип — R-колонии (англ. rough — неровный) — характеризуется неровными краями и шероховатой поверхностью, второй тип — S колоний (англ. smooth— гладкий) - имеет круглую форму, гладкую поверхность.

Диссоциацию большинство ученых рассматривают как закономерную форму модификации, а некоторые относят ее к мутациям. В основе диссоциации лежат изменения в структуре липополисахарида (ЛПС) клеточной стенки грамотрицательных микроорганизмов

Процесс диссоциации обычно протекает в одном направлении: от S- к R-форме. Обратный переход R- в S-форму наблюдается реже. Для большинства вирулентных бактерий характерен рост в виде S-формы колоний (исключение – чумная палочка, бациллы сибирской язвы, микобактерии туберкулеза).

В процессе диссоциации одновременно с изменением морфологии колоний меняются биохимические, антигенные, патогенные свойства бактерий, их устойчивость к физическим и химическим факторам внешней среды!

Биологическое значение S-R-диссоциации состоит в приобретении бактериями определенных селективных преимуществ. К ним относится более высокая устойчивость S-форм к фагоцитозу макрофагами, бактерицидному действию сыворотки крови. R-формы обладают большей устойчивостью к факторам окружающей среды. Они более длительное время сохраняются во внешней среде.

S-R-диссоциация во многих случаях усложняет бактериологическую диагностику инфекционных заболеваний.

Свойства бактерий из S- и R-колоний

Мутации. Классификация. Мутагены выявление мутантов.

Мутации - это изменения в первичной структуре ДНК, которые выражаются в наследственно закрепленной утрате или изменении какого-либо признака.

КЛАССИФИКАЦИЯ МУТАЦИЙ

По характеру изменения генотипа

§ Генные (точечные)

§ Хромосомные

По характеру изменения фенотипа

§ Летальные

§ Морфологические

§ Физиологические

§ Биохимические

По происхождению

§ Спонтанные

§ Индуцированные

По локализации в клетке

§ Ядерные

§ Цитоплазматические (мутации внеядерных генов)

По фенотипическим последствиям

§ Прямые

§ Обратные

Мутагены:

Мутантные штаммы бактерий используются:

1) для получения продуктов биосинтеза бактерий-антибиотиков, аминокислот, ферментов и др.;

2) для получения вакцин;

3) для индикации мутагенности веществ.

►Ауксотрофные мутанты выявляют на минимальном агаре по методу реплик (см. протокол)

Генетические рекомбинации у бактерий. Механизмы и значение. Трансформация. Трансдукция.

Определение рекомбинационной изменчивости у бактерий – изменчивость, происходящая в результате включения в ДНК реципиентной клетки участка ДНК донорской клетки.

Трансдукция - перенос генетического материала от клетки-донора к клетке-реципиенту с помощью умеренного бактериофага. Фаг переносит небольшой фрагмент ДНК бактерии-донора. В результате трансдукции бактерия-реципиент приобретает новые фенотипические признаки: ферментативные свойства, устойчивость к антибиотикам, вредным воздействиям окружающей среды, вирулентность и др. При выходе бактериофага из клетки, фрагмент донорской трансдуцированной ДНК остается в хромосоме клетки-реципиента, а, следовательно, сохраняются и новые фенотипические признаки. Бактериофаг при трансдукции выполняет только транспортную функцию.

Типы трансдукций

1. Неспецифическая трансдукция.В процессе репродукции фага в момент сборки фаговых частиц в их головку вместе с фаговой ДНК может проникнуть какой-либо фрагмент ДНК бактерии-донора. В клетки реципиентного штамма могут быть перенесены любые гены донора. Фаги являются только переносчиком генетического материала от одних бактерий к другим. Фаговая ДНК не участвует в образовании рекомбинантов.

2. Специфическая трансдукция осуществляется  фагами, обладающими избирательной локализацией на хромосоме бактерий. Образование трансдуцирующего фага происходит путем выщепления профага из бактериальной хромосомы вместе с генами, расположенными на хромосоме клетки-донора рядом с профагом. При взаимодействии фагов с клетками реципиентного штамма происходит включение гена бактерии-донора вместе с ДНК дефектного фага в хромосому бактерии-реципиента.

3. Абортивная трансдукция. Принесенный фагом фрагмент ДНК донора не включается в хромосому клетки-реципиента, а остается в ее цитоплазме и в таком виде способен поддерживаться и проявляться фенотипически.

Во время деления бактериальной клетки фрагмент ДНК может передаваться только одной из двух дочерних клеток, т.е. наследоваться однолинейно и в конечном итоге утрачиваться в потомстве.

Вариантом специфической трансдукции является Фаговая (лизогенная) конверсия. Это изменения свойств бактерии-реципиента под влиянием генов умеренного фага.

Механизмы фаговой конверсии:

Трансформация -перенос генетического материала от одного организма к другому, где посредством генетической рекомбинации часть трансформирующей молекулы ДНК может обмениваться с частью хромосомной ДНК донора.

Трансформация бактерий — форма генетической изменчивости, при которой бактерия-реципиент поглощает из внешней среды трофическим путем фрагменты ДНК бактерии-донора. Это приводит к образованию рекомбинантных бактерий, обладающих некоторыми свойствами донорских клеток.

Впервые феномен трансформации был установлен Ф. Гриффитсом в 1928 г. на модели бескапсульного и капсульного пневмококков. Для проведения опыта использовали трех белых мышей. Первую мышь заражали живыми, бескапсульными (невирулентными) пневмококками. Второй мыши вводили убитую культуру капсульных (вирулентных) пневмококков; третьей мыши — смесь живых невирулентных пневмококков и убитых вирулентных пневмококков. В результате опыта в живых оставались первая и вторая мыши; погибала третья мышь, так как живые бескапсульные пневмококки поглощали фрагменты ДНК убитых капсульных и сами превращались в капсульные (вирулентные) пневмококки. Механизм такой трансформации оставался неясным в течение 16 лет. В 1944 г. осуществили трансформацию бескапсульных пневмококков в капсульные in vitro. Они добавили к культуре бескапсульных пневмококков ДНК, выделенную из капсульных пневмококков, в результате чего бескапсульные превратились в капсульные и стали вирулентными для мышей. Опыт доказал, что носителем единиц наследственности (генов) является ДНК.

Процесс трансформации бактерий можно подразделить на несколько фаз:

1) адсорбция ДНК-донора на клетке-реципиенте;

2) проникновение ДНК внутрь клетки-реципиента;

3) соединение ДНК с гомологичным участком хромосомы реципиента с последующей рекомбинацией.

Эффективность трансформации зависит от степени гомологичности ДНК донора и реципиента. Чем выше гомологичность, тем эффективнее спаривание, и тем больше образуется рекомбинантных бактерий. Межвидовая трансформация происходит гораздо реже, чем внутривидовая.