Wondershare EdrawMind
Галерея диаграмм связей Медицинская микробиология наследственность и мутация бактерий.
- 3
Медицинская микробиология наследственность и мутация бактерий.
Издательство «Народное здоровье», Издание девятое «Медицинская микробиология» Глава 4 Бактериальная наследственность и мутация, в том числе бактериальный геном, бактериальная генная мутация, Перенос генов и рекомбинация и т.д.
Отредактировано в 2024-03-11 11:37:33
Медицинская микробиология наследственность и мутация бактерий.
- Рекомендовано вам
- Структура
Бактериальная наследственность и мутация
2. Бактериальные генные мутации.
Мутация и правила мутации
Генная мутация
определение
Изменения в структуре гена, вызванные заменой, вставкой или удалением пар оснований ДНК.
Тип изменения базовой пары
замена
Классификация
Конвертировать
Пурин-пуриновые, пиримидин-пиримидиновые изменения.
трансверсия
Пурин-пиримидиновые, пиримидин-пуриновые изменения
в результате
тихая мутация
миссенс-мутация
бессмысленная мутация
вставлять
в результате
мутация сдвига рамки
Отсутствующий
в результате
мутация сдвига рамки
Основные характеристики бактериальной изменчивости
Мутации с большей вероятностью вызывают фенотипические изменения.
Это быстро и может вызвать фенотипические изменения за короткий период времени.
Закон генетической мутации
спонтанные мутации в генах
определение
встречающиеся в природе
доказывать
тест на колебания
значение
Доказывает случайность и спонтанность мутаций.
анализ эксперимента
Если резистентность возникает после воздействия фага
Число резистентных колоний, содержащихся в бактериальных растворах в разных пробирках, должно быть в основном одинаковым.
Если резистентность возникает до того, как бактерии подвергаются воздействию фага
Количество резистентных колоний, содержащихся в бактериальных растворах в разных пробирках, существенно различается.
Результаты эксперимента
Фаги играют лишь экранирующую роль.
Функции
низкая частота мутаций
индуцированные мутации в генах
определение
Скорость мутаций бактерий можно увеличить путем искусственной индукции.
Функции
Высокая скорость мутаций
мутация и отбор
Реплика покрытия
значение
доказывать
Мутации бывают спонтанными и случайными.
Устойчивые мутации возникают до воздействия антибиотиков, а антибиотики служат только для скрининга устойчивых мутантов.
Реверсия и супрессорные мутации
жизненный опыт
Дикий тип
Немутантные штаммы, выделенные из природы
мутантный тип
Штамм, у которого изменился определенный признак по сравнению со штаммом дикого типа.
прямая мутация
Бактерии переходят от дикого типа к мутантному типу.
обратная мутация
Мутантный штамм может восстанавливать признаки дикого типа после второй мутации.
Функции
Часто фенотипические реверсивные мутации
Классификация
Мутация исходного генотипа
Другая генетическая мутация компенсирует исходный фенотип.
супрессорная мутация
внутригенное подавление
Супрессорные мутации возникают в разных местах одного и того же гена.
межгенное подавление
Супрессорные мутации возникают в разных генах.
Мутантные бактерии и выделение
3. Перенос генов и рекомбинация.
жизненный опыт
перенос генов
Процесс перемещения ДНК из одного места генома в другое
Горизонтальный перенос генов (латеральный перенос генов, LGT)
ДНК может передаваться из одного организма в другой, интегрируясь в хромосомы и изменяя состав ее генетической информации.
Функции
Может возникать между близкородственными, отдаленнородственными или даже неродственными организмами.
Относительно вертикального переноса генов (наследственности)
Основные методы горизонтального переноса генов
трансформация
определение
Процесс, при котором бактерии-реципиенты напрямую поглощают фрагменты ДНК бактерий-доноров (экзогенные) и приобретают новые генетические признаки.
определяющие факторы
Способность бактерий-реципиентов к трансформации
Связанные эксперименты
Эксперимент Гриффита
основной процесс
Основные факторы, влияющие на эффективность конверсии
Расстояние генетического родства (генотип бактерий-доноров и реципиентов)
Чем теснее связь, тем выше коэффициент конверсии
Физиологическое состояние бактерий-реципиентов
В процессе трансформации бактерии-реципиенты могут поглощать чужеродные фрагменты ДНК только в компетентном физиологическом состоянии.
экологический фактор
спряжение
определение
Способ, которым бактерии общаются друг с другом через половые пили и передают генетический материал от бактерий-доноров к бактериям-реципиентам.
конъюгативная плазмида
Функция кодирования
несовместимость
F-плазмида не может быть передана F-бактериям.
Синтез и сборка половых пилей
Поддерживать стабильность во время бактериальной конъюгации и спаривания.
Разрезает повернутую ДНК и облегчает передачу нитей бактериям-реципиентам.
Некоторые конъюгативные плазмиды также опосредуют передачу неконъюгативных плазмид или частей хромосомы.
Классификация
Плазмида F (плазмида фертильности)
Механизм «конъюгации», опосредованной F-плазмидой
основной процесс
Одноцепочечная ДНК проникает в F-бактерии через мостик конъюгации половых пилусов.
Высокочастотная рекомбинация (Hfr)
определение
Плазмида F интегрируется в бактериальную хромосому и обеспечивает высокочастотный перенос генов на бактериальную хромосому хозяина.
Функции
Плазмида F в Hfr может опосредовать передачу своей хромосомы другой F-бактерии.
В процессе конъюгации плазмида F наконец попадает в бактерию-реципиент.
Вероятность того, что бактерии-реципиенты получат полную ДНК плазмиды F бактерий Hfr, очень мала.
У Hfr также есть сексуальные пили
Интеграция F-плазмиды в штаммы Hfr обратима.
иногда отделяется от хромосомы, заставляя бактерию прекращать состояние Hfr
F' плазмида
определение
Плазмида F, отделенная от хромосомы, может также нести фрагмент ДНК, прилегающий к месту интеграции, который называется F'-плазмидой.
R-плазмида (фактор инфекционной устойчивости)
состав
Коэффициент передачи сопротивления (RTF)
Функции
Функционально аналогичен F-плазмиде.
кодирование пили
Определить репликацию, конъюгацию и перенос плазмиды
определитель сопротивления (r-det)
Функции
Может быть несколько генов устойчивости
Функция
Определить устойчивость бактерий
Функции
RTF и r-det могут быть интегрированы вместе или существовать отдельно.
Функция передачи устойчивых к лекарствам генов без конъюгации, когда они присутствуют отдельно
трансдукция
определение
Опосредованно фагом (с использованием фага в качестве носителя) фрагмент ДНК бактерии-донора переносится в бактерию-реципиент. После рекомбинации бактерия-реципиент приобретает некоторые генетические признаки бактерии-донора.
Классификация
универсальная трансдукция
Тип фага (все доступные)
вирулентный бактериофаг
умеренный бактериофаг
Условия возникновения
Ошибки сборки при сборке созревания фага
период возникновения
литическая фаза
механизм
Два результата
полная трансдукция
Фрагмент ДНК бактерии-донора интегрируется в хромосому бактерии-реципиента посредством гомологичной рекомбинации и стабильно наследуется по мере репликации хромосомы.
аборт, трансдукция
ДНК бактерий-доноров свободно находится в цитоплазме и не может реплицироваться или передаваться по наследству.
Функции
Часто возникает между бактериями одного вида.
Из-за хозяйской специфичности фагов
Пример
Основные пути передачи резистентности золотистого стафилококка
локализованная трансдукция
Тип фага
умеренный бактериофаг
Условия возникновения
Профаг отклоняется, когда он отделяется от бактериальной хромосомы хозяина (или забирает часть бактериальной ДНК хозяина).
период возникновения
Лизогения
механизм
Функции
Встречается только между бактериями одного и того же вида.
Из-за хозяйской специфичности фагов
Трансдуцированные гены ограничены донорскими бактериальными генами по обе стороны профага.
Контраст: универсальная трансдукция
供体菌染色体DNA任何部位或质粒
Частота трансдукции выше, чем универсальная трансдукция.
Существуют последствия абортивной трансдукции из-за универсальной трансдукции.
Основные сравнения и различия между ними.
лизогенный переключатель
Метод локализованной трансдукции (?)
определение
После того как умеренный фаг заражает бактерию-хозяина, он интегрируется с бактериальным геномом в форме профага, превращая бактерию-хозяина в лизогенную бактерию, тем самым приобретая определенные биологические признаки, кодируемые фаговым геном.
Пример
4. Практическое значение генетической изменчивости бактерий в медицине.
Применение в диагностике, лечении и профилактике заболеваний.
Применение при определении канцерогенов
Приложения в эпидемиологии
Применение в генной инженерии
1. Бактериальный геном
Основные компоненты бактериального генома
бактериальная хромосома
Функции
Нет ядерной мембраны, ядрышко, аморфная нуклеоплазма.
Гаплоидный, может быть кольцевым или линейным.
Хромосомы большинства бактерий (>90%) представляют собой одиночную кольцевую двойную спираль двухцепочечной ДНК (дцДНК).
дцДНК
环状双螺旋双链DNA
Высокий «коэффициент использования»
Бактериальные геномы содержат меньше некодирующих последовательностей.
Около 90% кодирующих генов
Ген смежный и не имеет интронов.
Функционально связанные гены часто образуют опероны (опероны)
Структурные гены имеют одну копию, тогда как гены рРНК имеют несколько копий.
Удовлетворить потребности бактерий в быстром росте и размножении.
Видоспецифическое содержание GC
Содержание GC (процентное содержание) разных бактериальных хромосом различно.
Пример
Содержание GC экзогенной ДНК в средней части значительно ниже, чем у вставленной последовательности с обеих сторон (две ДНК имеют очевидную видовую специфичность).
Бактериальный патогенный остров (ПАИ)
определение
Относится к наличию в геноме патогенных бактерий экзогенных фрагментов ДНК, которые кодируют факторы, связанные с вирулентностью или патогенностью бактерий (такие как факторы адгезии, токсины и т. д.).
Функции
фланкированы повторами или инсерционными последовательностями
Конкретное содержание GC и смещение использования кодонов
один или несколько
горизонтальный перенос
Относительно маленький
Плазмида
определение
Внехромосомные кольцевые молекулы дцДНК
Функции
Обладают способностью самостоятельно реплицироваться и существовать в цитоплазме.
Это кольцевая замкнутая или линейная дцДНК, свободная или интегрированная в бактериальные хромосомы (?).
Несут гены, которые не необходимы для жизнедеятельности бактерий.
Придание специфических биологических характеристик бактериям-хозяевам
Такие как фертильность, лекарственная устойчивость, патогенность и метаболические изменения и т. д.
Может быть потеряно само по себе или удалено путем ручной обработки.
Может передаваться путем присоединения, трансформации и т. д.
Классификационная основа и классификация
Может ли он передаваться через половые пили?
конъюгативная плазмида
Несут гены, участвующие в конъюгативной передаче.
Большая молекулярная масса
Пример
F плазмида
R плазмида
неконъюгативная плазмида
Невозможно передать через сращивание
Малая молекулярная масса
Число копий в бактериях-хозяевах (число копий плазмиды: количество идентичных плазмид, содержащихся в каждой бактерии)
строгая плазмида
Репликация и синхронизация хромосом
Низкое количество копий, всего несколько
Большая молекулярная масса
расслабленная плазмида
Репликация не синхронизирована с хромосомами
Большое количество копий
Малая молекулярная масса
Совместимость плазмид
несовместимость
相关的质粒不能稳定地共存于同一宿主菌的现象
Совместимая плазмида
Несовместимые плазмиды
Биологические признаки, кодируемые плазмидными генами
Плазмида F или плазмида фертильности (плазмида фертильности)
кодирование пили
Опосредует конъюгативный перенос плазмид между бактериями.
плазмида лекарственной устойчивости
Его закодированные продукты связаны с устойчивостью к различным антибактериальным препаратам и тяжелым металлам.
Классификация
R-плазмида (плазмида конъюгативной устойчивости)
Перенос генов может происходить посредством конъюгации
Функции
Чаще встречается в G-
r плазмида (плазмида неконъюгативной устойчивости)
Плазмиды, которые не передаются путем бактериальной конъюгации.
Может передаваться между бактериями посредством фаговой трансдукции и других методов.
Плазмида вирулентности
Кодирует факторы вирулентности, связанные с бактериальной патогенностью.
бактериоцины
Могут кодировать различные бактериоцины
Пример
Col плазмида
колицин, кодирующий Escherichia coli
метаболическая плазмида
Кодирование ферментов, связанных с метаболизмом
Искусственно модифицированная плазмида
перевозчик
Геном фага интегрирован в хромосому
связанная информация
Виды фаговой инфекции
литический цикл
объект
вирулентный бактериофаг
Функции
ДНК не интегрируется в хромосому хозяина
цикл лизогении
объект
умеренный бактериофаг
Функции
ДНК интегрирована в хромосому хозяина
Стать профагом
Профаги могут отделяться от хромосом хозяина
Он также может опосредовать горизонтальный перенос бактериальных генов и участвовать в бактериальном наследовании и мутациях.
Основные специализированные структуры (мобильные элементы) в геномах бактерий.
жизненный опыт
Транспонирование
определение
Как движутся мобильные генетические элементы
Классификация
сохраненная транспозиция
Функции
Мобильный элемент вырезается из исходного сайта с помощью кодируемой транспозазы и вставляется в другие сайты.
репликативная транслокация
Функции
Мобильный элемент создает новую копию и вставляет ее в новый целевой сайт, при этом исходная копия остается на месте.
Функции
со случайностью
Мобильные элементы (также известные как прыгающие гены)
определение
Это тип уникальной последовательности ДНК, которая может менять свое положение в геноме бактерий или других организмов (хромосомах, плазмидах и фаговых геномах), не полагаясь на гомологичную рекомбинацию.
Не зависит от гомологичной рекомбинации
转座元件的插入位点无需存在同源的核苷酸序列
значение
Приводят к генетической нестабильности и высокой частоте мутаций.
Мобильные элементы (также известные как прыгающие гены)
Последовательность вставки (IS)
Базовая структура
оба конца
середина
Функции
Простейший переносной элемент
Не несет генов, не связанных с функцией транслокации.
На обоих концах имеются инвертированные повторы (IR).
является сайтом узнавания рекомбиназы
Промежуточная последовательность кодирует транспозазу и регуляторные белки, связанные с транскрипцией.
транспозаза
催化转座元件的整合或解离
Общие характеристики ИС
ИС может существовать самостоятельно или входить в состав транспозона.
Что такое инвертированная повторяющаяся последовательность?
Транспозон (Тн)
Базовая структура
IS-функциональный ген-IS
Прямо сейчас
заканчивается с обеих сторон
ЯВЛЯЕТСЯ
средняя зона
функциональные гены
Такие как: гены лекарственной устойчивости, гены вирулентности и т. д.
Функции
Больше и сложнее, чем IS
Классификация по структурным характеристикам
сложный транспозон
Базовая структура
середина
гены устойчивости к антибиотикам
оба конца
У каждого есть 1 одинаковый ИС
Транспозон семейства Tn3
Базовая структура
середина
Гены, связанные с функцией передачи Tn
гены, связанные с лекарственной устойчивостью
оба конца
Нет IS на обоих концах
Но содержит 20-40 терминальных прямых или инвертированных повторов.
Зигативный транспозон
Ни терминальных инвертированных повторов, ни прямых повторов.
интегран (Ин)
базовая единица
3 функциональных элемента
ген интегразы (Intl)
Каталитическая интеграция и удаление кассет генов
промоутер промоутер
конкретный сайт рекомбинации att
позиция
хромосома
Плазмида
транспозон
Функции
Способность захватывать и интегрировать экзогенные гены.
Повышение адаптивности бактерий.
Базовая структура
заканчивается с обеих сторон
консервативная зона
середина
переменная область
Содержит одну или несколько кассет генов.
генная кассета
组成
一个结构基因（多为耐药基因）
57-141个碱基对组成
无启动子
жизненный опыт
Несколько основных понятий
наследственность
вариация
бактериальный геном
Относится ко всей генетической информации бактериальных клеток.
Включая хромосомы и/или экзогенную ДНК (плазмиды, часть или весь геном фага) и мобильные элементы.
хромосома
экзогенная ДНК
Плазмида
часть или весь геном фага
подвижные элементы
Фенотип
Совокупность морфологических и физиологических характеристик, проявляемых бактериями в процессе их роста в определенной внешней среде.
Бактерии с одним и тем же генотипом могут проявлять разные характеристики в разных условиях.
Бактериальная мутация
Генетическая изменчивость (генотипическая изменчивость)
Амплитуда изменения
отдельные клетки
Функции
Может стабильно передаваться потомству
Фенотипическая вариация
Амплитуда изменения
Группа (большинство людей в одной среде)
Функции
Изменения обратимы и не передаются по наследству.
Классификация
Морфологические и структурные вариации
Капсульный вариант
споровая мутация
жгутиковая вариация
Вариант колонии
вариация СР
Гладкая колония (S)
Грубая колония (клавиша R)
причина
Потеря ЛПС-специфичных полисахаридов, капсул и т. д.
Мутация L-типа
Вариация вирулентности
Вирулентность исчезает, ослабевает или усиливается.
варианты лекарственной устойчивости
Антигенность, иммунитет и другие вариации