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의료 미생물학 - 박테리아의 유전과 돌연변이
People's Health Publishing House, 제9판 "의료 미생물학" 4장 박테리아 유전 및 돌연변이, 박테리아 게놈, 박테리아 유전자 돌연변이, 유전자 전달 및 재조합 등
2024-03-11 11:37:33에 편집됨
- 추천 사항
- 개요
세균 유전과 돌연변이
2. 세균 유전자 돌연변이
돌연변이 및 돌연변이 규칙
유전자 돌연변이
정의
DNA 염기쌍의 치환, 삽입, 결실로 인한 유전자 구조의 변화
염기쌍 변경 유형
대사
분류
전환하다
퓨린-퓨린, 피리미딘-피리미딘 변화
전환
퓨린-피리미딘, 피리미딘-퓨린 변화
결과적으로
침묵의 돌연변이
과오 돌연변이
넌센스 돌연변이
끼워 넣다
결과적으로
프레임시프트 돌연변이
없어진
결과적으로
프레임시프트 돌연변이
박테리아 변이의 기본 특성
돌연변이는 표현형 변화를 일으킬 가능성이 더 높습니다
이는 속도가 빠르고 단시간 내에 표현형 변이를 일으킬 수 있습니다.
유전자 돌연변이의 법칙
유전자의 자발적인 돌연변이
정의
자연 스레 발생하는
입증하다
변동 테스트
중요성
돌연변이의 무작위성과 자발성을 증명합니다.
실험 분석
파지에 노출된 후 저항이 발생하는 경우
서로 다른 시험관의 세균 용액에 포함된 저항성 콜로니의 수는 기본적으로 동일해야 합니다.
박테리아가 파지에 노출되기 전에 저항성이 발생한 경우
서로 다른 시험관의 박테리아 용액에 포함된 저항성 콜로니의 수는 상당히 다릅니다.
실험 결과
파지는 선별 역할만 수행합니다.
특징
낮은 돌연변이율
유전자에 돌연변이가 유발됨
정의
인공유도를 통해 세균의 돌연변이율을 높일 수 있다
특징
높은 돌연변이율
돌연변이와 선택
복제 도금
중요성
입증하다
돌연변이는 자발적이고 무작위적입니다.
저항성 돌연변이는 항생제에 노출되기 전에 발생하며, 항생제는 저항성 돌연변이를 선별하는 역할만 합니다.
복귀 및 억제 돌연변이
배경 지식
야생형
자연에서 분리된 돌연변이되지 않은 균주
돌연변이
야생형 균주와 비교하여 특정 형질이 변화된 균주
전진 돌연변이
박테리아는 야생형에서 돌연변이형으로 변화합니다.
역돌연변이
돌연변이 균주는 두 번째 돌연변이 후에 야생형 특성을 복원할 수 있습니다.
특징
종종 표현형 복귀 돌연변이
분류
원래 유전자형으로의 돌연변이
또 다른 유전적 돌연변이가 원래의 표현형을 보완합니다.
억제 돌연변이
유전자내 억제
억제 돌연변이는 동일한 유전자 내의 다른 위치에서 발생합니다.
유전자간 억제
억제 돌연변이는 다른 유전자에서 발생합니다.
돌연변이 박테리아 및 분리
3. 유전자 전달 및 재조합
배경 지식
유전자 전달
게놈의 한 위치에서 다른 위치로 DNA를 이동시키는 과정
수평 유전자 전달(측면 유전자 전달, LGT)
DNA는 한 유기체에서 다른 유기체로 전달되어 염색체에 통합되고 유전 정보의 구성을 변경할 수 있습니다.
특징
밀접하게 관련되어 있거나, 멀리 관련되어 있거나, 관련이 없는 유기체 사이에서 발생할 수 있습니다.
유전자의 수직적 전달(유전)과 관련
수평적 유전자 전달의 주요 방법
변환
정의
수혜세균이 기증세균(외인성)의 DNA 단편을 직접 섭취하여 새로운 유전적 형질을 획득하는 과정
결정 요인
형질전환을 위한 수용 박테리아의 능력
관련 실험
그리피스 실험
기본 프로세스
변환 효율에 영향을 미치는 주요 요인
유전적 관계의 거리(기증자와 수용자 박테리아의 유전자형)
관계가 가까울수록 전환율이 높아집니다.
수용 박테리아의 생리적 상태
형질전환 과정에서 수용 박테리아는 유능한 생리학적 상태에서만 외부 DNA 단편을 섭취할 수 있습니다.
환경적 요인
동사 변화
정의
박테리아가 성적 필리를 통해 서로 통신하고 기증자 박테리아에서 수용자 박테리아로 유전 물질을 전달하는 방식
접합 플라스미드
코딩 기능
비호환성
F 플라스미드는 F 박테리아로 전달될 수 없습니다.
성적 필리의 합성 및 조립
박테리아 접합 및 교배 중 안정성 유지
회전된 DNA를 절단하고 가닥을 수용 박테리아로 전달하는 것을 촉진합니다.
일부 접합 플라스미드는 또한 비접합 플라스미드 또는 염색체 일부의 전달을 매개합니다.
분류
F 플라스미드(생식력 플라스미드)
F 플라스미드 매개 "접합"의 메커니즘
기본 프로세스
단일 가닥 DNA는 성적 모공 접합 다리를 통해 F-박테리아로 들어갑니다.
고주파 재결합(Hfr)
정의
F 플라스미드는 박테리아 염색체에 통합되어 숙주 박테리아 염색체에서 유전자의 고주파 전달을 중재합니다.
특징
Hfr의 F 플라스미드는 자신의 염색체를 다른 F-박테리아로 전달하는 것을 중재할 수 있습니다.
접합 과정에서 F 플라스미드는 최종적으로 수용 박테리아에 들어갑니다.
수용 박테리아가 Hfr 박테리아의 완전한 F 플라스미드 DNA를 얻을 확률은 매우 낮습니다.
Hfr에는 성적 필리도 있습니다.
Hfr 균주에 F 플라스미드를 통합하는 것은 가역적입니다.
때로는 염색체에서 분리되어 박테리아가 Hfr 상태를 종료하게 만듭니다.
F' 플라스미드
정의
염색체에서 분리된 F 플라스미드는 또한 F' 플라스미드라고 불리는 통합 부위에 인접한 DNA 단편을 운반할 수 있습니다.
R 플라스미드(감염 저항 인자)
구성
저항 전달 인자(RTF)
특징
F 플라스미드와 기능적으로 유사
코딩 필리
플라스미드 복제, 접합 및 전달 결정
저항 결정자(r-det)
특징
다중 저항 유전자일 수 있음
기능
박테리아 저항성을 결정하다
특징
RTF와 r-det는 함께 통합되거나 별도로 존재할 수 있습니다.
단독으로 존재하는 경우 접합 없이 약물내성 유전자 전달 기능
변환
정의
파지(파지를 운반체로 사용)에 의해 매개되는 기증자 박테리아의 DNA 단편은 재조합 후 수용자 박테리아로 전달되며 기증자 박테리아의 유전적 특성 중 일부를 획득합니다.
분류
보편적인 변환
파지 유형(모두 사용 가능)
악성 박테리오파지
온대박테리오파지
발생 조건
파지 성숙 조립 중 조립 오류
발생 기간
용해상
기구
두 가지 결과
완전한 변환
공여균의 DNA 단편은 상동재조합을 통해 수용균의 염색체에 통합되고, 염색체가 복제되면서 안정적으로 유전된다.
낙태 형질전환
기증 박테리아의 DNA는 세포질에 존재하며 스스로 복제하거나 전달될 수 없습니다.
특징
같은 종의 세균 사이에서 흔히 발생
파지의 숙주 특이성으로 인해
예
황색포도상구균의 저항성 전달의 주요 방식
현지화된 형질전환
파지 유형
온대박테리오파지
발생 조건
프로파지는 숙주 박테리아 염색체에서 분리될 때(또는 숙주 박테리아 DNA의 일부를 빼앗을 때) 이탈됩니다.
발생 기간
용원성
기구
특징
같은 종의 박테리아 사이에서만 발생
파지의 숙주 특이성으로 인해
형질도입된 유전자는 프로파지 양쪽의 기증자 박테리아 유전자로 제한됩니다.
대조: 보편적인 변환
供体菌染色体DNA任何部位或质粒
변환 주파수는 범용 변환보다 높습니다.
보편적 형질전환으로 인해 유산된 형질전환의 결과가 있습니다.
두 제품의 주요 비교 및 차이점
용원성 스위치
국소적인 형질전환 방법(?)
정의
온대 파지가 숙주 박테리아를 감염시킨 후 프로파지 형태로 박테리아 게놈과 통합되어 숙주 박테리아를 용원성 박테리아로 전환시켜 파지 유전자에 의해 암호화된 특정 생물학적 특성을 획득합니다.
예
4. 의학에서 세균 유전적 변이의 실제적 중요성
질병의 진단, 치료 및 예방에 적용
발암 물질 측정에 적용
역학 응용
유전공학에의 응용
1. 세균 게놈
박테리아 게놈의 주요 구성 요소
세균 염색체
특징
핵막 없음, 핵소체, 무정형 핵질
반수체, 원형 또는 선형일 수 있음
대부분의 박테리아(>90%)의 염색체는 단일 원형 이중 나선 이중 가닥 DNA(dsDNA)입니다.
dsDNA
环状双螺旋双链DNA
높은 "활용률"
박테리아 게놈에는 비암호화 서열이 더 적습니다.
코딩 유전자의 약 90%
유전자가 연속되어 있고 인트론이 없습니다.
기능적으로 관련된 유전자는 종종 오페론(오페론)을 형성합니다.
구조 유전자는 단일 복사본을 가지고 있는 반면, rRNA 유전자는 여러 복사본을 가지고 있습니다.
빠른 성장과 번식을 위한 박테리아의 요구를 충족합니다.
종별 GC 함량
서로 다른 박테리아 염색체의 GC 함량(백분율)이 다릅니다.
예
중간 부분의 외인성 DNA의 GC 함량은 양쪽에 삽입된 서열의 GC 함량보다 현저히 낮습니다(두 DNA는 명백한 종 특이성을 가짐).
세균병원성섬(PAI)
정의
병원성 박테리아의 게놈에 박테리아 독성 또는 병원성과 관련된 요소(예: 부착 요소 및 독소 등)를 암호화하는 외인성 DNA 단편이 존재하는 것을 의미합니다.
특징
반복 또는 삽입 시퀀스가 옆에 있음
특정 GC 함량 및 코돈 사용 편향
하나 또는 여러
수평 이동
상대적으로 작은
플라스미드
정의
염색체외 원형 dsDNA 분자
특징
독립적으로 복제할 수 있는 능력이 있고 세포질 내에 존재함
원형의 폐쇄형 또는 선형 dsDNA이며, 유리되거나 세균 염색체에 통합되어 있습니다(?)
박테리아의 생활 활동에 필수적이지 않은 유전자를 운반합니다.
숙주 박테리아에 특정 생물학적 특성을 부여
생식력, 약물 저항성, 병원성 및 대사 변화 등.
저절로 손실되거나 수동 처리를 통해 제거될 수 있음
결합, 변형 등을 통해 이전될 수 있습니다.
분류기준 및 분류
성적 필리를 통해 전염될 수 있나요?
접합 플라스미드
접합전염에 관여하는 유전자를 운반
큰 분자량
예
F 플라스미드
R 플라스미드
비접합 플라스미드
스플라이스를 통해 전달될 수 없습니다.
작은 분자량
숙주균의 카피수(플라스미드 카피수: 각 세균에 포함되어 있는 동일한 플라스미드의 수)
엄격한 플라스미드
복제 및 염색체 동기화
사본 수가 적고 몇 개만 있습니다.
더 큰 분자량
이완된 플라스미드
복제가 염색체와 동기화되지 않음
높은 사본 수
작은 분자량
플라스미드 호환성
비호환성
相关的质粒不能稳定地共存于同一宿主菌的现象
호환 가능한 플라스미드
호환되지 않는 플라스미드
플라스미드 유전자에 의해 암호화된 생물학적 특성
F 플라스미드 또는 생식력 플라스미드(생식력 플라스미드)
코딩 필리
박테리아 사이의 플라스미드 접합 전달을 중재합니다.
약물 저항성 플라스미드
인코딩된 제품은 다양한 항균 약물 및 중금속에 대한 내성과 관련이 있습니다.
분류
R 플라스미드(접합 저항성 플라스미드)
유전자 전달은 접합을 통해 발생할 수 있습니다.
특징
G-에서 더 흔함
r 플라스미드(비접합 저항성 플라스미드)
박테리아 접합에 의해 전달될 수 없는 플라스미드
파지 형질도입 및 기타 방법을 통해 박테리아 간에 전염될 수 있음
독성 플라스미드
박테리아 병원성과 관련된 독성 인자를 암호화합니다.
박테리오신
다양한 박테리오신을 코딩할 수 있음
예
Col 플라스미드
대장균을 코딩하는 콜리신
대사 플라스미드
대사와 관련된 효소를 코딩합니다.
인위적으로 변형된 플라스미드
담체
염색체에 통합된 파지 게놈
관련 정보
파지 감염의 유형
용질주기
물체
악성 박테리오파지
특징
DNA가 숙주 염색체에 통합되지 않음
용원성주기
물체
온대박테리오파지
특징
숙주 염색체에 통합된 DNA
프로파지가 되다
프로파지는 숙주 염색체에서 분리될 수 있습니다.
또한 박테리아 유전자의 수평적 전달을 중재하고 박테리아 유전 및 돌연변이에 참여할 수 있습니다.
박테리아 게놈의 주요 특수 구조(이동 요소)
배경 지식
전치
정의
이동성 유전 요소가 움직이는 방식
분류
보존된 전치
특징
전이 가능한 요소는 인코딩된 트랜스포사제에 의해 원래 사이트에서 잘라내어 다른 사이트에 삽입됩니다.
복제 전좌
특징
대체 가능한 요소는 새 복사본을 만들어 새 대상 사이트에 삽입하는 반면 원본 복사본은 그대로 유지됩니다.
특징
무작위로
이식 가능한 요소(또는 점핑 유전자라고도 함)
정의
이는 상동 재조합에 의존하지 않고 박테리아 또는 다른 유기체(염색체, 플라스미드 및 파지 게놈)의 게놈에서 위치를 변경할 수 있는 일종의 독특한 DNA 서열입니다.
상동재조합에 의존하지 않음
转座元件的插入位点无需存在同源的核苷酸序列
중요성
유전적 불안정성과 높은 돌연변이율로 이어짐
이식 가능한 요소(또는 점핑 유전자라고도 함)
삽입 순서(IS)
기본 구조
양쪽 끝
가운데
특징
가장 간단한 이식 가능한 요소
전좌 기능과 관련 없는 유전자를 갖고 있지 않습니다.
양쪽 끝에 IR(역 반복)이 있습니다.
재조합 효소의 인식 부위입니다
중간 서열은 트랜스포사제 및 전사 관련 조절 단백질을 암호화합니다.
전위효소
催化转座元件的整合或解离
IS의 공통적인 특징
IS는 독립적으로 존재할 수도 있고 트랜스포존의 일부가 될 수도 있습니다.
역반복 시퀀스란 무엇입니까?
트랜스포존(Tn)
기본 구조
IS 기능성 유전자 -IS
지금 바로
양쪽에서 끝나요
이다
중간 지역
기능성 유전자
예: 약물 저항성 유전자, 독성 유전자 등
특징
IS보다 크고 복잡함
구조적 특성에 따른 분류
복합 트랜스포존
기본 구조
가운데
항생제 내성 유전자
양쪽 끝
각각에는 동일한 IS가 1개 있습니다.
Tn3 계열 트랜스포존
기본 구조
가운데
Tn 전달 기능과 관련된 유전자
약물 저항성 관련 유전자
양쪽 끝
양쪽 끝에 IS 없음
그러나 20-40개의 터미널 직접 또는 반전 반복을 포함합니다.
Zygative 트랜스포존
터미널 반전 반복이나 직접 반복이 아님
인테그론(In)
기본 단위
3가지 기능적 요소
인테그라제 유전자(Intl)
촉매 유전자 카세트 통합 및 절제
발기인 발기인
특정 재조합 사이트 att
위치
염색체
플라스미드
트랜스포존
특징
외인성 유전자를 포착하고 통합하는 능력
박테리아 적응력 강화
기본 구조
양쪽에서 끝나요
보수적인 지역
가운데
가변 영역
하나 이상의 유전자 카세트를 포함합니다.
유전자 카세트
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
배경 지식
몇 가지 기본 개념
유전
변화
박테리아 게놈
세균세포의 모든 유전정보를 말합니다.
염색체 및/또는 외인성 DNA(플라스미드, 파지 게놈의 일부 또는 전체) 및 이동 요소 포함
염색체
외인성 DNA
플라스미드
파지 게놈의 일부 또는 전부
움직일 수 있는 요소
표현형
특정 외부 환경에서 박테리아가 성장하는 동안 나타나는 형태학적, 생리학적 특성의 총합입니다.
동일한 유전자형을 가진 박테리아라도 조건에 따라 다른 특성을 나타낼 수 있습니다.
세균 돌연변이
유전적 변이(유전자형 변이)
변동폭
개별 세포
특징
자손에게 안정적으로 물려줄 수 있음
표현형 변이
변동폭
그룹(동일한 환경에 있는 대부분의 개인)
특징
변경사항은 되돌릴 수 있으며 상속될 수 없습니다.
분류
형태학적 및 구조적 변이
캡슐 변형
포자 돌연변이
편모 변이
콜로니 변형
SR 변형
매끄러운 집락(S)
러프 콜로니(R)
이유
LPS 특이적 다당류, 캡슐 등의 손실
L형 돌연변이
독성 변이
독성이 사라지거나, 약해지거나, 증가합니다.
약물 저항성 변종
항원성, 면역성 및 기타 변형