А.И. Нетрусов, И.Б. Котова - Микробиология (1125593), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Изменение одного нуклеотидного остатка (замена, вставка или выпадение) называют точечной мутацией. Мутации, затрагивающие ббльшие участки ДНК, ведут к нарушениям последовательности и количества генов. Защитой генетического материала от повреждающего действия мутагенов независимо от их природы служат репарационные системы (фотореактивация и темновая репарация). Для проявления мугации необходимо, чтобы произошла репликация ДНК и изменение закрепилось в дочерней молекуле.
Для фенотипического проявления мутации требуется прохождение транскрипции и трансляции. Так как микроорганизмы существуют не в виде отдельных особей, а в виде популяций, то, как правило, нужно несколько клеточных делений, чтобы новый признак проявился. Если клетка имеет несколько копий хромосомы, то мутация также проявится в фенотипе клеток только через несколько клеточных делений. 239 Рекомбинации генетического материала у прокариот Наследственную изменчивость у прокариотических микроорганизмов вызывают рекомбинации генетического материала трех основных типов: конъюгация, трансформация и трансдукция. Коньюгация предполагает непосредственный контакт клетки-донора и клетки-реципиента. Клетка-донор должна обладать так называемой ноловой нлазиидой — г-фактором, который может быть автономен или интегрирован в хромосому.
Г-фактор обусловливает способность донорной клетки вступать в контакт с реципиентом, формировать половые г-пили, а также передавать генегический материал. При интеграции Р-фактора в хромосому такая передача осуществляется с высокой частотой (штаммы НГг). Перенос генетического материала строго ориентирован: разрыв копии хромосомы и передача ДНК происходит в локусе 0 в пределах полового фактора. Скорость переноса в одинаковых условиях для определенного штамма является постоянной. Обычно всей хромосоме не удается перейти в клетку-реципиент, так как контакт кпеток очень нестабилен и часто прерывается до завершения перехода.
Поскольку первым реципиенту передается всегда один и тот же, специфичный для каждого штамма, участок хромосомы, частота передачи стоящих следом за ним генов позволяет расположить их по отношению к этому локусу и составить генетическую карту хромосомы. Тране4ормацией называется процесс изменения свойств одних бактерий под влиянием экзогенной растворенной ДНК, выделенной из других бактерий. Для трансформации не нужна клетка-донор, а проникновение фрагментов ДНК зависит от физиологического состояния клетки- реципиента ( компетентности). Только двухце почечные фрагменты ДНК значительной молекулярной массы могут быть трансформирующими агентами.
В геном может включиться ДНК с определенной степенью гомологии с ДНК реципиента. Гены могут переноситься из одной бактериальной клетки в другую и в процессе трансдукции. При этом функцию векторов выполняют фаги, случайно захватывающие фрагмент бактериальной хромосомы в процессе формирования зрелых фаговых частиц. При заражении клетки-реципиента таким фагом может произойти включение фрагмента ДНК другой клетки путем обмена по гомологичным участкам.
Перенос генетического материала из одной клетки в другую осуществляется также путем передачи плазмид. 240 Явление диссоциации у прокариот Механизм явления диссоциации еще не раскрыт полностью, и, более того, вопрос этот на протяжении многих лет остается дискуссионным. Однако в практике научных исследований с этим явлением, когда при рассеве чистой культуры на твердой среде развиваются колонии разной морфологии, сталкивается почти каждый работающий с микроорганизмами.
На самом деле, в этом случае микробная популяция гетерогенна не только морфологически, но затрагиваются также физиолого-биохимические и генетические признаки. Процесс имеет постоянный характер и более высокую частоту (-1О 4), чем спонтанные мутации. Наиболее часто образуются три морфотипа колоний: К вЂ” шероховатые, 3— гладкие и М вЂ” слизистые. Первоначально явление диссоциации было отмечено у патогенных микроорганизмов — ййиоле1!а, ЯидеИа, Е.
сой, и в связи с разными фазами протекания болезни было названо «вариацией фаз» (Я вЂ” вирулентный вариант, преобладает в эпидемической фазе, К вЂ” в постэпидемической). Диссоциация, безусловно, связана с изменениями в геноме. При более внимательном изучении явления диссоциации у ряда микроорганизмов были обнаружены колонии одного морфотипа, но имеющие незначительные модификации (например, гладкие, но существенно различающиеся по блеску, и тогда обозначаемые как Ь,). Колонии разных морфотипов, отличающиеся по диаметру, содержат одинаковое количество по-разному упакованных клеток. Как правило, М- и К-колонии по диаметру в два раза больше, чем колонии В-варианта. В то же время каждая колония уже содержит клетки всех трех типов. В природных местообитаниях обычно наблюдают преобладание какого-либо из диссоциантов, но отмечают наличие всех трех вариантов. Различия в виде колоний обычно выявляются не на любой плотной среде, а только на богатой углеводами.
Различия на клеточном уровне выражаются в способе расхождения делящихся клеток (образуются либо цепочки клеток, лежащие на прямой, как у К-форм, либо расположенные под углом одна к другой Ч-образные формы, как у В- и М-вариантов). Различия в клеточных оболочках (капсула + клеточная стенка) обусловливают весь спектр различий физиолого-биохимических признаков диссоциантов. У диссоциантов, в частности, отмечена разная толщина и химический состав капсул (например, переход Б- в К-вариант связан с потерей О-антигена). Клеточная стенка К-варианта в 1,5 — 2 раза толще, чем у Ь-формы.
Химический состав и электрический заряд вещества капсул (при отрицательных зарядах возникает отталкивание оболочек) связаны с особенностями расхождения клеток при делении. Разное количество в мембранах диссоциантов липи- 241 дов, содержащих ненасыщенные жирные кислоты, влияет на их текучесть (например, К-вариант имеет меньше таких липидов, чем другие формы).
Такие параметры, как скорости роста и вьщеления продуктов, устойчивость к токсическим веществам, зависят от скоростей поглощения и экскреции веществ, активности мембранных ферментов, которые в свою очередь подвержены влиянию изменений в клеточных оболочках. Явление диссоциации следует учитывать при проведении процессов в микробиологических производствах, так как при длительном культивировании медленно растущие варианты вытесняются быстро растущими, но, как правило, менее активными диссоциантами. К тому же диссоцианты могут синтезировать разное количество биологически активных веществ, спектр которых может различаться.
У М-клеток, как правило, образуется максимальное количество экзопродуктов, К-варианты активнее разрушают ксенобиотики, так как они устойчивее к токсическим веществам. Учет гетерогенности популяции позволяет прогнозировать поведение ряда патогенных микроорганизмов в природных местообитаниях. Так, вирулентность популяции фитопатогенных псевдо- монад может меняться в зависимости от погодных условий. В сухую погоду способность к заражению растений понижена из-за преобладания в популяции авирулентного К-варианта, более устойчивого к понижению активности воды.
Таблица 29 Селектнвные преимущества диссоинантов ряда мезофильных микроорганизмов при воздействии различных факторов 242 Хромосома Профаг Плазм наа нй) А 3-вариант (неанссонннруюигнй) Части генома профага -вариан вариант +ЭПА -вариан ,-вариант Рнс. ! 59. Предполагаемая схема днссоцнатнвных переходов у ИгоНососсиз гиЬгорегтгисгиз с участием фага н плазмнды (ЭПА — элнмнннруюшнй плазмнды агент) Условия культивирования и хранения продуцента оказывают существенное влияние на состав его популяции. Ббльшая устойчивость одного из диссоциантов к какому-либо фактору может привести к полной смене состава популяции к концу инкубационного периода.
В табл. 29 приведены данные о селективных преимуществах диссоциантов у ряда микроорганизмов при воздействии различных факторов. Таким образом, можно сделать вывод о том, что диссоциация— это адаптация к меняющимся условиям среды на уровне популяции. Показано, что в диссоциации изученных микроорганизмов могуг быть задействованы все генетические процессы — транс- 243 формация, трансдукция, фаговая конверсия, мигрирующие генетические элементы (умеренные фаги, плазмиды, транспозоны).
Для Клодососсяз гиЬгорегг!лсгил предложена гипотетическая схема диссоциативных переходов (рис. 159). У этой культуры при потере умеренного фага $-диссоциант перестает расщепляться, а утрата плазмиды приводит к тому, что остаются только К-Б-переходы. Возможно, что в К-клетках профаг встраивается в другой, чем в Б-клетках, участок хромосомы. Для стабилизации синтеза биологически активных веществ в промышленности необходимо: ° получить недиссоциируюший клон; ° постоянно вести стабилизирующий отбор; ° соблюдать оптимальные условия хранения; ° соблюдать оптимальные для высокопродуктивного диссоцианта условия роста. Исследования процесса диссоциации имеют прогностическую ценность и дают возможность управлять течением процесса.
По систематическому положению диссоцианты определяются как один вид, так как в определителе учитывается признак по принципу «есть — нет», а диссоциация дает изменения по принципу «больше — меньше». Контрольные вопросы 1. Какие факторы вызывают мутации и в чем особенности фенотипического проявления мутаций у микроорганизмов? 2. Перечислите типы рекомбинации генетического материала у прокариот.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
