Плазмиды. Виды плазмид. Роль плазмид в генной инженерии. Плазмиды бактерий, их функции и свойства. Использование плазмид в генной инженерии

III. КРАТКИЙ СПРАВОЧНИК ГОРМОНОВ С УЧЕТОМ МЕСТА ИХ ВЫРАБОТКИ И ФУНКЦИИ

III. Органы, объединяющие эндокринные и неэндокринные функции

Плазмиды - внехромосомные мобильные генетические структуры бактерий, представляющие собой замкнутые кольца двунитчатой ДНК. Плазмиды способны автономно копироваться (реплицироваться) и существовать в цитоплазме клетки, поэтому в клетке может быть несколько копий плазмид. Плазмиды могут включаться (интегрировать) в хромосому и реплицироваться вместе с ней. Различают трансмиссивные и нетрансмиссивные плазмиды . Трансмиссивные (конъюгативные) плазмиды могут передаваться из одной бактерии в другую.

Среди фенотипических признаков, сообщаемых бактериальной клетке плазмидами, можно выделить следующие :

1) устойчивость к антибиотикам;

2) образование колицинов;

3) продукция факторов патогенности;

4) способность к синтезу антибиотических веществ;

5) расщепление сложных органических веществ;

6) образование ферментов рестрикции и модификации.

Термин «плазмиды» впервые введен американским ученым Дж. Ледербергом (1952) для обозначения полового фактора бактерий. Плазмиды несут гены, не обязательные для клетки-хозяина, придают бактериям дополнительные свойства, которые в определенных условиях окружающей среды обеспечивают их временные преимущества по сравнению с бесплазмидными бактериями.

Некоторые плазмиды находятся под строгим контролем. Это означает, что их репликация сопряжена с репликацией хромосомы так, что в каждой бактериальной клетке присутствует одна или, по крайней мере, несколько копий плазмид.

Число копий плазмид, находящихся под слабым контролем, может достигать от 10 до 200 на бактериальную клетку.

Для характеристики плазмидных репликонов их принято разбивать на группы совместимости. Несовместимость плазмид связана с неспособностью двух плазмид стабильно сохраняться в одной и той же бактериальной клетке. Некоторые плазмиды могут обратимо встраиваться в бактериальную хромосому и функционировать в виде единого репликона. Такие плазмиды называются интегративными или эписомами .

У бактерий различных видов обнаружены R-плазмиды , несущие гены, ответственные за множественную устойчивость к лекарственным препаратам - антибиотикам, сульфаниламидам и др., F-плазмиды , или половой фактор бактерий, определяющий их способность к конъюгации и образованию половых пилей, Ent-плазмиды , детерминирующие продукцию энтеротоксина.

Плазмиды могут определять вирулентность бактерий, например возбудителей чумы, столбняка, способность почвенных бактерий использовать необычные источники углерода, контролировать синтез белковых антибиотикоподобных веществ - бактериоцинов, детерминируемых плазмидами бактериоциногении, и т. д. Существование множества других плазмид у микроорганизмов позволяет полагать, что аналогичные структуры широко распространены у самых разнообразных микроорганизмов.

Плазмиды подвержены рекомбинациям, мутациям, могут быть элиминированы (удалены) из бактерий, что, однако, не влияет на их основные свойства. Плазмиды являются удобной моделью для экспериментов по искусственной реконструкции генетического материала, широко используются в генетической инженерии для получения рекомбинантных штаммов. Благодаря быстрому самокопированию и возможности конъюгаци-онной передачи плазмид внутри вида, между видами или даже родами плазмиды играют важную роль в эволюции бактерий.

Дата добавления: 2015-09-03 | Просмотры: 323 | Нарушение авторских прав

| | | | | | | | | | | | | | |

20. Плазмиды бактерий, их функции и свойства

Плазмиды - внехромосомные мобильные генетические структуры бактерий, представляющие собой замкнутые кольца двунитчатой ДНК. Плазмиды способны автономно копироваться (реплицироваться) и существовать в цитоплазме клетки, поэтому в клетке может быть несколько копий плазмид. Плазмиды могут включаться (интегрировать) в хромосому и реплицироваться вместе с ней. Различают трансмиссивные и нетрансмиссивные плазмиды. Трансмиссивные (конъюгативные) плазмиды могут передаваться из одной бактерии в другую.

Среди фенотипических признаков, сообщаемых бактериальной клетке плазмидами, можно выделить следующие:

1) устойчивость к антибиотикам;

2) образование колицинов;

3) продукция факторов патогенности;

4) способность к синтезу антибиотических веществ;

5) расщепление сложных органических веществ;

6) образование ферментов рестрикции и модификации.

Некоторые плазмиды находятся под строгим контролем. Это означает, что их репликация сопряжена с репликацией хромосомы так, что в каждой бактериальной клетке присутствует одна или, по крайней мере, несколько копий плазмид.

Число копий плазмид, находящихся под слабым контролем, может достигать от 10 до 200 на бактериальную клетку.

Для характеристики плазмидных репликонов их принято разбивать на группы совместимости. Несовместимость плазмид связана с неспособностью двух плазмид стабильно сохраняться в одной и той же бактериальной клетке. Некоторые плазмиды могут обратимо встраиваться в бактериальную хромосому и функционировать в виде единого репликона. Такие плазмиды называются интегративными или эписомами.

У бактерий различных видов обнаружены R-плазмиды, несущие гены, ответственные за множественную устойчивость к лекарственным препаратам - антибиотикам, сульфаниламидам и др., F-плазмиды, или половой фактор бактерий, определяющий их способность к конъюгации и образованию половых пилей, Ent-плазмиды, детерминирующие продукцию энтеротоксина.

Реакция агглютинации - простая по постановке реакция, при которой происходит связывание антителами корпускулярных антигенов (бактерий, эритроцитов или других клеток, нерастворимых частиц с адсорбированными на них антигенами, а также макромолекулярных агрегатов). Она протекает при наличии электролитов, например при добавлении изотонического раствора натрия хлорида.

Применяются различные варианты реакции агглютинации: развернутая, ориентировочная, непрямая и др. Реакция агглютинации проявляется образованием хлопьев или осадка (клетки, «склеенные» антителами, име ющими два или более антигенсвязывающих центра - рис. 13.1). РА используют для:

1) определения антител в сыворотке крови больных, например, при бруцеллезе (реакции Райта, Хеддельсона), брюшном тифе и паратифах (реакция Видаля) и других инфекционных болезнях;

2) определения возбудителя, выделенного от больного;

3) определения групп крови с использованием моноклональных антител против алло-антигенов эритроцитов.

Для определения у больного антител ставят развернутую реакцию агглютинации: к разведениям сыворотки крови больного добавляют диагностикум (взвесь убитых микробов,) и через несколько часов инкубации при 37 ˚С отмечают наибольшее разведение сыворотки (титр сыворотки), при котором произошла агглютинация, т. е. образовался осадок.

Характер и скорость агглютинации зависят от вида антигена и антител. Примером являются особенности взаимодействия диагностикумов (О- и H-антигенов) со специфическими антителами. Реакция агглютинации с О-диагностикумом (бактерии, убитые нагреванием, сохранившие термостабильный О-антиген) происходит в виде мелкозернистой агглютинации. Реакция агглютинации с Н-диагностикумом (бактерии, убитые формалином, сохранившие термолабильный жгутиковый Н-антиген) - крупнохлопчатая и протекает быстрее.

Если необходимо определить возбудитель, выделенный от больного, ставят ориентировочную реакцию агглютинации, применяя диагностические антитела (агглютинирующую сыворотку), т. е. проводят серотипирование возбудителя. Ориентировочную реакцию проводят на предметном стекле. К капле диагностической агглютинирующей сыворотки в разведении 1:10 или 1:20 добавляют чистую культуру возбудителя, выделенного от больного. Рядом ставят контроль: вместо сыворотки наносят каплю раствора натрия хлорида. При появлении в капле с сывороткой и микробами хлопьевидного осадка ставят развернутую реакцию агглютинации в пробирках с увеличивающимися разведениями агглютинирующей сыворотки, к которым добавляют по 2-3 капли взвеси возбудителя. Агглютинацию учитывают по количеству осадка и степени просветления жидкости. Реакцию считают положительной, если агглютинация отмечается в разведении, близком к титру диагностической сыворотки. Одновременно учитывают контроли: сыворотка, разведенная изотоническим раствором натрия хлорида, должна быть прозрачной, взвесь микробов в том же растворе - равномерно мутной, без осадка.

Разные родственные бактерии могут агглютинироваться одной и той же диагностической агглютинирующей сывороткой, что затрудняет их идентификацию. Поэтому пользуются адсорбированными агглютинирующими сыворотками, из которых удалены перекрестно реагирующие антитела путем адсорбции их родственными бактериями. В таких сыворотках сохраняются антитела, специфичные только к данной бактерии.

75.Стафилококки

род Staphylococcus. К данному роду относятся 3 вида: S.aureus, S.epidermidis и S.saprophyticus. Все виды стафилококков представляют собой округлые клетки. В мазке располагаются несимметричными гроздьями. Грамположительны. Спор не образуют, жгутиков не имеют.

Стафилококки - факультативные анаэробы. Хорошо растут на простых средах. Стафилококки пластичны, быстро приобретают устойчивость к антибактериальным препаратам. Условно – патогенные..Устойчивость в окружающей среде и чувствительность к дезинфектантам обычная. Источником инфекции стафилококков - человек и некоторые виды животных (больные или носители). Механизмы передачи - респираторный, контактно-бытовой, алиментарный.

Иммунитет: нестойкий,

Клиника. Около 120 клинических форм проявления, которые имеют местный, системный или генерализованный характер. К ним относятся гнойно-воспалительные болезни кожи и мягких тканей (фурункулы, абсцессы), поражения глаз, уха, носоглотки, урогенитального тракта, пищеварительной системы (интоксикации).

Микробиологическая диагностика. Материал для исследования – гной, кровь, моча, мокрота, испражнения.

Бактериоскопический метод: из исследуемого материала (кроме крови) готовят мазки, окрашивают по Граму. Наличие грам «+» гроздевидных кокков, располагающихся в виде скоплений.

Бактериологический метод Материал на чашки с кровяным и желточно-солевым агаром для получения изолированных колоний. На кровяном агаре отмечают наличие или отсутствие гемолиза. На ЖСА S. aureus образует золотистые круглые выпуклые непрозрачные колонии. Вокруг колоний стафилококков, обладающих лецитиназной активностью, образуются зоны помутнения с перламутровым оттенком. Ферментация:глк, миннита, образование а-токсина.

Лечение и профилактика. Антибиотики широкого спектра действия (устойчивые к в-лактамазе). В случае тяжелых стафилококковых инфекций, не поддающихся лечению антибиотиками, может быть использована антитоксическая противостафилококковая плазма или иммуноглобулин, иммунизированный адсорбированнымстафилококковыманатоксином. 6.Типы и механизмы питания бактерий.

Типы питания. Микроорганизмы нуждаются в углеводе, азоте, сере, фосфоре, калии и других элементах. В зависимости от источников углерода для питания бактерии делятся на аутотрофы, использующие для построения своих клеток диоксид углерода С02 и другие неорганические соединения, и гетеротрофы, питающиеся за счет готовых органических соединений. Гетеротрофы, утилизирующие органические остатки отмерших организмов в окружающей среде, называются сапрофитами. Гетеротрофы, вызывающие заболевания у человека или животных, относят к патогенным и условно-патогенным.

В зависимости от окисляемого субстрата, называемого донором электронов или водорода, микроорганизмы делят на две группы. Микроорганизмы, использующие в качестве доноров водорода неорганические соединения, называют литотрофными (от греч. lithos - камень), а микроорганизмы, использующие в качестве доноров водорода органические соединения, - органотрофами.

Учитывая источник энергии, среди бактерий различают фототрофы, т.е. фотосинтезирующие (например, сине-зеленые водоросли, использующие энергию света), и хемотрофы, нуждающиеся в химических источниках энергии.

Основным регулятором поступления веществ в клетку является цитоплазматическая мембрана. Условно можно выделить четыре механизма проникновения питательных веществ в бактериальную клетку: это простая диффузия, облегченная диффузия, активный транспорт, транслокация групп.

Наиболее простой механизм поступления веществ в клетку - простая диффузия, при которой перемещение веществ происходит вследствие разницы их концентрации по обе стороны цитоплазматической мембраны. Пассивная диффузия осуществляется без затраты энергии.

Облегченная диффузия происходит также в результате разницы концентрации веществ по обе стороны цитоплазматической мембраны. Однако этот процесс осуществляется с помощью молекул-переносчиков, Облегченная диффузия протекает без затраты энергии, вещества перемещаются от более высокой концентрации к более низкой.

Активный транспорт - перенос веществ от меньшей концентрации в сторону большей, т.е. как бы против течения, поэтому данный процесс сопровождается затратой метаболической энергии (АТФ), образующейся в результате окислительно-восстановительных реакций в клетке.

Перенос (транслокация) групп сходен с активным транспортом, отличаясь тем, что переносимая молекула видоизменяется в процессе переноса, например фосфорилируется.

Выход веществ из клетки осуществляется за счет диффузии и при участии транспортных систем.

52.Реакция пассивной гемагглюти-нации.

Реакция непрямой (пассивной) гемагглютинации (РНГА, РПГА) основана на использовании эритроцитов (или латекса) с адсорбированными на их поверхности антигенами или антителами, взаимодействие которых с соответствующими антителами или антигенами сыворотки крови больных вызывает склеивание и выпадение эритроцитов на дно пробирки или ячейки в виде фестончатого осадка.

Компоненты. Для постановки РНГА могут быть использованы эритроциты барана, лошади, кролика, курицы, мыши, человека и другие, которые заготавливают впрок, обрабатывая формалином или глютаральдегидом. Адсорбционная емкость эритроцитов увеличивается при обработке их растворами танина или хлорида хрома.

Антигенами в РНГА могут служить полисахаридные АГ микроорганизмов, экстракты бактериальных вакцин, АГ вирусов и риккетсий, а также другие вещества.

Эритроциты, сенсибилизированные АГ, называются эритроцитарными диагностикумами. Для приготовления эритроцитарного диагностикума чаще всего используют эритроциты барана, обладающие высокой адсорбирующей активностью.

Применение. РНГА применяют для диагностики инфекционных болезней, определения гонадотропного гормона в моче при установлении беременности, для выявления повышенной чувствительности к лекарственным препаратам, гормонам и в некоторых других случаях.

Механизм. Реакция непрямой гемагглютинации (РНГА) отличается значительно более высокой чувствительностью и специфичностью, чем реакция агглютинации. Ее используют для идентификации возбудителя по его антигенной структуре или для индикации и идентификации бактериальных продуктов - токсинов в исследуемом патологическом материале. Соответственно используют стандартные (коммерческие) эритроцитарные антительные диагностикумы, полученные путем адсорбции специфических антител на поверхности танизированных (обработанных танином) эритроцитов. В лунках пластмассовых пластин готовят последовательные разведения исследуемого материала. Затем в каждую лунку вносят одинаковый объем 3 % суспензии нагруженных антителами эритроцитов. При необходимости реакцию ставят параллельно в нескольких рядах лунок с эритроцитами, нагруженными антителами разной групповой специфичности.

Открыты в конце 18 века, но микробиология как наука сформировалась только в начале 19 века, после гениальных открытий французского ученого Луи Пастера. В связи с огромной ролью и задачами микробиологи не может справится со всеми вопросами в пределах одной дисциплины и в следствие этого происходит ее дифференцировка в различные дисциплины. Общая микробиология - изучает морфологию, физиологию, ...

JgD являются аутоиммунными антителами, так как при аутоиммунных заболеваниях (например, красная волчанка) их количество в сыворотке крови больных увеличивается в сотни раз. Раздел «Частная микробиология и вирусология» Вопрос 6. Возбудитель холеры: биологическая характеристика, среда обитания, источники, пути и механизмы инфицирования; факторы патогенности; принципы лабораторной диагностики; ...

Обнаруживается большое количество типичных ветвящихся клеток. Следовательно, ветвление у микобактерий зависит в значительной степени от питательной среды . 3. Особенности физиологии микроорганизмов рода Mycobacterium Микобактерии характеризуются высоким содержанием липидов (от 30,6 до 38,9 %), вследствие этого трудно окрашиваются анилиновыми красителями, но хорошо воспринимают краску...

В этой статье содержится информация о загадочных и сложных молекулярных структурах различных клеток, чаще бактерий, - плазмидах. Здесь вы найдете информацию об их строении, предназначении, способах репликации, общей характеристике и многом другом.

Чем являются плазмиды

Плазмиды - это ДНК-молекулы, которые имеют маленький размер и по физическому положению отделяются от клеточных хромосом геномного типа. Имеют способность к автономному процессу репликации. В основном плазмиды встречаются в бактериальных организмах. Внешне это молекула, имеющая кольцевой двухцепочечный вид. Крайне редко плазмиды можно встретить у архей и эукариотических организмов.

Как правило, плазмиды бактерий содержат генетическую информацию, способную повысить устойчивость организма к факторам внешней природы, негативно влияющим на состояние организма, в котором они находятся. Иными словами, плазмиды могут снижать эффективность антибиотиков в связи с повышением устойчивости самой бактерии. Часто встречается процесс передачи плазмид от бактерии к бактерии. Плазмиды - это структурные элементы, являющиеся средством действенного переноса генетической информации горизонтальным способом.

Д. Ледерберг - молекулярный биолог, ученый родом из США, ввел понятие плазмида в 1952.

Размерные величины плазмид и их численность

Плазмиды - это структуры, имеющие самые разнообразные величины. Мельчайшие формы могут содержать в себе около двух тысяч парных оснований или меньше, в то время как другие, крупнейшие формы плазмид, заключают в себе по несколько сотен тысяч оснований парного типа. Знание этого позволяет провести черту между мегаплазмидами и мини-хромосомами. Существуют бактерии, способные заключать в себе плазмиды различного типа. При этом общая сумма их генетического материала может превосходить размер материала клетки-хозяина.

Количество копий плазмид, находящихся в одной клетке, может сильно варьироваться. Например, в одной клетке их может быть всего пара, в то время как в другой число плазмид одного типа доходит до десятков или же сотен. Количество их обусловлено репликационным характером.

Плазмиды - это клеточные структурные элементы способные к автономной репликации. То есть они могут реплицироваться самостоятельно, не подвергаясь контролю хромосомы. В то же время хромосома может контролировать сами плазмиды. В случае со строгим контролем количество реплицируемых плазмид обычно мало, около 1-3. Плазмиды мелких размеров чаще подвергаются ослабленному виду контроля и могут создавать большее количество копий.

Процесс репликации

Бактериальные плазмиды способны автономно реплицироваться. Однако данный процесс в разной степени подвергается хромосомному контролю. Это обуславливается отсутствием некоторых необходимых генов. Ввиду этого в процесс репликации плазмид включаются клеточные ферменты.

Этап репликации делится на стадию инициации, элонгации и терминации. ДНК-полимераза начнет репликацию лишь после ее затравки при помощи праймера. Сначала открывается цепь и происходит праймирование РНК, следом разрывается одна из цепей и образуется свободный 3`-OH конец.

Чаще всего этап инициации происходит под действием белков-катализаторов, кодируемых плазмидой. Иногда эти же белки могут вступать в процесс віработки праймера.

Элонгация происходит при помощи голофермента ДНК-полимеразы III (иногда I) и некоторых клеточных белках, состоящих в реплисоме.

Терминация репликации может начинаться лишь при наличии некоторых условий.

Принципы репликационного контроля

Контроль механизмов репликации осуществляется на этапе репликационной инициации. Это позволяет удерживать численность плазмид в строгом количестве. К молекулам, способным осуществлять его, относятся:

РНК, имеющие противоположную полярность.
ДНК - последовательность (итерон).
РНК, имеющие противоположную полярность, и белки.

Данные механизмы обуславливают частоту повтора циклов воссоздания плазмид внутри клетки, они также фиксируют любые отклонения от нормы частоты.

Виды механизмов репликации

Существует три механизма репликации плазмид:

Тета-механизм состоит из этапа расплетания 2-х цепей родителей, синтеза праймера РНК на каждой цепи, репликационной инициации за счет нарастания ковалентного типа пРНК на обоих цепях и синтеза соответствующей цепочки ДНК на родительских цепях. Несмотря на то что процесс синтеза происходит одновременно, одна из цепей является лидером, а другая отстает.
Замещение цепи - вытеснение новосинтезированной цепью ДНК одной из родительских. В результате такого механизма образуется ДНК кольцевой формы одноцепочного типа и суперспирализованная ДНК с двумя цепями. ДНК из одной цепочки позже будет восстанавливаться.
Механизм репликации катящегося кольца - представляет собой разрыв одноцепочной ДНК при помощи белка Rep. В результате этого образуется группа 3`-OH, которая будет выступать в роли праймера. Данный механизм протекает при помощи различных белков клетки-носителя, например, хеликазы ДНК.

Способы передачи

Плазмиды попадают в клетку, используя один из двух путей. Первый путь - это между клеткой-носителем и клеткой, которая не содержит плазмид, в результате процесса конъюгации. Существуют конъюгативные плазмиды у бактерий грамположительных и грамотрицательных. К первому способу также относятся передачи в момент трансдукции или трансформации. Второй путь осуществляется искусственно, путем внедрения плазмид в клетку, при этом организм должен пережить экспрессию генов клетки-носителя, то есть приобрести компетентность клетки.

Выполняемые функции

Роль плазмид, как правило, заключается в придании клетке-носителю определенных свойств. Некоторые из них могут практически не влиять на фенотипические характеристики своего хозяина, в то время как другие способны вызвать проявление у носителя свойств, дающих ему превосходство над другими такими же клетками. Это превосходство поможет клетке-хозяину лучше переживать вредные условия среды, в которой она обитает. В случаи отсутствия таких плазмид клетка либо будет плохо расти и развиваться, либо вовсе погибнет.

Плазмиды - это многофункциональная составная клетки. Они выполняют огромнейшее количество функций:

Транспорт генетической информации во время протекания конъюгации. Обычно это делает F-плазмид.
Бактериоциногенные плазмиды контролируют белковый синтез, который может приводить к гибели других бактерий. Этим занимаются в основном Col-плазмиды.
Hly-плазмида занимается синтезом гемолизина.
Обуславливают сопротивляемость воздействию тяжелых металлов.
R-плазмида - повышает сопротивляемость антибиотическим средствам.
Ent-плазмида - позволяет синтезироваться энтеротоксинам.
Некоторые из них увеличивают степень устойчивости к ультрафиолетовому излучению.
Плазмиды колонизационных антигенов позволяют бактериальной адгезии проходить на клеточной поверхности внутри организма животных.
Определенные из их представителей отвечают за разрез ДНК-цепи, то есть за рестрикцию, а также модификацию.
Плазмиды САМ обуславливают камфорное расщепление, плазмиды XYL расщепляют ксилол, а плазмиды SAL - салицилат.

Наиболее изученные виды

Наиболее хорошо человек изучил свойства плазмид F, R и Col.

F-плазмида - это самая известная конъгативная плазмида. Представляет собой эписому, состоящую из ста тысячи оснований парного типа. Имеет собственную точку репликационного начала и точку разрыва. Как и другие плазмиды конъюгативного типа, занимается кодированием белков, способных противодействовать процессу прикрепления пилей остальных бактериальных организмов к стенке конкретной клетки.

Кроме стандартной информации, содержит в себе локусы tra и trb, которые организуют общий, целостный оперон, содержащий в себе тридцать четыре тысячи парных оснований. Гены, находящиеся в этом опероне, отвечают за разнообразные аспекты конъюгации.

R-плазмида (фактор) - является молекулой ДНК и имеет кольцевую форму. ДНК плазмиды заключают в себе информацию, отвечающую за протекание и реализацию процесса репликации и переноса резистентных свойств внутрь клетки-реципиента. Они же определяют уровень устойчивость клетки определенным антибиотикам. Некоторые из R-плазмид являются конъюгативными. Передача R-фактора происходит в результате трансдукции и стандартного клеточного деления. Они способны передаваться между отличными друг от друга видами или даже семействами.

Именно эта форма плазмид часто вызывает проблемы в процессе лечения заболеваний бактериальной природы при использовании известных на сегодня антибиотических средств.

Col-плазмиды отвечают за синтез колицина - особенного белка, способного подавлять процессы развития и размножения всех бактерий, кроме самого носителя.

Характеристика классификации

Вся система классификации строится в соответствии с некоторыми свойствами плазмид:

Способы репликации и его механизм протекания.
Наличие общего круга носителей.
Особенности копийности.
Топологические характеристики плазмид.
Совместимость.
Не/конъюгативные плазмиды.
Наличие маркерного гена, находящегося на плазмиде.

Однако в любом способе их классификации содержится точка репликационной инициации.

Области применения плазмид

Функция плазмид при использовании их человеком заключается в способе создания клонированной копии ДНК. Сами плазмиды выступают в роли вектора. Репликационная способность плазмидов позволяет воссоздавать рекомбинантную ДНК в клетке-носителе. Широкое использование они нашли в генной инженерии. В этой отрасли науки плазмиды создаются искусственным путем для переноса информации генетического типа или каких-либо манипуляционных действий с генетическим материалом.

Понятие об этих клеточных компонентах встречается и в игровой индустрии ("Биошок"). Плазмиды выполняют функцию особых веществ, которые способны придать организму уникальные свойства. Важно знать, что игровые плазмиды не имеют практически ничего общего с реально существующими. В игре, выполненной в жанре которая называется Bioshock, плазмиды являются генетической модификацией определенных свойств организма, их изменением и способом придания сверхспособностей.

Плазмиды -- внехромосомные мобильные генетические структуры бактерий, представляющие собой замкнутые кольца двунитчатой ДНК. По размерам составляют 0,1--5 % ДНК хромосомы. Плазмиды способны автономно копироваться (реплицироваться) и существовать в цитоплазме клетки, поэтому в клетке может быть несколько копий плазмид. Плазмиды могут включаться (интегрировать) в хромосому и реплицироваться вместе с ней. Различают трансмиссивные и нетрансмиссивные плазмиды. Трансмиссивные (конъюгативные) плазмиды могут передаваться из одной бактерии в другую.

Среди фенотипических признаков, сообщаемых бактериальной клетке плазмидами, можно выделить следующие:

1) устойчивость к антибиотикам;
2) образование колицинов;
3) продукция факторов патогенности;
4) способность к синтезу антибиотических веществ;
5) расщепление сложных органических веществ;
6) образование ферментов рестрикции и модификации.

Число копий плазмид, находящихся под слабым контролем, может достигать от 10 до 200 на бактериальную клетку.

Для характеристики плазмидных реплико-нов их принято разбивать на группы совместимости. Несовместимость плазмид связана с неспособностью двух плазмид стабильно сохраняться в одной и той же бактериальной клетке. Несовместимость свойственна тем плазмидам, которые обладают высоким сходством репликонов, поддержание которых в клетке регулируется одним и тем же механизмом.

Некоторые плазмиды могут обратимо встраиваться в бактериальную хромосому и функционировать в виде единого репликона. Такие плазмиды называются интегративными или эписомами.

У бактерий различных видов обнаружены R-плазмиды, несущие гены, ответственные за множественную устойчивость к лекарственным препаратам антибиотикам, сульфаниламидам и др., F-плазмиды, или половой фактор бактерий, определяющий их способность к конъюгации и образованию половых пилей, Ent-плазмиды, детерминирующие продукцию энтеротоксина.

Плазмиды могут определять вирулентность бактерий, например возбудителей чумы, столбняка, способность почвенных бактерий использовать необычные источники углерода, контролировать синтез белковых антибиотикоподобных веществ -- бактериоцинов, детерминируемых плазмидами бактериоциногении, и т. д. Существование множества других плазмид у микроорганизмов позволяет полагать, что аналогичные структуры широко распространены у самых разнообразных микроорганизмов.

Биология и генетика

Плазмиды бактериальных клеток В большинстве случаев плазмиды бактерий представляют собой двухцепочечные суперскрученные ковалентно-замкнутые кольцевые молекулы ДНК. Эти ферменты узнают в ДНК одни и те же определенные короткие последовательности нуклеотидов сайты.

Тема 22. Генетическая инженерия, плазмиды

1. Плазмиды бактериальных клеток

В большинстве случаев плазмиды бактерий представляют собой двухцепоче ч ные суперскрученные ковалентнозамкнутые кольцевые молекулы ДНК. Благодаря такой структуре они не подвергаются действию клеточных нуклеаз. Существуют также лине й ные плазмиды, на которые нуклеазы не действуют, поскольку их концевые участки в к а честве защиты имеют спец и фические белки (теломеразы) .
Размеры плазмид весьма вариабельны. Например, молекулярная масса одной из самых мелких плазмид, обнаруженных в штаммах бактерий E. coli , составляет 1,5 МД. Клетки псевдомонад могут содержать плазмиды, молек у лярная масса которых близка к 500 МД, что составляет около 20 % молекулярной массы хромос о мы этих бактерий.
Свойства плазмид:

1) с пособность к автономной репликации;

2) тр ансмиссивность (означает способность пла з мид передаваться из клетки в клетку при конъюгации);

3) с пособность многих плазмид к интеграции в бактериальную хр о мосому;

4) н есовместимость;

5) свойство поверхностное исключение присуще конъюгативным плазмидам;

6) плазмиды придают клеткам различные фенотипические признаки.

Все виды плазмид имеют существенное значение для клетки бактерий по следующим прич и нам:

1) Определяют ряд ее фенотипических свойств, п о зволяющих более гибко и быстро реагировать на изменение условий окружа ю щей среды.

2) Плазмиды бактерий находят широкое применение при теоретических и практич е ских исследованиях (например, применяются в генной инженерии).

3) Играют значительную роль в эволюции бактерий

Рис. 1 - F -плазмида бактерий E . coli

2. Системы рестрикции и модификации бактериальной клетки

Явление рестрикции и мод и фикации было открыто г. Бертани, Дж. Вайглем в 1953 г. Далее подробно исследовано в конце 1960-х гг. В. Арбером при изучении разв и тия бактериофага λ в различных штаммах кишечной палочки. Им были обнаружены д о полнительные механизмы, регулирующие взаимоотношения бактерий и фагов. На основ а нии открытых механизмов, автором была предложена модель «Рестрикции и модиф и кации». (* Рестрикция буквально переводится как «ограничение».) Это теория, которая объясн я ет механизм ограничения способности роста бактериофагов в бактериях-хозяевах определе н ного штамма.

Позже, за открытие рестриктаз и их применение в молекулярной генетике В.Арбер, Х.Смит и Д.Натанс были удостоены в 1978 г. Нобелевской премии.

Работающая в клетках бактерий система рестрикции и модификации (она обозначается как система R-M ) образована двумя специфическими для определенного штамма микр о организма ферментами метилазами и рестриктазами. Эти ферменты узнают в ДНК одни и те же определенные короткие последовател ь ности нуклеотидов сайты . Метилаза, модифицируя определенные основания внутриклеточной ДНК, пред о храняет ее от действия собственной клето ч ной рестриктазы.

Модификация это процесс пострепликативного изменения структуры ДНК , т.е. обязательно требуется завершение процесса репликации ДНК. Наиболее часто выявля е мая модификация это когда метилазы изменяют ДНК путем метилирования либо глик о зилирования аденина либо цитозина.

Названия рестриктаз :

Рестриктазы обозначаются буквой R - например , RBsu , REco .

Название рестриктаз определяется родовым и видовым названием бактерии, из которого был выделен фермент. Дополнительное числовое обозначение (римская цифра) отражает хронологию открытия фермента: Bacillus subtilis Bsu , Escherichia coli Eco .

Различают три типа рестриктаз: I , II , III .

Сайты рестрикции рестриктаз II типа представлены палиндр о мами .

Палиндром это когда в двух цепях ДНК последовательности одинаковые, но идут в противоположных направлениях .

Рис. 2 - Пример палиндрома (или сайта рестрикции)

Примеры действия рестриктаз II типа:

1) В результате действия рестриктаз II типа образуются фрагменты ДНК с тупыми (ровными) концами. Примером таких рестриктаз является фермент Bal I:

2) В результате действия рестриктаз II типа образуются фрагменты ДНК с липкими (неровными) концами. Примером таких рестриктаз является эндонуклеаза EcoR1:

3. Генная инженерия, клонирование генов в клетках микроорганизмов

Генная инженерия совокупность методов, позволяющих создавать in vitro рекомбинантные молекулы ДНК, с последующей передачей этих новых генетических структур из одного организма в другой. Цель генной инженерии состоит в получении клеток (в первую очередь бактериальных), способных в промышленных масштабах нарабатывать некоторые “человеческие” белки; в возможности преодолевать межвидовые барьеры и передавать отдельные наследственные признаки одних организмов другим (использование в селекции растений, животных).
Схема эксперимента по конструированию рекомбинантной ДНК и клонированию генов в клетках бактерий представлена на рис. 2 .

Чужеродную ДНК и ДНК плазмиды расщепляют in vitro с помощью одной и той же рестриктазы. При этом получаются фрагменты с «липкими» концами (одноцепочечные концевые участки с комплементарными основаниями). В результате смешивания таких фрагментов и обработки лигазой образуются плазмиды с включенной в них эукариотической ДНК. Эти гибридные ДНК можно вводить в подходящие бактерии в результате трансформации и размножать, получая многочисленные клоны.

Рис. 2 - Получение и клонирование р е комбинантной ДНК

4. Успехи и проблемы биотехнологии

Биотехнология , в сущности, не что иное как создание суперпродуцентов на основе микробных и растительных или животных клеток, способных синтезировать любые белковые вещества, имеющие практическое значение. Согласно определения Европейской биотехнологической федерации, созданной в 1978 г., биотехнология на основе применения знаний и методов биохимии, микробиологии, генетики, химической технологии, математики, экономики позволяет извлекать выгоду в технологических процессах из свойств микроорганизмов и клеточных структур.
Проблемы биотехнологии можно условно разделить на три группы:

1) Методические . Методических проблем очень много.

2) Экономические . Генно-инженерные методы являются весьма дорогостоящими процедурами. Например, в среднем, создание одного нового сорта ГМР (генетически модифицированных растений) стоит от 50 до 300 млн долларов и занимает от 6 до 12 лет.

3) Этические и политические.

На основании негативного общественного мнения в 1998 г. страны члены Евросоюза ввели пятилетний мораторий на производство продуктов питания из ГМ-организмов и импорт ГМ-продуктов. Де-юре мораторий был снят в 2003 г., однако до сих пор в Европе коммерчески не производят трансгенные растения.

В 2000 г. был подписан Картахенский протокол по биологической безопасности, ограничивающий распротранение ГМ-организмов. На сегодняшний день к нему присоединились 180 стран.

В 2004 г. Всемирный союз охраны природы признал ГМ-организмы «чужеродными, угрожающими стабильности экосистемы» и обратился к правительствам разных стран с призывом о запрещении их коммерческого использования.

Рис. 3 - Площадь насаждений (в млн га) в 2002 г.; доля в ней трансгенных растений

Перечень фирм,
продукты которых содержат трансгенные компоненты

Kelloggs (Келлогс) производит готовые завтраки, в том числе кукурузные хлопья
Nestle (Нестле) производит шоколад, кофе, кофейные напитки, детское питание
Heinz Foods (Хайенц Фудс) производит кетчупы, соусы
Hersheys (Хёршис) производит шоколад, безалкогольные напитки
Coca-Cola (Кока-Кола) Кока-Кола, Спрайт, Фанта, тоник «Кинли»
McDonalds (Макдональдс) сеть «ресторанов» быстрого питания
Danon (Данон) производит йогурты, кефир, творог, детское питание
Similac (Симилак) производит детское питание
Cadbury (Кэдбери) производит шоколад, какао
Mars (Марс) производит шоколад Марс, Сникерс, Твикс
PepsiCo (Пепси-Кола) Пепси, Миринда, Севен-Ап

PAGE 5

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать
52495.		Дидактические игры при обучении химии	429.41 KB
	Влияние дидактической игры на эффективность обучения Алгоритм разработки и проведения дидактических игр. Дидактические игры на уроках химии. В ходе игры учащиеся приобретая новые знания и умения расширяют свой кругозор.
52499.		Як без зусилля запамятати неправильні дієслова	32 KB
	Кошка мышке telltoldtold: Дам тебе свой бутерброд. Мама Ване telltoldtold Ужинать не позовет. Наводжу приклади учнівських віршиків: Мама Коле telltoldtold: От конфет болит животâ.
52500.		Ефективність навчання	116.5 KB
	Працюючи в школі я впевнилась що особистіснорозвивальна спрямованість освіти реалізація якої є головним завданням сучасної школи неможлива без диференційованого навчання. Головне завдання вчителів початкової ланки не забути жодної дитини дати можливість розкрити все краще закладене природою сімєю школою.Сухомлинський: До кожного учня треба підійти побачити його труднощі кожному дати тільки для нього призначене завдання. Враховуючи те що рівень готовності учнів до навчальної діяльності різний необхідно...
52502.		Доказывание в арбитражном процессе	341.04 KB
	Институт судебных доказательств относится к числу важнейших в тех отраслях российского права, которые регламентируют порядки отправления правосудия по гражданским, арбитражным, уголовным делам. Данному институту в целом и его отдельным аспектам посвящено неисчислимое количество монографий, статей, комментариев, диссертаций. Это вполне объяснимо, поскольку правильное использование доказательств в судебной практике гарантирует установление объективной истины:
52503.		Диференціація – умова успішного навчання	95.5 KB
	Виконувати диференційовані завдання систематично майже на кожному уроці уникаючи стандарту. Добирати завдання з поступовим ускладненням для сильніших і зменшувати міру допомоги для слабших учнів. Диференціацію бажано застосовувати під час фронтальної роботи коли учні розвязують загальні навчальні завдання. Добирати варіативні завдання що полегшують роботу вчителя і учнів в перевірці цих завдань.