Генетическое картирование микроорганизмов. Внехромосомные факторы наследственности. Плазмиды. Генная инженерия

Размещено на http://www.allbest.ru/

МЕББМ «?АЗА?СТАН- НУО «КАЗАХСТАНСКО-

РЕСЕЙ РОССИЙСКИЙ

МЕДИЦИНАЛЫ? МЕДИЦИНСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТІ» УНИВЕРСИТЕТ»

РЕФЕРАТ

на тему: «Генетическое картирование микроорганизмов. Внехромосомные факторы наследственности. Плазмиды. Генная инженерия»

Выполнила: Ким А.

Группа: 212А

Факультет: ОМ

Проверила: Сабирова М. У.

Алматы 2016

План

1. Генетическое картирование микроорганизмов

2. Внехромосомные факторы наследственности

3. Генная инженерия

Литература

1. Генетическое картирование микроорганизмов

генетический внехромосомный генетика

Первоначально взаимное расположение генов на хромосомах определяли по частоте кроссинговера (перекрёста) между ними. Впервые на возможность подобного построения генетических карт хромосом экспериментально показали в 1913--1915 годах Т. Морган, А. Стёртевант и другие сотрудники Моргана, основываясь на явлениях сцепления генов и кроссинговера. С тех пор генетическое расстояние принято измерять в сантиморганах (или сантиморганидах, сокращённо -- cM), при этом 1 cM соответствует частоте кроссинговера в 1 %.

Первым организмом, для которого была получена генетическая карта, стала чернобрюхая дрозофила (Drosophila melanogaster). В дальнейшем генетическое картирование стали осуществлять для других видов. Так, первой птицей и первым домашним животным, для которых была построена генетическая карта, стала курица. Приоритет в построении первой генетической карты курицы и её опубликовании в 1930 году принадлежит советским русским учёным А. С. Серебровскому и С. Г. Петрову.

Возможность картирования основана на теоретическом постоянстве процента кроссинговера между определёнными генами. Однако при таком методе генетического картирования физическое расстояние между генами нередко отличается от их генетического расстояния, так как кроссинговер происходит не с одинаковой вероятностью в разных участках хромосом. При использовании современных методов генетического картирования расстояние между генами измеряется в тысячах пар нуклеотидов (т. п. н.) и соответствует физическому.

Методы: комбинационные, рестрикционные, физические, транскрипционные, трансляционные.

Применение:

· экспресс-методы типирования бактерий и оценки риска бактериальной контаминации;

· создание вакцин

· создание лекарств

При создании генетической карты устанавливают последовательности расположения генетических маркеров (в этом качестве использовали различные полиморфные локусы ДНК, то есть наследуемые вариации в структуре ДНК) по длине всех хромосом с определённой плотностью, то есть на достаточно близком расстоянии друг от друга,

На первом этапе картирования определяют принадлежность гена к той или иной группе сцепления. Как известно, у D. melanogaster вдиплоидном наборе четыре пары хромосом: первая пара -- половые хромосомы (XX -- у самок, XY -- у самцов), вторая, третья и четвертая -- аутосомы. Число генов в Y-хромосоме самцов очень мало. Для локализации вновь возникшей мутации необходимо располагать набором маркерных генов для каждой хромосомы. Картирование мутации основывается на анализе ее сцепления с этими маркерами. Например, если интересующая нас мутация наследуется независимо от маркеров второй хромосомы, делается вывод о ее принадлежности к другой группе сцепления. Скрещивания проводятся до тех пор, пока не удастся выявить сцепленное наследование анализируемой мутации с маркерными мутациями какой-либо хромосомы.

Второй этап картирования подразумевает определение положения гена на хромосоме. Для этого подсчитывают расстояние между этим геном и уже известными, маркерными генами. Для подсчета генетических расстояний проводят специальные скрещивания, в потомстве которых учитывают частоты кроссоверных и некроссоверных особей. Предполагается, что расстояние между двумя генами пропорционально частоте кроссинговера между ними. Следует иметь в виду, что, чем дальше расположены друг от друга гены, тем чаще между ними происходят множественные перекресты и тем больше искажается истинное расстояние между этими генами

2. Внехромосомные факторы наследственности

Внехромосомные факторы наследственности входят в состав многих микроорганизмов, особенно бактерий. Они представлены плазмидами, транспозонами и Is-последовательностями (англ. insertion вставка, sequence -- последовательность), которые являются молекулами ДНК, отличающимися друг от друга молекулярной массой, объемом закодированной в них информации.

Плазмиды физически либо не связаны с хромосомой (автономное состояние), либо встроены в ее состав (интегрированное состояние). И автономном состоянии они самостоятельно реплицируются. Транспозоны и Is-последовательности во всех случаях связаны с хромосомой и не способны к самостоятельной репликации.

Плазмиды несут две функции -- регуляторную и кодирующую. Первая состоит в компенсации нарушений метаболизма ДНК клетки хозяина. Кодирующая функция плазмид состоит во внесении в бактериальную клетку новой информации, о которой судят по приобретенно му признаку, например образованию пилей (F-плазмида), резистентности к антибиотикам (R-плазмида), выделению бактериоцинов (Со1- нлазмида) и т.д.

Встраивание плазмид, так же как и профагов, происходит только в гомологичные участки бактериальной хромосомы, в то время как Is-последовательностей и транспозонов -- в любой ее участок.

Плазмиды

F-плазмида, или половой фактор, представляет собой циркуляр но замкнутую нить ДНК с молекулярной массой 60 ¦ 106. Она контропирует синтез половых ворсинок (sex или F-pili), которые способствуют эффективному спариванию бактерий-доноров с реципиентными клетками при конъюгации. Данная плазмида реплицируется в независимом от хромосомы состоянии и передается при конъюгации в клетки бактерий-реципиентов. Перенос генетического материала (ДНК) детерминируется tra- опероном F-плазмиды (от англ. transfer -- перенос), обеспечивающим ее конъюгативность. F-плазмиду можно удалить (элиминировать) из клетки, обработав последнюю некоторыми веществами, например акридиновым оранжевым, в результате чего клетки теряют свойства донора. Сравнительно легкая элиминация и очень быстрая и эффективная передача F-плазмиды реципиентным клеткам дали основание считать, что она располагается в цитоплазме бактерий вне хромосомы. Однако F-плазмида может встраиваться в бактериальную хромо сому и находиться с ней в интегрированном состоянии.

R-плазмиды. Известно большое количество R-плазмид, определяющих устойчивость бактерий-хозяев к разнообразным лекарствен ным препаратам. R-плазмиды имею т сложное молекулярное строение. В их состав входят: г-ген, который может содержать более мелкие мигрирующие элементы -- Is-последовательности, транспозоны и /га-опероны.

R-ген, ответственный за устойчивость бактерий к какому-либо антибиотику, контролирует синтез фермента, вызывающего его инактивацию или модификацию. Значительное число г-генов является транспозонами, которые могут перемещаться от плазмиды- носителя в другие репликоны. В одном r-гене может содержаться несколько транспозонов, контролирующих устойчивость к разным антибиотикам. Этим объясняется множественная лекарственная резистентность бактерий. 7га-оперон, обеспечивающий конъюгативность плазмиды, входит в состав R-плазмид грамотрицательных бактерий. Грамположител ные бактерии содержат в основном неконъюгативные плазмиды, которые могут передаваться от одной бактерии к другой путем трансдукции.

Плазмиды патогенности. Данные плазмиды контролируют вирулентные свойства бактерий и токсинообразование.

Бактериоциногенные плазмиды контролируют синтез особого рода антибактериальных веществ -- бактериоцинов, способных вызывать гибель бактерий того же вида или близких видов. Бак териоцины обнаружены у кишечных бактерий (колицины), бактерий чумы (пестицины), холерных вибрионов (вибриоцины), стафилококков (стафилоцины) и др.

Колицины энтеробактерий (продуцируемые под контролем колициногенных плазмид) представляют собой вещества белковой природы. Известно более 25 типов колицинов

Плазмиды биодеградации. Данные плазмиды несут информацию об утилизации некоторых органических соединений, которые бактерии используют в качестве источников углевода и энергии. Плазмиды биодеградации несут информацию об утилизации ряда сахаров (лактоза, сахароза, рафиноза и др.) и образовании протеоли- тических ферментов.

Транспозоны

Транспозоны представляют собой нуклеотидные последовательности, включающие от 2000 до 20 500 пар нуклеотидов, которые несут генетическую информацию, необходимую для транспозиции. При включении в бактериальную ДНК они вызывают в ней дупликации, а при перемещении -- делеции и инверсии. Транспозоны могут находиться в свободном состоянии в виде кольцевой молекулы, не способной к репликации. Она реплицируется только в составе бактериальной хромосомы.

Важнейшим свойством транспозонов является их способность к перемещению с одного репликона (хромосомная ДНК) на другой (плазмида) и наоборот. Кроме того, некоторые транспозоны, так же как и плазмиды, выполняют регуляторную и кодирующую функции. В частности, они могут нести информацию для син теза бактериальных токсинов, а также ферментов разрушающих или модифицирующих антибиотики.

Is-последовательности Is-последовательности (англ. insertion -- вставка, sequence -- последовательность) представляют собой транспозируемые элементы, которые также называются «вставки последовательностей оснований». Это фрагменты ДНК длиной 1000 пар нуклеотидов и более. В Is-последовательностях содержится информация, необходимая только для их транспозиции, т.е. перемещения в различные участки ДНК.

Вследствие такого рода перемещений Is-последовательности мо гут выполнять ряд функций. 1. Координировать взаимодействие транспозонов, плазмид и уме ренных фагов как между собой, так и с хромосомой бактериальной клетки и обеспечивать их рекомбинацию. 2. Вызывать инактивацию гена, в которой произошла интеграция Is-последовательности («выключение» гена), либо, будучи встроен ными в определенном положении в бактериальную хромосому, служить промотором (участками ДНК, регулирующих экспрессию под лежащих структурных генов бактерий-реципиентов), который вклю чает или выключает транскрипцию соответствующих генов, выполняя регуляторную функцию. 3. Индуцировать мутации типа делеций или инверсий при пере мещении и дупликации в 5-9 парах нуклеотидов при включении в бактериальную хромосому. В свободном состоянии Is-последовательности не обнаружены, что свидетельствует об их неспособности реплицироваться самостоятельно.

3. Генная инженерия

Генная инженерия - раздел молекулярной генетики, связанный с конструированием несуществующих в природе сочетаний генов при помощи генетических и биохимических методов.

Историю развития генетической инженерии можно условно разделить на три этапа:

· Первый этап связан с доказательством принципиальной возможности получения рекомбинантных молекул ДНК in vitro.

· Второй этап связан с началом работ по получению рекомбинантных молекул ДНК между хромосомными генами прокариот и различными плазмидами, доказательством их стабильности и жизнеспособности.

· Третий этап - начало работ по включению в векторные молекулы ДНК (ДНК, используемые для переноса генов и способные встраиваться в генетический аппарат клетки-реципиента) генов эукариот, главным образом, животных.

Формально датой рождения генетической инженерии следует считать 1972 год, когда в Стенфордском университете П. Берг и С. Коэн с сотрудниками создали первую рекомбинантную ДНК, содержавшую фрагменты ДНК вируса SV40, бактериофага и E. coli.

Метод генетической инженерии относится к числу перспективнейших при получении многих белковых биологических веществ, представляющих ценность для медицины. Этим методом получены: интерфероны, интерлейкины, инсулин, гормон роста, тканевый активатор плазминогена, вакцина против гепатита В моноклональные антитела для предупреждения отторжения при пересадки почки, диагностические препараты для выявления ВИЧ и другие.

С помощью генной инженерии создаются препараты второго поколения, т.е. аналоги природных веществ, обладающих большей эффективностью действия.

Технология рекомбинантных ДНК использует следующие методы:

- специфическое расщепление ДНК рестрицирующими нуклеазами, ускоряющее выделение и манипуляции с отдельными генами;

- быстрое секвенирование всех нуклеотидов очищенном фрагменте ДНК, что позволяет определить границы гена и аминокислотную последовательность, кодируемую им;

- конструирование рекомбинантной ДНК;

- гибридизация нуклеиновых кислот, позволяющая выявлять специфические последовательности РНК или ДНК с большей точностью и чувствительностью;

- клонирование ДНК: амплификация in vitro с помощью цепной полимеразной реакции или введение фрагмента ДНК в бактериальную клетку, которая после такой трансформации воспроизводит этот фрагмент в миллионах копий;

- введение рекомбинантной ДНК в клетки или организмы.

Литература

1. Борисов Л.Б. Медицинская микробиология, вирусология, иммунология. 2005.

2. Вакцинопрофилактика гриппа (информационный сборник) / Москва-Санкт-Петербург, 1997.- 48 с.

3. Караулов А.В. Инфекции и иммунодефициты - приоритеты сегодня //Практикующий врач.- 1997.- № 9.- С.3-4.

4. Костинов М.П. Новое в клинике, диагностике и вакцинопрофилактике управляемых инфекций / М., 1997.- 110 с.

5. Костинов М.П. Иммунокоррекция в педиатрии / М., 1997. 111 с.

6. Вакцинопрофилактика (справочник для врачей под ред. В.К. Таточенко, Н.А. Озерецковского) / М., 1994.- 179 с.

Размещено на Allbest.ru