Δομή του DNA των βακτηρίων. Οργάνωση του γενετικού υλικού ενός βακτηριακού κυττάρου. Δομή νουκλεϊκών οξέων

Σπίτι

Ονομαστική κλητική.

Βασικές έννοιες της ονομαστικής περίπτωσης

Η ονομαστική περίπτωση έχει τις ακόλουθες έννοιες:

ονομαστικό θέμα? ένα ουσιαστικό με αυτή την έννοια δηλώνει το υποκείμενο του λόγου, το υποκείμενο (παραγωγό) μιας πράξης, τον φορέα ενός χαρακτηριστικού και είναι το υποκείμενο μιας πρότασης: Μητέρα πλένει το πλαίσιο.Σπίτι

κατασκευάστηκε από εργάτες.

ονομαστική προστακτική; ένα ουσιαστικό με αυτή την έννοια υποδηλώνει ένα χαρακτηριστικό του υποκειμένου του λόγου σε μια πρόταση είναι κατηγόρημα: Μόσχα -κεφάλαιο Ρωσική Ομοσπονδία. Ο αδερφός μου -

τραπεζίτης.

ονομαστικό αντικείμενο? ένα ουσιαστικό δηλώνει το αντικείμενο μιας ενέργειας, το υποκείμενο της δράσης εκφράζεταιενόργανη θήκη πλένει το πλαίσιο. , η υποδεικνυόμενη έννοια εμφανίζεται στην παθητική κατασκευή: κατασκευάστηκε από εργάτες.Βιβλίο

που εκδόθηκε από τον εκδοτικό οίκο.

ονομαστική θετική; το ουσιαστικό εκτελεί τη λειτουργία ενός ασυνεπούς ορισμού (εφαρμογή): Υπάρχει ένας λύγκας εκείκυνηγός

γκριζομάλλης, τρέχοντας, πέφτοντας στα πόδια της. Το ουσιαστικό είναι διεύθυνση και δεν εκτελεί συντακτική λειτουργία: Ανθρωποι,

να είστε προσεκτικοί ο ένας με τον άλλον. Το παράδειγμα θεωρείται πλήρες αν το ουσιαστικό έχει 12 πεζούς τύπους: 6 τύπους ενικού και 6 τύπουςπληθυντικός

; Δεδομένου ότι μόνο τα συγκεκριμένα ουσιαστικά μπορούν να διαφέρουν σε αριθμό, άλλα LGRs έχουν ένα ημιτελές παράδειγμα σε αριθμό.Περιτριχούς.

Τα μαστίγια βρίσκονται σε ολόκληρη την επιφάνεια του κυτταρικού τοιχώματος (βακτήρια των οικογενειών Enterobacteriaceae και Bacillaceae).Μονότριχς.

Ένα παχύ μαστίγιο στο ένα άκρο (vibrios).Πολύτριχς.

Μια δέσμη από 2-50 μαστίγια, ορατά ως ένα μόνο μαστίγιο. Τα πολικά μαστίγια είναι προσκολλημένα στο ένα ή και στα δύο άκρα του βακτηρίου. Lophotrichs - μια δέσμη μαστιγίων στο ένα άκρο ενός βακτηρίου (Pseudomonas).Αμφιτριχία

– διπολικά τοποθετημένες δέσμες (Spirillum).Μικρολάχνες

(pili, κροσσοί) είναι πρωτεϊνικές τρίχες (από 10 έως αρκετές χιλιάδες) πάχους 3-25 nm και μήκος έως 12 μικρά. ΕΝΑ.Συνηθισμένο ήπιε. Πολλά αρνητικά κατά Gram βακτήρια έχουν μακριές, λεπτές στήλες (κροσσούς) που ξεκινούν από την κυτταροπλασματική μεμβράνη και διεισδύουν στο κυτταρικό τοίχωμα. Σχηματίζονται από πρωτεΐνες του ίδιου τύπου, τα μόρια των οποίων σχηματίζουν ένα ελικοειδή νήμα. Τους, όπως οι επιφάνειες των βλεννογόνων, που είναι σημαντικός παράγοντας αποικισμού και μόλυνσης. Επιπλέον, η αύξηση της επιφάνειας του βακτηριακού κυττάρου του δίνει πρόσθετα πλεονεκτήματα στη χρήση περιβαλλοντικών θρεπτικών συστατικών.

ΣΙ. Φ-ήπιε(παράγοντας γονιμότητας) - ειδική αγωγή, εμπλέκονται στη βακτηριακή σύζευξη. Μοιάζουν με κοίλους σωλήνες πρωτεΐνης μήκους 0,5-10 μικρομέτρων. Ο σχηματισμός τους κωδικοποιείται από πλασμίδια.

Κυτταρική μεμβράνηΤα περισσότερα βακτήρια αποτελούνται από ένα κυτταρικό τοίχωμα και μια υποκείμενη κυτταροπλασματική μεμβράνη.

Το κυτταρικό τοίχωμα των βακτηρίων είναι λεπτό, ελαστικό και άκαμπτο και μπορεί να απουσιάζει εντελώς σε ορισμένα βακτήρια (για παράδειγμα, L-μορφές και μυκόπλασμα). Το κυτταρικό τοίχωμα προστατεύει τα βακτήρια από εξωτερικές επιδράσεις, τους δίνει ένα χαρακτηριστικό σχήμα και μεταφέρει θρεπτικά συστατικά και απελευθερώνει μεταβολίτες μέσω αυτού. Στην επιφάνειά του υπάρχουν διάφοροι υποδοχείς για βακτηριοφάγους, βακτηριοσίνες και διάφορα χημικά. Η CS διατηρεί τη συνέπεια εσωτερικό περιβάλλονκαι αντέχει σημαντική πίεση από το εσωτερικό (για παράδειγμα, μερική πίεσηοι ενδοκυτταρικές ουσίες θετικών κατά Gram βακτηρίων μπορούν να φτάσουν τις 30 ατμόσφαιρες). Η δομή και η σύνθεση των στοιχείων του CS καθορίζουν την ικανότητα αντίληψης χρωστικών, δηλ. τους χρωστικές ιδιότητες. Μία από τις βασικές αρχές της βακτηριακής διαφοροποίησης είναι η ικανότητα αντίληψης και διατήρησης του συμπλέγματος χρωστικής της γεντιανής βιολέτας με ιώδιο μέσα στο κύτταρο ή η απώλεια του μετά από θεραπεία με αλκοόλ (χρώση Gram). Αντίστοιχα, διακρίνονται τα θετικά κατά gram (χρώμα βιολετί-μοβ) και τα αρνητικά κατά gram (κόκκινο).

Το κύριο συστατικό του βακτηριακού CS είναι η πεπτιδογλυκάνη (μουρεΐνη). Η πεπτιδογλυκάνη είναι σχετικά πιο άφθονη στα θετικά κατά Gram βακτήρια: η αναλογία του δικτύου μουρεΐνης, που έχει πάχος περίπου 40 στρωμάτων, αντιπροσωπεύει το 30-70% της ξηρής μάζας του CM. Τα Gram-αρνητικά βακτήρια περιέχουν μόνο 1-2 στρώματα μουρεΐνης, που αποτελούν περίπου το 10% της ξηρής μάζας του CS.

Η πεπτιδογλυκάνη αντιπροσωπεύεται από μόρια πολυμερούς που αποτελούνται από επαναλαμβανόμενες ομάδες δισακχαρίτη, ο σχηματισμός των οποίων περιλαμβάνει Ν-ακετυλογλυκοζαμίνη και Ν-ακετυλομουραμικό οξύ, ο τελευταίος δεσμεύει δισακχαρίτες με ολιγοπεπτίδια (από τα 20 γνωστά αμινοξέα στο CS των βακτηρίων, βρέθηκαν μόνο 4 - γλουταμικό οξύ, γλυκίνη, λυσίνη και αλανίνη). Το βακτηριακό CS περιλαμβάνει επίσης μοναδικά αμινοξέα, όπως διαμινοπιμελικά και D-ισομερή του γλουταμινικού οξέος και της αλανίνης. Η λυσοζύμη υδρολύει την πεπτιδογλυκάνη διασπώντας τους γλυκοσιδικούς δεσμούς μεταξύ της Ν-ακετυλογλυκοζαμίνης και του Ν-ακετυλομουραμικού οξέος.

Η διασύνδεση πεπτιδογλυκάνης περιλαμβάνει το σχηματισμό ενός πεπτιδικού δεσμού μεταξύ του τερματικού υπολείμματος μιας πεπτιδικής πλευρικής αλυσίδας (συνήθως D-αλανίνη) με το προτελευταίο υπόλειμμα της γειτονικής πλευρικής αλυσίδας (L-λυσίνη ή διαμινοπιμελικό οξύ).

Τα θετικά κατά Gram βακτήρια έχουν ένα απλά οργανωμένο αλλά ισχυρό CS, που αποτελείται κυρίως από πολλαπλά στρώματα πεπτιδογλυκάνης, συμπεριλαμβανομένων μοναδικών πολυμερή τειχοϊκού οξέος– αλυσίδες 8-50 υπολειμμάτων γλυκερίνης ή ριβιτόλης, που συνδέονται μεταξύ τους με φωσφορικές γέφυρες.

Τα Gram-αρνητικά βακτήρια έχουν ένα λεπτότερο (σε σύγκριση με τα θετικά κατά Gram βακτήρια) CS, το οποίο περιλαμβάνει ένα διμοριακό στρώμα πεπτιδογλυκάνης και δεν περιέχει τεϊχοϊκό οξύ.

Στην κορυφή του στρώματος της πεπτιδογλυκάνης υπάρχει μια πρόσθετη, ή εξωτερική, μεμβράνη. Το πάχος του ξεπερνά το μέγεθος μιας μονοστιβάδας πεπτιδογλυκάνης.

Συστατικά της εξωτερικής μεμβράνης: διπλοστιβάδα φωσφολιπιδίων, πρωτεΐνες, πολυσακχαρίτες και LPS, διατεταγμένα σε μωσαϊκό.

Διστοιβάδα φωσφολιπιδίωνπροσκολλάται στην πεπτιδογλυκάνη από λιποπρωτεΐνες που διασχίζουν τον περιπλασματικό χώρο.

σκίουροι, συμπεριλαμβανομένων πορίνες, σχηματίζοντας διαμεμβρανικά κανάλια, εμπλέκονται στη μεταφορά ιόντων και υδρόφιλων ενώσεων από το εξωτερικό περιβάλλον στο περίπλασμα.

LPSπου σχηματίζεται από ένα λιπιδικό τμήμα (λιπίδιο Α), έναν πλούσιο σε πολυσακχαρίτη πυρήνα και πλευρικές αλυσίδες πολυσακχαρίτη. Το πολυσακχαριδικό τμήμα του LPS έχει ανοσογονικές ιδιότητες και ονομάζεται O-Ag. Το λιπιδικό τμήμα είναι θερμοσταθερό και είναι υπεύθυνο για τις βιολογικές επιδράσεις της ενδοτοξίνης.

Αυτολυσίνες. Τα βακτηριακά CS περιέχουν αυτολυσίνες, ένζυμα που διαλύουν το στρώμα της πεπτιδογλυκάνης. Η δραστηριότητά τους είναι απαραίτητη για τις διαδικασίες κυτταρικής ανάπτυξης, κυτταρικής διαίρεσης, σπορίωσης και επίτευξης κατάστασης ικανότητας κατά τη διάρκεια του μετασχηματισμού.

Κυτοπλασματική μεμβράνη(αλλιώς η κυτταρική ή η πλασματική μεμβράνη) είναι ένας φυσικός, οσμωτικός και μεταβολικός φραγμός μεταξύ του εσωτερικού περιεχομένου ενός βακτηριακού κυττάρου και του εξωτερικού περιβάλλοντος. Το CPM έχει μια σύνθετη δομή τριών στρωμάτων και χαρακτηρίζεται από έντονη επιλεκτική διαπερατότητα. Σε ορισμένα βακτήρια, μεταξύ του CPM και του CS υπάρχει ένας περιπλασματικός χώρος - μια κοιλότητα γεμάτη με ένζυμα (ριβονουκλεάσες, φωσφατάσες, πενικιλινάσες, κ.λπ.) στα gram-αρνητικά βακτήρια, τα ένζυμα ρέουν ελεύθερα περιβάλλο. Το βακτηριακό CPM αποτελείται από πρωτεΐνες, λιπίδια, υδατάνθρακες και RNA.

σκίουροιΤο CPM χωρίζεται σε κατασκευαστικόςΚαι λειτουργικός.Οι τελευταίες περιλαμβάνουν ένζυμα που εμπλέκονται σε συνθετικές αντιδράσεις στην επιφάνεια της μεμβράνης, διεργασίες οξειδοαναγωγής, καθώς και ορισμένα ειδικά ένζυμα (για παράδειγμα, διαπερνά).

Το κέντρο βρίσκεται βακτηριακό σύστημα μεταφοράς ηλεκτρονίων,την παροχή ενεργειακών αναγκών.

Μεσώματα -σύνθετες εισβολές του CPM, οι λειτουργίες του οποίου δεν έχουν ακόμη πλήρως εδραιωθεί. Είναι γνωστό ότι σχετίζονται με το νουκλεοειδές και σχετίζονται με την κυτταρική διαίρεση και τη δημιουργία σπορίων.

Η αφαίρεση του CS, που προστατεύει το παρακείμενο CPM, οδηγεί σε λύση βακτηρίων ή στο σχηματισμό πρωτοπλαστών και σφαιροπλαστών, διαφορετικών ως προς την προέλευση (από θετικά κατά Gram ή αρνητικά κατά Gram βακτήρια, αντίστοιχα), καθώς και σε ωσμωτική σταθερότητα. Όντας σε ένα ισοτονικό περιβάλλον, τα βακτήρια που δεν διαθέτουν CS είναι σε θέση να απορροφούν O 2 και να απελευθερώνουν CO 2, καθώς και να πολλαπλασιάζονται.

σχήμα L.Υπό την επιρροή κάποιων εξωτερικούς παράγοντεςΤα βακτήρια είναι ικανά να χάσουν CS, σχηματίζοντας μορφές L (που ονομάστηκαν από το Ινστιτούτο D. Lister, όπου απομονώθηκαν για πρώτη φορά). Ένας τέτοιος μετασχηματισμός μπορεί να είναι αυθόρμητος (για παράδειγμα, στα χλαμύδια) ή να προκληθεί (για παράδειγμα, υπό την επίδραση αντιβιοτικών). Αποκορύφωμα σταθερές και ασταθείς μορφές L.Τα πρώτα δεν είναι ικανά για αναστροφή, ενώ τα δεύτερα επανέρχονται στις αρχικές τους μορφές αφού αφαιρέσουν τον αιτιολογικό παράγοντα.

Οι εκπρόσωποι της ομάδας μυκοπλάσματος (κατηγορία Mollicutes) δεν έχουν κυτταρικά τοιχώματα.

Κυτόπλασματα βακτήρια - μια μήτρα για την υλοποίηση ζωτικών αντιδράσεων - διαχωρίζονται από το CS με μια κυτταροπλασματική μεμβράνη. Το κυτταρόπλασμα των περισσότερων βακτηρίων περιέχει DNA, ριβοσώματα και κόκκους αποθήκευσης. τον υπόλοιπο χώρο καταλαμβάνει η κολλοειδής φάση, τα κύρια συστατικά της είναι τα διαλυτά ένζυμα και το RNA (μήτρα και RNA μεταφοράς). Τα βακτήρια στερούνται διάφορα οργανίδια που είναι χαρακτηριστικά των ευκαρυωτικών κυττάρων και οι λειτουργίες τους εκτελούνται από το βακτηριακό CPM.

DNA. Ένα βακτηριακό κύτταρο δεν έχει πυρηνική μεμβράνη. Το DNA συγκεντρώνεται στο κυτταρόπλασμα με τη μορφή ενός πηνίου που ονομάζεται νουκλεοειδές ή γενοφόρο.

GenophoreΤα βακτήρια αντιπροσωπεύονται από ένα διπλό ελικοειδές κυκλικό ομοιοπολικά κλειστό υπερελικωμένο μόριο DNA, που αποτελεί το 2-3% της ξηρής μάζας του κυττάρου (πάνω από 10% κατ' όγκο). Το μήκος του περιγράμματος του μορίου κυμαίνεται από 0,25 έως 3 mm. Η βακτηριακή υπερέλικα DNA δεν περιέχει ιστόνες. Η ποσότητα των γενετικών πληροφοριών που κωδικοποιούνται στο γονοφόρα ποικίλλει μεταξύ των ειδών (για παράδειγμα, το γονιδίωμα Escherichia coli κωδικοποιεί περίπου 4.000 διαφορετικά πολυπεπτίδια).

Πλασμίδια. Στα βακτήρια, ένα επιπλέον μόριο DNA μπορεί να υπάρχει με τη μορφή εξωχρωμοσωμικών στοιχείων ή ενσωματωμένο στο γονιδοφόρο. Τέτοια εγκλείσματα ονομάζονται πλασμίδια (αντίστοιχα επισωματική ή ολοκληρωμένη). Το επισωμικό DNA χαρακτηρίζεται επίσης από σχήμα δακτυλίου, αλλά το επίσωμα είναι μικρότερο σε μέγεθος από το βακτηριακό χρωμόσωμα. Τα πλασμίδια φέρουν έναν αριθμό διαφορετικών γονιδίων και συχνά καθορίζουν τη μολυσματικότητα των βακτηρίων, αλλά οι πληροφορίες που περιέχονται στα πλασμίδια δεν είναι απολύτως απαραίτητες για το βακτηριακό κύτταρο.

ΡιβοσώματαΤα βακτήρια είναι πολύπλοκοι σφαιρικοί σχηματισμοί που αποτελούνται από διάφορα μόρια RNA και πολλές συναφείς πρωτεΐνες. Ολόκληρος ο σχηματισμός λειτουργεί ως τόπος πρωτεϊνοσύνθεσης.

Ριβοσώματα 70S. Η διάμετρος των βακτηριακών ριβοσωμάτων είναι περίπου 20 nm. Συντελεστής καθίζησης – 70S (μονάδες Svedberg). Τα βακτηριακά ριβοσώματα αποτελούνται από δύο υπομονάδες με συντελεστή καθίζησης 50S για τη μία και 30S για την άλλη. Η ένωση των υπομονάδων γίνεται πριν αρχίσει η πρωτεϊνοσύνθεση. Ανάλογα με την ένταση της ανάπτυξης, ένα βακτηριακό κύτταρο μπορεί να περιέχει από 5.000 έως 50.000 ριβοσώματα.

Τα βακτηριοστατικά αντιβιοτικά (στρεπτομυκίνη, τετρακυκλίνη, χλωραμφενικόλη) αναστέλλουν τη σύνθεση πρωτεϊνών, εμποδίζοντας ορισμένες μεταβολικές διεργασίες που συμβαίνουν στα βακτηριακά ριβοσώματα.

Ανταλλακτικά pelletsπεριέχουν μια προσωρινή περίσσεια μεταβολιτών. Η παρουσία και ο αριθμός των κόκκων ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο των βακτηρίων και τη μεταβολική τους δραστηριότητα. Πολυσακχαρίτες (άμυλο, γλυκογόνο, granulosa), λίπη (τριγλυκερίδια, παρόμοια με τα λίπη ανώτερων ζώων, αποθηκεύονται σε ζυμομύκητες του γένους Candida· κεριά - σε μυκοβακτήρια και νοκαρδία· πολυμερή β-υδροξυβουτυρικού οξέος - για παράδειγμα στα κύτταρα του Bacillus megaterium), μπορεί να αποθηκευτεί με τη μορφή πολυφωσφορικών (για παράδειγμα, βολουτίνη, που ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά στο Spirillum volutans), θείο (σε βακτήρια που οξειδώνουν το σουλφίδιο σε θειικό), πρωτεΐνες - για παράδειγμα, προτοξίνη (στο Bacillus thuringiensis και συναφή. είδος).

Οι ιοί που περιέχουν DNA είτε έχουν τα δικά τους ένζυμα αντιγραφής (στο καψίδιο), είτε το γονιδίωμά τους κωδικοποιεί πληροφορίες σχετικά με τη σύνθεση ιικών ενζύμων που διασφαλίζουν την αντιγραφή του ιικού νουκλεϊκού οξέος. Η ποσότητα αυτών των ενζύμων ποικίλλει όταν εφαρμόζεται σε διαφορετικούς ιούς. Για παράδειγμα, το γονιδίωμα του βακτηριακού ιού Τ4 κωδικοποιεί πληροφορίες σχετικά με τη σύνθεση περίπου 30 ιικών ενζύμων. Περαιτέρω, το γονιδίωμα των μεγάλων ιών κωδικοποιεί νουκλεάσες που καταστρέφουν το DNA του κυττάρου ξενιστή, καθώς και πρωτεΐνες, η επίδραση των οποίων στην κυτταρική RNA πολυμεράση συνοδεύεται από το γεγονός ότι «η RNA πολυμεράση που αντιμετωπίζεται με αυτόν τον τρόπο μεταγράφει διαφορετικά ιικά γονίδια σε διάφορα στάδια ιογενούς λοίμωξης. Αντίθετα, οι μικροί ιοί DNA εξαρτώνται περισσότερο από τα ένζυμα του κυττάρου ξενιστή. Για παράδειγμα, η σύνθεση DNA των αδενοϊών διασφαλίζεται από κυτταρικά ένζυμα.[...]

Το βακτηριακό DNA είναι μια εξαιρετικά πολυμερής ένωση που αποτελείται από μεγάλο αριθμόνουκλεοτίδια - πολυνουκλεοτίδια με μοριακό βάρος περίπου 4 εκατομμύρια Ένα μόριο DNA είναι μια αλυσίδα νουκλεοτιδίων, όπου η διάταξη τους έχει μια ορισμένη αλληλουχία. Η αλληλουχία των αζωτούχων βάσεων κωδικοποιεί τις γενετικές πληροφορίες κάθε είδους. Η παραβίαση αυτής της αλληλουχίας είναι δυνατή λόγω φυσικών μεταλλάξεων ή υπό την επίδραση μεταλλαξιογόνων παραγόντων. Σε αυτή την περίπτωση, ο μικροοργανισμός κερδίζει ή χάνει κάποια ιδιότητα. Τα χαρακτηριστικά του αλλάζουν κληρονομικά, εμφανίζεται δηλαδή μια νέα μορφή του μικροοργανισμού. Σε όλους τους μικροοργανισμούς -προκαρυώτες και ευκαρυώτες- φορείς της γενετικής πληροφορίας είναι τα νουκλεϊκά οξέα - το DNA και το RNA. Μόνο ορισμένοι ιοί αποτελούν εξαίρεση: δεν έχουν DNA και οι κληρονομικές πληροφορίες καταγράφονται ή αντικατοπτρίζονται μόνο στο RNA.[...]

Στα βακτηριακά κύτταρα, ο συνολικός αριθμός βάσεων DNA περιέχει 32-65 mol.% γουανίνη και κυτοσίνη.[...]

Πυρήνας βακτηριακού κυττάρου. Περίπου το 1-2% της ξηρής μάζας των μικροοργανισμών είναι DNA, το οποίο περιέχει τη γενετική πληροφορία του οργανισμού. Οι περισσότεροι μικροοργανισμοί έχουν μια περιοχή (ή πολλές περιοχές) στην οποία συγκεντρώνεται το μεγαλύτερο μέρος του DNA, που έχει μια συγκεκριμένη δομή (ή οργανίδιο) και ονομάζεται πυρήνας. Ο πυρήνας (ή η πυρηνική ουσία) συνδέεται με μια κυτταροπλασματική μεμβράνη, ανεξάρτητα από το αν περιβάλλεται από στοιχειώδεις μεμβράνες (όπως στην αμοιβάδα) ή χωρίς αυτές (όπως στα βακτήρια και στα γαλαζοπράσινα φύκια). Η πυρηνική ουσία ενεργοποιείται κατά την περίοδο αναπαραγωγής και με την έναρξη αλλαγών που σχετίζονται με την ηλικία που σχετίζονται με τη γήρανση των κυττάρων.[...]

Το τμήμα DNA (γονίδιο) που προορίζεται για μοριακή κλωνοποίηση πρέπει να έχει την ικανότητα να αναδιπλασιάζεται όταν μεταφέρεται σε ένα βακτηριακό κύτταρο, δηλαδή να είναι ένα αντίγραφο. Ωστόσο, δεν έχει τέτοια ικανότητα. Επομένως, για να εξασφαλιστεί η μεταφορά και η ανίχνευση των κλωνοποιημένων γονιδίων στα κύτταρα, συνδυάζονται με τους λεγόμενους γενετικούς φορείς. Το τελευταίο πρέπει να έχει τουλάχιστον δύο ιδιότητες. Πρώτον, οι φορείς πρέπει να είναι ικανοί να αναπαράγονται σε κελιά και σε πολλαπλά αντίγραφα. Δεύτερον, πρέπει να παρέχουν τη δυνατότητα επιλογής κυττάρων που περιέχουν τον φορέα, δηλαδή να έχουν έναν δείκτη που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αντι-επιλογή κυττάρων που περιέχουν τον φορέα μαζί με το κλωνοποιημένο γονίδιο (μόρια ανασυνδυασμένου DNA). Τα πλασμίδια και οι φάγοι πληρούν αυτές τις απαιτήσεις. Τα πλασμίδια είναι καλοί φορείς επειδή είναι αντίγραφα και μπορούν να περιέχουν γονίδια για αντοχή σε οποιοδήποτε αντιβιοτικό, γεγονός που επιτρέπει την επιλογή βακτηρίων για αντοχή σε αυτό το αντιβιοτικό και, επομένως, την εύκολη ανίχνευση των μορίων ανασυνδυασμένου DNA.

Στα βακτήρια, το DNA συσκευάζεται λιγότερο σφιχτά, σε αντίθεση με τους αληθινούς πυρήνες. Ένα νουκλεοειδές δεν έχει μεμβράνη, πυρήνα ή σύνολο χρωμοσωμάτων. Το βακτηριακό DNA δεν σχετίζεται με τις κύριες πρωτεΐνες - τις ιστόνες - και βρίσκεται στο νουκλεοειδές με τη μορφή δέσμης ινιδίων.

Η χρήση τεχνικών ανασυνδυασμένου DNA για την παραγωγή βιολογικών παραγόντων για τον έλεγχο της ρύπανσης βρίσκεται στα αρχικά της στάδια, αλλά μια τεχνική που μπορεί να αποδειχθεί χρήσιμη στο άμεσο μέλλον είναι η γενετική ανίχνευση. Η επιλογή των οργανισμών ικανών να μετασχηματίσουν μια νέα ένωση βασίζεται συχνά στην ικανότητα χρήσης της ουσίας ως υποστρώματος ανάπτυξης. Εάν η ανάπτυξη είναι ασθενής ή το υπόστρωμα μεταβολίζεται μόνο, τότε οι μέθοδοι επιλογής θα είναι ακατάλληλες για τον προσδιορισμό της ικανότητας αποικοδόμησης. Ως εκ τούτου, θα ήταν χρήσιμο να αναπτυχθεί γενετική ανίχνευση για τον εντοπισμό συγκεκριμένων αλληλουχιών σε πλασμίδια και χρωμοσώματα, αυτό είναι απαραίτητο για τον προσδιορισμό του καταβολικού δυναμικού, ακόμη και αν αυτό το δυναμικό δεν εκφράζεται. Τέτοιοι ανιχνευτές έχουν σχεδιαστεί για πλασμίδια TOL. Η μέθοδος μπορεί να αναγνωρίσει μία βακτηριακή αποικία που περιέχει ένα πλασμίδιο TOL μεταξύ 106 αποικιών Escherichia coli. Τέτοιος ισχυρό εργαλείοθα έχει μεγάλη σημασία για την απομόνωση κρυφών καταβολικών συναρτήσεων.[...]

Ανάπτυξη μιας κομψής τεχνικής για την απόκτηση «κλωνοποίησης» DNA μεγάλη ποσότηταακριβή αντίγραφα συγκεκριμένων θραυσμάτων DNA (Εικ. 13.4) άνοιξε πρόσφατα νέους ορίζοντες στη μελέτη της δομής, της οργάνωσης και της λειτουργίας του γονιδιώματος. Εάν διασπάσετε το δίκλωνο DIC με ένα από τα ένζυμα «περιορισμού» (μία από τις νουκλεάσες), τα οποία αναγνωρίζουν και διασπούν ειδικά σύντομες αλληλουχίες νουκλεοτιδίων (4-6 ζεύγη), τότε εμφανίζονται θραύσματα DNA υψηλής αναπαραγωγής. Τα άκρα δύο κλώνων DNA είναι συνήθως μετατοπισμένα μεταξύ τους λόγω της ειδικότητας των θέσεων κοπής ενός δίκλωνου μορίου, οι κλώνοι του οποίου είναι συμπληρωματικοί στη σύνθεση βάσης. Το DNA εισάγεται συνήθως σε ένα πλασμιδιακό γονίδιο που είναι σημαντικό για την αναπαραγωγή, όπως ένα γονίδιο ανθεκτικότητας στα αντιβιοτικά, το οποίο επιτρέπει στα βακτήρια που περιέχουν το πλασμίδιο να αναπτυχθούν παρουσία του αντιβιοτικού.[...]

Στα βακτήρια, κατά τη διάρκεια της αναπαραγωγής, σχηματίζονται πολλά αντίγραφα πλασμιδίων και με αυτόν τον τρόπο είναι δυνατό να «αναπτυχθούν». μεγάλες ποσότητεςενσωματωμένα θραύσματα DNA και στη συνέχεια απλώς απομονώστε τα ξανά με πέψη με το ίδιο ένζυμο περιορισμού και διαχωρισμό των προϊόντων που προκύπτουν με ηλεκτροφόρηση πηκτής. Η χρήση αυτής της μεθόδου ανασυνδυασμού DNA έφερε επανάσταση στη μελέτη των γονιδίων.[...]

Πρόσφατα ανακαλύφθηκε ότι οι ακτίνες χαμηλής έντασης με μήκος κύματος 320-400 nm (μια περιοχή κοντά στη ζώνη του ορατού φωτός) έχουν μεταλλαξιογόνο επίδραση στους ιούς του βακτηριακού DNA. Η πιθανή επίδραση της ακτινοβολίας σε αυτό το εύρος μήκους κύματος στους φυτικούς ιούς δεν έχει ακόμη ανακαλυφθεί.[...]

Οι καμπύλες της εξάρτησης της επανασύνδεσης από το COT που λαμβάνονται για το βακτηριακό DNA δεν παρουσιάζουν συστροφές και το DIC των ευκαρυωτών επανασυνδέεται σύμφωνα με διαφορετικό τύπο (Εικ. 13.2). Σε χαμηλές συγκεντρώσεις DNA και σύντομο χρόνο επώασης, ένα αξιοσημείωτο κλάσμα μονόκλωνου DNA επανατοποθετείται και με την αύξηση της COT, σχηματίζεται COT επιπλέον ποσότηταδίκλωνα μόρια, έτσι ώστε να προκύπτει καμπύλη δύο φάσεων. Η ταχεία επανέκδοση σε χαμηλές τιμές COT δείχνει ότι ορισμένες αλληλουχίες στους ευκαρυώτες επαναλαμβάνονται πολλές φορές, δηλαδή έως και 10.000 φορές ή περισσότερες.[...]

Η απουσία CXC μπορεί επίσης να μιμηθεί σε περιπτώσεις όπου το DNA των δοκιμαστικών φάγων δεν περιέχει θέσεις που αναγνωρίζονται από το ένζυμο περιορισμού που υπάρχει στο υπό μελέτη στέλεχος. Αυτό το φαινόμενο αντιπροσωπεύει μια από τις παραλλαγές των εξελικτικών προσαρμοστικών αλλαγών σε βακτηριακούς ιούς που έχουν σχεδιαστεί για να τους βοηθήσουν να ξεπεράσουν το φράγμα CXC. Η επίδραση της πίεσης επιλογής σε αυτή τη συγκεκριμένη περίπτωση εκφράζεται σε στατιστικά σημαντική μείωση του αριθμού ή ακόμη και πλήρη εξάλειψη στο DNA του φάγου των αλληλουχιών νουκλεοτιδίων που είναι το υπόστρωμα των περιοριστικών ενζύμων που είναι χαρακτηριστικά των κυττάρων-ξενιστών του βακτηριακού ιού.[.. .]

Ο Lindegren περιέγραψε τα πιθανά στάδια του σχηματισμού ενός βακτηριοφάγου από το DNA του προφάγου, προτείνοντας ότι ο προφάγος προκύπτει ως ένα θραύσμα ξένου βακτηριακού DNA που εισήλθε κατά λάθος στο κύτταρο, το οποίο στα αρχικά στάδια διαιρείται συγχρόνως με το βακτηριακό DNA. Το επόμενο σημαντικό στάδιο στην ανάπτυξη του ιού θα ήταν μια τέτοια αλλαγή στον προφάγο, ως αποτέλεσμα της οποίας η αναπαραγωγή του, ανεξάρτητα από το DNA του κυττάρου ξενιστή, κατέστη δυνατή. ως αποτέλεσμα θα χρησιμοποιηθεί το prophage. όλα τα διαθέσιμα νουκλεοτίδια, διαταράσσοντας έτσι την ανάπτυξη του κυττάρου ξενιστή. Τέλος, σε κάποιο μεταγενέστερο στάδιο, θα μπορούσε να σχηματιστεί ένα προστατευτικό πρωτεϊνικό κέλυφος και να προκύψουν άλλες πρωτεΐνες, οι οποίες θα εξασφάλιζαν την επιβίωση του DNA έξω από το σώμα του ξενιστή και την αποτελεσματική μόλυνση νέων κυττάρων. Το διαχωρισμένο θραύσμα του βακτηριακού DNA αρχικά προφανώς κωδικοποίησε πρωτεΐνες προσαρμοσμένες στις βακτηριακές λειτουργίες. Απαιτούνται πολύ σημαντικές αλλαγές στο DNA για να προκύψουν αντικείμενα τόσο πολύπλοκα και εξειδικευμένα όπως, ας πούμε, ο φάγος Τ2 του E. coli, ο οποίος περιέχει επίσης βάσεις που απουσιάζουν στο βακτηριακό DIC.

Οι γενετικές πληροφορίες των βακτηρίων δεν περιορίζονται στο DNA που βρίσκεται στο νουκλεοειδές του βακτηριακού κυττάρου. Όπως έχει ήδη σημειωθεί σε προηγούμενες ενότητες του βιβλίου, τα εξωχρωμοσωμικά στοιχεία, που συλλογικά ονομάζονται πλασμίδια, χρησιμεύουν επίσης ως φορείς κληρονομικών ιδιοτήτων. Σε αντίθεση με τα πυρηνικά ισοδύναμα του DNA, τα νουκλεοειδή, τα οποία είναι τα οργανίδια ενός βακτηριακού κυττάρου, τα πλασμίδια είναι ανεξάρτητα γενετικά στοιχεία. Η απώλεια πλασμιδίων ή η απόκτησή τους δεν επηρεάζει τη βιολογία του κυττάρου (η απόκτηση πλασμιδίων έχει θετική επιρροήμόνο στο σύνολο του πληθυσμού, αυξάνοντας τη βιωσιμότητα του είδους). Τα μεταδοτικά πλασμίδια περιλαμβάνουν εκείνα που προκαλούν ιδιότητες δότη στα κύτταρα ξενιστές. Ταυτόχρονα, τα τελευταία λαμβάνουν μια νέα ποιότητα - την ικανότητα να συζευγνύονται με τα κύτταρα-δέκτες και να τους δίνουν τα πλασμίδια τους. Τα κύτταρα-δέκτες, αποκτώντας πλασμίδια κατά τη σύζευξη, μετατρέπονται τα ίδια σε δότες.[...]

Η απουσία προσρόφησης δεν εξαντλεί την ποικιλία των επιλογών αλληλεπίδρασης μεταξύ βακτηριακών ιών και μικροβιακών κυττάρων. Εικονίζουν μόνο τη μία πλευρά αυτού του φαινομένου, δηλαδή την εκδήλωση κυτταρικών προστατευτικών μηχανισμών που φαινοτυπικά (σύμφωνα με το κριτήριο της έλλειψης ανάπτυξης) μιμούνται τον περιορισμό. Ωστόσο, υπάρχει μια άλλη παραλλαγή της αλληλεπίδρασης κυττάρου-βακτηριοφάγου που μπορεί να μιμηθεί την απουσία CXC. Παραδείγματα τέτοιων μηχανισμών είναι η σύνθεση αναστολέων και μεθυλασών που κωδικοποιούνται από γονίδια φάγου που προστατεύουν το ιικό DNA από τη δράση των ενζύμων περιορισμού τύπου II.

Ο μηχανισμός της απολυμαντικής δράσης του χλωρίου σχετίζεται με μεταβολικές διαταραχές του βακτηριακού κυττάρου κατά τη διαδικασία της απολύμανσης του νερού. Ταυτόχρονα, αποκαλύφθηκε μια επίδραση στην ενζυματική δραστηριότητα των βακτηρίων, ειδικότερα, στις αφυδρογονάσες που καταλύουν τις οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις στο βακτηριακό κύτταρο. Ο A. M. Skidalskaya (1969) μελέτησε την επίδραση του χλωρίου στη διαδικασία αποκαρβοξυλίωσης βακτηριακών αμινοξέων, η οποία συμβαίνει παρουσία αυστηρά ειδικών ενζύμων αποκαρβοξυλάσης, και προσδιόρισε επίσης τη νουκλεοτιδική σύνθεση του DNA του Escherichia coli μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας απολύμανσης σε διάφορα επίπεδα. με βακτηριοκτόνο δράση.[ ..]

Οι βακτηριοφάγοι της ομάδας Τ έχουν σχήμα τυμπάνων διαστάσεων 100 x 25 nm. Το γονιδίωμά τους αντιπροσωπεύεται από DNA. Είναι λοιμογόνοι φάγοι, γιατί αφού μολύνουν τα βακτηριακά κύτταρα, τα τελευταία λύονται, απελευθερώνοντας μεγάλο αριθμό σωματιδίων φάγων που συντέθηκαν πρόσφατα.

Τα βακτηριακά πλασμίδια είναι γενετικές δομές που βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα και αντιπροσωπεύουν μόρια DNA που κυμαίνονται σε μέγεθος από 2250 έως 400.000 ζεύγη βάσεων αζώτου. Υπάρχουν χωριστά από τα χρωμοσώματα σε ποσότητες από ένα έως πολλές δεκάδες αντίγραφα ανά βακτηριακό κύτταρο.[...]

Στέλεχος Pseu.dom.onas vug1 ae ri. Το pka8eoIco1a έχει ένα πλασμίδιο μήκους 150 χιλιάδων bp, το οποίο μπορεί να αναπαραχθεί αυτόνομα ή μπορεί να ενσωματωθεί στο βακτηριακό χρωμόσωμα. Η επακόλουθη ανακριβής εκτομή παρήγαγε μια οικογένεια πλασμιδίων μήκους από 35 έως 270 kb, μερικά από τα οποία περιείχαν μεγάλα τμήματα χρωμοσωμικού DNA.[...]

Κατά την εξέλιξη, τα βακτήρια ανέπτυξαν την ικανότητα να συνθέτουν τα λεγόμενα περιοριστικά ένζυμα (ενδονουκλεάσες), τα οποία έγιναν μέρος του κυτταρικού (βακτηριακού) συστήματος περιορισμού-τροποποίησης. Στα βακτήρια, τα συστήματα περιορισμού-τροποποίησης είναι ένα ενδοκυτταρικό ανοσοποιητικό σύστημα για προστασία από ξένο DNA. Σε αντίθεση με τους ανώτερους οργανισμούς, στους οποίους η αναγνώριση και η καταστροφή ιών, βακτηρίων και άλλων παθογόνων γίνεται εξωκυτταρικά, στα βακτήρια, η προστασία από ξένο DNA (DNA φυτών και ζώων στα σώματα των οποίων ζουν) συμβαίνει ενδοκυτταρικά, δηλαδή όταν το ξένο DNA διεισδύει στο κυτταρόπλασμα βακτηρίων. Για να προστατευτούν, τα βακτήρια έχουν επίσης εξελίξει την ικανότητα να «επισημάνουν» το δικό τους DNA με βάσεις μεθυλίωσης σε ορισμένες αλληλουχίες. Για το λόγο αυτό, το ξένο DNA, λόγω της απουσίας ομάδων μεθυλίου στις ίδιες αλληλουχίες, τήκεται (κόβεται) σε θραύσματα από διάφορα βακτηριακά περιοριστικά ένζυμα και στη συνέχεια αποικοδομείται από βακτηριακές εξωνουκλεάσες σε νουκλεοτίδια. Μπορούμε να πούμε ότι με αυτόν τον τρόπο τα βακτήρια προστατεύονται από το DNA των φυτών και των ζώων, στο σώμα των οποίων ζουν προσωρινά (ως παθογόνα) ή μόνιμα (ως σαπρόφυτα).[...]

Οι κληρονομικές ιδιότητες των βακτηρίων ή τα μεμονωμένα χαρακτηριστικά κωδικοποιούνται σε μονάδες κληρονομικότητας - γονίδια, που βρίσκονται γραμμικά στο χρωμόσωμα κατά μήκος του κλώνου του DNA. Κατά συνέπεια, ένα γονίδιο είναι ένα θραύσμα ενός κλώνου DNA. Κάθε χαρακτηριστικό αντιστοιχεί σε ένα συγκεκριμένο γονίδιο, και συχνά σε ένα ακόμη μικρότερο κομμάτι DNA - ένα κωδικόνιο. Με άλλα λόγια, ο κλώνος του DNA περιέχει πληροφορίες για όλες τις ιδιότητες των βακτηρίων σε γραμμική σειρά. Ωστόσο, τα βακτήρια έχουν ένα ακόμη χαρακτηριστικό. Οι πυρήνες των ευκαρυωτικών συνήθως περιέχουν πολλά χρωμοσώματα, ο αριθμός τους στον πυρήνα είναι σταθερός σε κάθε είδος. Το βακτηριακό νουκλεοειδές περιέχει μόνο έναν δακτύλιο μιας αλυσίδας DNA, δηλαδή ένα χρωμόσωμα. Ωστόσο, το άθροισμα των κληρονομικών χαρακτηριστικών ενός βακτηριακού κυττάρου δεν εξαντλείται από την αποθήκευση πληροφοριών που περιέχονται σε ένα χρωμόσωμα ή σε μια κλειστή δίκλωνη έλικα DNA σε σχήμα δακτυλίου. Τα πλασμίδια περιέχουν DNA, το οποίο μεταφέρει επίσης γενετικές πληροφορίες που μεταδίδονται από το μητρικό κύτταρο στο θυγατρικό κύτταρο.[...]

Οι μεταλλάξεις είναι αλλαγές στη γονιδιακή συσκευή ενός κυττάρου, οι οποίες συνοδεύονται από αλλαγές στα χαρακτηριστικά που ελέγχονται από αυτά τα γονίδια. Υπάρχουν μακρο- και μικροβλάβες στο DNA, που οδηγούν σε αλλαγές στις ιδιότητες του κυττάρου. Μακροαλλαγές, συγκεκριμένα: απώλεια ενός τμήματος DNA (διαίρεση), μετακίνηση ξεχωριστού τμήματος (μετατόπιση) ή περιστροφή ενός συγκεκριμένου τμήματος του μορίου κατά 180° (αναστροφή) παρατηρούνται σχετικά σπάνια σε μικροβλάβες ή σημειακές μεταλλάξεις , δηλαδή, είναι πολύ πιο χαρακτηριστικές για αυτές οι ποιοτικές αλλαγές σε μεμονωμένα γονίδια, για παράδειγμα, η αντικατάσταση ενός ζεύγους αζωτούχων βάσεων. Οι μεταλλάξεις μπορεί να είναι άμεσες και αντίστροφες ή αντίστροφες. Οι άμεσες μεταλλάξεις είναι μεταλλάξεις σε οργανισμούς άγριου τύπου, για παράδειγμα, απώλεια της ικανότητας ανεξάρτητης σύνθεσης αυξητικών παραγόντων, δηλ., μετάβαση από πρωτο- στην αυξοτροφία. Οι πίσω μεταλλάξεις αντιπροσωπεύουν μια επιστροφή, ή επαναφορά, στον άγριο τύπο. Η ικανότητα επαναφοράς είναι χαρακτηριστική των σημειακών μεταλλάξεων. Ως αποτέλεσμα μεταλλάξεων, τόσο σημαντικά χαρακτηριστικά όπως η ικανότητα ανεξάρτητης σύνθεσης αμινοξέων και βιταμινών (υξοτροφικά μεταλλάγματα) και η ικανότητα σχηματισμού ενζύμων αλλάζουν. Αυτές οι μεταλλάξεις ονομάζονται βιοχημικές. Οι μεταλλάξεις που οδηγούν σε αλλαγές στην ευαισθησία στα αντιβιοτικά και άλλες αντιμικροβιακές ουσίες είναι επίσης γνωστές. Με βάση την προέλευσή τους, οι μεταλλάξεις χωρίζονται σε αυθόρμητες και επαγόμενες. Τα αυθόρμητα συμβαίνουν αυθόρμητα χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση και είναι τυχαίας φύσης. Η συχνότητα τέτοιων μεταλλάξεων είναι πολύ χαμηλή και κυμαίνεται από 1 Χ 10-10 έως 1 Χ 10-10. Οι επαγόμενες εμφανίζονται όταν οι μικροοργανισμοί εκτίθενται σε φυσικούς ή χημικούς μεταλλαξογόνους παράγοντες. Οι φυσικοί παράγοντες που έχουν μεταλλαξιογόνο δράση περιλαμβάνουν το υπεριώδες και ιοντίζουσα ακτινοβολία, καθώς και θερμοκρασία. Ορισμένες ενώσεις είναι χημικά μεταλλαξιογόνα, και μεταξύ αυτών οι πιο δραστικές είναι τα λεγόμενα υπερμεταλλαξιογόνα. ΣΕ φυσικές συνθήκεςκαι πειράματα, αλλαγές στη σύνθεση των βακτηριακών πληθυσμών μπορεί να προκύψουν ως αποτέλεσμα της δράσης δύο παραγόντων - μεταλλάξεων και αυτοεπιλογής, που συμβαίνει ως αποτέλεσμα της προσαρμογής ορισμένων μεταλλαγμάτων στις περιβαλλοντικές συνθήκες. Αυτή η διαδικασία παρατηρείται προφανώς σε ένα περιβάλλον όπου η κυρίαρχη πηγή τροφής είναι μια συνθετική ουσία, για παράδειγμα, μια επιφανειοδραστική ουσία ή καπρολακτάμη.[...]

Ένα μόνο κύτταρο E. coli περιβάλλεται από μια κυτταρική μεμβράνη τριών στρωμάτων πάχους περίπου 40 nm, η οποία είναι ένας «σάκος» ή «φάκελος» που περιέχει κυτταρικό περιεχόμενο με τη μορφή περίπου 2 x 10 16 g πρωτεΐνης, 6 x 10 16 g DNA και 2 x 10 14 g RNA (κυρίως ριβοσωμικό RNA). Περίπου 2000 διαφορετικές πρωτεΐνες συντίθενται σε ένα βακτηριακό κύτταρο, οι περισσότερες από τις οποίες βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα. Η συγκέντρωση ορισμένων πρωτεϊνών είναι 10"® M, ενώ άλλες είναι της τάξης των 2 x 10"4 M (από 10 έως 200.000 μόρια ανά κύτταρο).

Στους μονοκύτταρους οργανισμούς, η σεξουαλική αναπαραγωγή εμφανίζεται με διάφορες μορφές. Η σύζευξη συναντάται επίσης στα βλεφαροειδή, στα οποία κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας λαμβάνει χώρα μεταφορά πυρήνων από το ένα άτομο στο άλλο, ακολουθούμενη από διαίρεση του τελευταίου.[...]

Βακτήρια: προκαρυώτες («προπυρηνικά») μονοκύτταροι οργανισμοί. Τα κύτταρά τους δεν έχουν πυρήνα διαχωρισμένο από το κυτταρόπλασμα. Ωστόσο, το γενετικό πρόγραμμα, όπως αυτό όλων των ζωντανών οργανισμών, κωδικοποιείται ως αλληλουχία νουκλεοτιδίων στο DNA και μεταφέρει πληροφορίες σχετικά με τη δομή των πρωτεϊνών. Τα βακτηριακά κύτταρα δεν περιέχουν οργανίδια όπως χλωροπλάστες (εξειδικευμένα στη φωτοσύνθεση) και μιτοχόνδρια (ειδικά για την κυτταρική αναπνοή και τη σύνθεση ATP). Αυτές οι βιοχημικές διεργασίες συμβαίνουν σε βακτήρια στο κυτταρόπλασμα.[...]

Τα εξαιρετικά μικρά μεγέθη κυττάρων είναι χαρακτηριστικό, αλλά όχι το κύριο χαρακτηριστικό των βακτηρίων. Όλα τα βακτήρια αντιπροσωπεύονται από έναν ειδικό τύπο κυττάρου που δεν διαθέτει πραγματικό πυρήνα που περιβάλλεται από πυρηνική μεμβράνη. Ένα ανάλογο του πυρήνα στα βακτήρια είναι το νουκλεοειδές - πλάσμα που περιέχει DNA, που δεν οριοθετείται από το κυτταρόπλασμα με μεμβράνη. Επιπλέον, τα βακτηριακά κύτταρα χαρακτηρίζονται από την απουσία μιτοχονδρίων, χλωροπλαστών και ειδική δομήκαι τη σύνθεση των μεμβρανικών δομών και των κυτταρικών τοιχωμάτων. Οι οργανισμοί των οποίων τα κύτταρα στερούνται αληθινού πυρήνα ονομάζονται προκαρυωτικά (προπυρηνικά) ή πρωτοκύτταρα (δηλαδή οργανισμοί με πρωτόγονη κυτταρική οργάνωση).[...]

Τα μυκοπλασματικά κύτταρα έχουν ωοειδές σχήμα και το μέγεθός τους είναι περίπου 0,1-0,25 nm σε διάμετρο (Εικ. 43). Χαρακτηρίζονται από την παρουσία μιας λεπτής εξωτερικής μεμβράνης πλάσματος (πάχος - περίπου 8 nm), η οποία περιβάλλει το κυτταρόπλασμα που περιέχει ένα μόριο DNA επαρκές για να κωδικοποιήσει περίπου 800 διαφορετικές πρωτεΐνες, το RNA διαφορετικών τύπων, ριβοσώματα με διάμετρο περίπου 20 nm. Το κυτταρόπλασμά τους περιέχει διάφορα εγκλείσματα με τη μορφή πρωτεϊνών, κόκκων λιπιδίων και άλλων ενώσεων. Λόγω της ανεπαρκούς κυτταρικής ακαμψίας, οι μεμβράνες μυκοπλασμάτων διέρχονται από βακτηριακά φίλτρα.[...]

Έχει διαπιστωθεί ότι στα ριβοσώματα συμβαίνει η δέσμευση ενεργοποιημένων αμινοξέων και τοποθετούνται σε μια πολυπεπτιδική αλυσίδα σύμφωνα με τη γενετική πληροφορία που λαμβάνεται από τον πυρήνα μέσω του αγγελιοφόρου RNA (mRNA), το οποίο διαβάζει τις αντίστοιχες πληροφορίες από το DNA και τις μεταδίδει. στα ριβοσώματα. Ένας αριθμός πρωτεϊνών συντίθεται σε απομονωμένα ριβοσώματα και σημειώνεται η συμπερίληψη σημασμένων αμινοξέων σε αυτά. Ο ρόλος της μήτρας στη σύνθεση πρωτεϊνών εκτελείται από το mRNA, το οποίο συνδέεται με το ριβόσωμα. Στην επιφάνεια του τελευταίου, εμφανίζεται μια αλληλεπίδραση μεταξύ ενός συμπλέγματος αμινοξέων, RNA μεταφοράς που φέρει το επόμενο αμινοξύ και της νουκλεοτιδικής αλληλουχίας του αγγελιαφόρου RNA, το οποίο λειτουργεί στο ριβόσωμα μία φορά και, μετά τη σύνθεση της πολυπεπτιδικής αλυσίδας, αποσυντίθεται. και η νεοσυντιθέμενη πρωτεΐνη συσσωρεύεται στα ριβοσώματα. Σε ένα βακτηριακό κύτταρο, με περίοδο αναγέννησης 90 λεπτών, ο ρυθμός ανακύκλωσης του mRNA φτάνει τα 4-6 δευτερόλεπτα.[...]

Το κυτταρόπλασμα είναι ένα κολλοειδές διάλυμα, η διεσπαρμένη φάση του οποίου είναι σύνθετες πρωτεϊνικές ενώσεις και ουσίες παρόμοιες με τα λίπη, και το μέσο διασποράς είναι το νερό. Ορισμένες μορφές βακτηρίων περιέχουν εγκλείσματα στο κυτταρόπλασμα - σταγονίδια λίπους, θείο, γλυκογόνο κ.λπ. Τα μόνιμα συστατικά των βακτηριακών κυττάρων είναι ειδικές εκβολές της κυτταροπλασματικής μεμβράνης - μεσοσώματα, που περιέχουν ενζυμικά οξειδοαναγωγικά συστήματα. Σε αυτούς τους σχηματισμούς λαμβάνουν χώρα διεργασίες που σχετίζονται κυρίως με την αναπνοή των βακτηρίων. Σε μικρά εγκλείσματα - ριβοσώματα που περιέχουν ριβονουκλεϊκό οξύ, λαμβάνει χώρα βιοσύνθεση πρωτεϊνών. Οι περισσότεροι τύποι βακτηρίων δεν έχουν ξεχωριστό πυρήνα. Η πυρηνική ουσία, που αντιπροσωπεύεται από το DNA, δεν διαχωρίζεται από το κυτταρόπλασμα και σχηματίζει ένα νουκλεοειδές. Η μεταφορά ουσιών απαραίτητων για τη ζωή του κυττάρου και η απομάκρυνση των μεταβολικών προϊόντων πραγματοποιείται μέσω ειδικών καναλιών και κοιλοτήτων, που διαχωρίζονται από το κυτταρόπλασμα με μια μεμβράνη που έχει την ίδια δομή με την κυτταροπλασματική. Αυτός ο δομικός σχηματισμός ονομάζεται ενδοπλασματικό δίκτυο (δίκτυο).[...]

Μια ιδέα για τη μεταβλητότητα και την κληρονομικότητα των βακτηρίων δεν μπορεί να σχηματιστεί χωρίς τη γνώση ορισμένων διατάξεων της μοριακής γενετικής του προκαρυωτικού κυττάρου. Οι διαδικασίες προσαρμογής των μικροβιακών καλλιεργειών στις μεταβαλλόμενες περιβαλλοντικές συνθήκες βασίζονται στη μεταβλητότητα και την κληρονομικότητα, που αποτελούν τμήματα της βακτηριακής γενετικής. Κατά την παρουσίαση της κυτταρολογίας ενός βακτηριακού κυττάρου, η δομή του DNA και του RNA και ο ρόλος τους στη ζωή του κυττάρου ελήφθησαν ήδη υπόψη. Η χαρακτηριστική δομή του DNA διατηρείται σε κάθε είδος και μεταβιβάζεται στους απογόνους από γενιά σε γενιά, όπως και άλλα χαρακτηριστικά. Το βακτηριακό DNA είναι μια δίκλωνη έλικα που κλείνει σε έναν δακτύλιο. Ο δακτυλιοειδής κλώνος του βακτηριακού DNA, που βρίσκεται στο νουκλεοειδές, δεν περιέχει πρωτεΐνη. Αυτός ο δακτύλιος DNA αντιστοιχεί στο χρωμόσωμα ενός ευκαρυωτικού κυττάρου. Είναι γνωστό ότι το χρωμόσωμα των ευκαρυωτικών κυττάρων, εκτός από το DNA, περιέχει πάντα ένα συστατικό πρωτεΐνης. Από αυτό προκύπτει ότι η έννοια του χρωμοσώματος στους ευκαρυώτες είναι κάπως διαφορετική από την έννοια του βακτηριακού χρωμοσώματος. Ο κλώνος του DNA που αντιπροσωπεύει το βακτηριακό χρωμόσωμα, φυσικά, διαφορετικών τύπωνποικίλλει. Το συστατικό φωσφορικού σακχάρου του DNA είναι το ίδιο σε όλους τους τύπους βακτηρίων. η διάταξη των αζωτούχων βάσεων και ο συνδυασμός τους, αντίθετα, διαφέρουν μεταξύ των διαφορετικών ειδών.[...]

Η αυξανόμενη αδιάκριτη χρήση αντιβιοτικών στα ζώα, τα οποία χρησιμοποιούνται σε χαμηλές δόσεις ως αυξητικοί παράγοντες και επίσης ως προληπτικό μέτρο κατά των γαστρεντερικών διαταραχών που σχετίζονται με το στρες σε εκτρεφόμενα ζώα, οδηγεί στην αυξανόμενη επικράτηση της αντίστασης στα αντιβιοτικά του παράγοντα R στους μικροβιακούς πληθυσμούς. , μεταδίδεται από το ένα βακτηριακό κύτταρο στο άλλο κατά τη σύζευξη. Η μετάδοση γίνεται μέσω ενός πλασμιδίου, το οποίο είναι ένα κυκλικό εξωχρωμοσωμικό DNA ικανό να αναδιπλασιαστεί.[...]

Σε αντίθεση με τους λοιμογόνους φάγους, είναι γνωστοί οι λεγόμενοι φάγοι μέτριας δράσης ή απλά μέτριοι φάγοι. Ένας τυπικός εκπρόσωπος τέτοιων φάγων είναι ο φάγος Χ, ο οποίος επίσης χρησιμοποιήθηκε και χρησιμοποιείται ως πειραματικό μοντέλο για την αποσαφήνιση πολλών ερωτημάτων μοριακής γενετικής. Ο φάγος Χ έχει δύο σημαντικές ιδιότητες. Όπως οι λοιμογόνοι φάγοι, μπορεί να μολύνει βακτηριακά κύτταρα, να αναπαράγεται βλαστικά, να παράγει εκατοντάδες αντίγραφα στα κύτταρα και να λύσει κύτταρα απελευθερώνοντας ώριμα σωματίδια φάγου. Ωστόσο, το DNA αυτού του φάγου μπορεί να συμπεριληφθεί στο βακτηριακό χρωμόσωμα, μετατρέποντας σε προφάγο. Σε αυτή την περίπτωση, συμβαίνει η λεγόμενη λυσογένεση των βακτηρίων και τα βακτήρια που περιέχουν τον προφάγο ονομάζονται λυσογονικά. Τα λυσογόνα βακτηριακά κύτταρα μπορούν να έχουν προφήτη για απεριόριστο χρονικό διάστημα χωρίς λύση. Η λύση με την απελευθέρωση νέων σωματιδίων φάγου παρατηρείται μετά από έκθεση λυσογόνων βακτηρίων σε οποιονδήποτε παράγοντα, για παράδειγμα, ακτινοβολία UV, η οποία προκαλεί την ανάπτυξη ενός προφάγου σε φάγο. Η μελέτη των λυσογόνων βακτηρίων κατέστησε δυνατή τη λήψη ορισμένων νέων δεδομένων σχετικά με το ρόλο των διαφορετικών πρωτεϊνών στη δράση των γονιδίων των φάγων.[...]

Σειρά γονιδιώματος χλωροπλάστη ανώτερα φυτάαποτελείται από 120 γονίδια. Το γονιδίωμα του χλωροπλάστη είναι πολύ παρόμοιο με το βακτηριακό γονιδίωμα τόσο στην οργάνωση όσο και στη λειτουργία. Το ανθρώπινο μιτοχονδριακό γονιδίωμα πιθανότατα στερείται εσωνίων, αλλά τα ιντρόνια βρίσκονται στο DNA των χλωροπλαστών ορισμένων ανώτερων φυτών, καθώς και στο DNA των μιτοχονδρίων των μυκήτων. Πιστεύεται ότι τα γονιδιώματα των χλωροπλαστών των ανώτερων φυτών παραμένουν αμετάβλητα για περίπου αρκετά εκατομμύρια χρόνια. Είναι πιθανό ότι μια τέτοια αρχαιότητα είναι επίσης χαρακτηριστική μιτοχονδριακά γονιδιώματαθηλαστικά, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων.[...]

Τα σύγχρονα διαγράμματα που απεικονίζουν το έργο των γονιδίων χτίζονται με βάση μια λογική ανάλυση των πειραματικών δεδομένων που λαμβάνονται χρησιμοποιώντας βιοχημικές και γενετικές μεθόδους. Η χρήση λεπτών μεθόδων ηλεκτρονικής μικροσκοπίας επιτρέπει σε κάποιον να δει κυριολεκτικά το έργο της κληρονομικής συσκευής του κυττάρου. Πρόσφατα, ελήφθησαν μικροσκοπικές εικόνες ηλεκτρονίων, οι οποίες δείχνουν πώς στη μήτρα του βακτηριακού DNA, σε εκείνες τις περιοχές όπου τα μόρια της RNA πολυμεράσης (ένα ένζυμο που καταλύει τη μεταγραφή του DNA σε RNA) συνδέονται με το DNA, συμβαίνει η σύνθεση των μορίων mRNA . Οι κλώνοι mRNA, που βρίσκονται κάθετα στο γραμμικό μόριο DNA, κινούνται κατά μήκος της μήτρας και αυξάνονται σε μήκος. Καθώς οι κλώνοι του RNA επιμηκύνονται, τα ριβοσώματα συνδέονται με αυτά, τα οποία, με τη σειρά τους, κινούμενοι κατά μήκος του κλώνου RNA προς το DNA, οδηγούν σε πρωτεϊνική σύνθεση[...]

Η μεταγωγή είναι η μεταφορά γενετικού υλικού από ένα βακτήριο δότη σε ένα βακτήριο λήπτη χρησιμοποιώντας έναν φάγο. Το φαινόμενο της μεταγωγής ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά το 1951 από τον Lederberg και τους συνεργάτες του στη Salmonella typhimurium. Σήμερα γίνεται διάκριση μεταξύ μη ειδικής και ειδικής μεταγωγής. Με μη ειδική μεταγωγή, ο φάγος μπορεί να μεταφέρει οποιοδήποτε χαρακτηριστικό από ένα βακτήριο δότη σε ένα βακτήριο δέκτη. Η μεταφορά πραγματοποιείται μόνο από εύκρατους (μη λοιμογόνους) φάγους. Οι εύκρατοι φάγοι είναι ικανοί να μολύνουν βακτήρια, αλλά δεν αναπαράγονται σε αυτά και δεν προκαλούν λύση, αλλά περιλαμβάνονται στο DNA του βακτηριακού κυττάρου και σε αυτή τη μη μολυσματική κατάσταση με τη μορφή του λεγόμενου προφάγου μεταδίδονται από το κύτταρο στο κύτταρο κατά την αναπαραγωγή. Οι βακτηριακές καλλιέργειες που περιέχουν ένα προφάγο ονομάζονται λυσογονικές. Σε αυτές τις καλλιέργειες, με χαμηλή συχνότητα (σε ένα από τα 102 - 105 κύτταρα), παρατηρείται αυθόρμητη αναπαραγωγή του φάγου και πραγματοποιείται λύση των κυττάρων με την απελευθέρωση σωματιδίων φάγου, τα οποία ανιχνεύονται με τη βοήθεια βακτηρίων-δείκτη για τα οποία ένας τέτοιος φάγος είναι λοιμογόνος .[...]

Τα πειράματα διεξήχθησαν σε κυψέλη τριών θαλάμων, αποτελούμενη από έναν κεντρικό θάλαμο εργασίας και δύο θαλάμους ηλεκτροδίων. 750 mg βαμβακιού τοποθετήθηκαν σε θάλαμο εργασίας διαστάσεων 25 Χ 7 Χ 37 mm (μήκος Χ πλάτος Χ ύψος), χωρισμένος από τους θαλάμους ηλεκτροδίων με μεμβράνες σελοφάν. Μέσω αυτού, το αρχικό διάλυμα των υπό μελέτη ουσιών τροφοδοτήθηκε από κάτω προς τα πάνω με σταθερή ταχύτητα. Η περιεκτικότητα των ενώσεων στα αρχικά διαλύματα που παρέχονται στον θάλαμο εργασίας (C0) και στα διαλύματα που εξέρχονται από τον θάλαμο (Ci) παρακολουθήθηκε από τα μέγιστα της απορρόφησης πρωτεΐνης και νουκλεϊκά οξέαστην περιοχή κυμάτων (35,5-38) Χ 103 cm-1 με χρήση φασματοφωτόμετρου UV UV-VIS Specord. Οι θάλαμοι ηλεκτροδίων γεμίστηκαν με κοκκοποιημένο ενεργού άνθρακακαι από μέσα τους περνούσε απεσταγμένο νερό σε χωριστή ροή.

Ο φορέας της γενετικής πληροφορίας των βακτηριακών κυττάρων είναι το DNA. Είναι μια διπλή έλικα που αποτελείται από δύο πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες. Το DNA έχει συγκριθεί με μια σπειροειδή σκάλα και ένα διπλό ηλεκτρικό καλώδιο. Η ραχοκοκαλιά του DNA αποτελείται από φωσφορικές ομάδες και δεοξυριβόζη. Οι πολυπεπτιδικές αλυσίδες συνδέονται με δεσμούς υδρογόνου, οι οποίοι συγκρατούν μεταξύ τους συμπληρωματικές αζωτούχες βάσεις. Η δομή του DNA των βακτηρίων είναι παρόμοια με αυτή των ευκαρυωτικών κυττάρων (φυτά, ζώα, μύκητες). Σε αντίθεση με τα βακτήρια, οι ιοί έχουν ένα μοναδικό γονιδίωμα νουκλεϊκού οξέος - DNA ή RNA. Τα βακτηριακά κύτταρα, εκτός από το DNA, μπορούν να έχουν γενετικά ολοκληρωμένους σχηματισμούς που λειτουργούν αυτόνομα. Πρέπει να τονιστεί ότι, εκτός από το DNA, φορείς της βακτηριακής κληρονομικότητας είναι τα πλασμίδια και τα επισώματα. Από αυτή την άποψη, οποιαδήποτε δομή ενός βακτηριακού κυττάρου ικανή για αυτο-αντιγραφή ονομάζεται ρεπλικόνιο, δηλαδή τα βακτηριακά αντίγραφα είναι νουκλεοτίδια, πλασμίδια, επισώματα. Τα πλασμίδια δεν συνδέονται με ένα νουκλεοτίδιο, αλλά βρίσκονται αυτόνομα στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου, αλλά τις περισσότερες φορές αναπαράγονται μαζί με το DNA.

Το βακτηριακό χρωμόσωμα αντιπροσωπεύεται από ένα δίκλωνο μόριο DNA κυκλικού σχήματος και ονομάζεται νουκλεοτίδιο. Το μήκος ενός νουκλεοτιδίου όταν τεντώνεται είναι περίπου 1 mm. Το νουκλεοτίδιο είναι το ισοδύναμο ενός πυρήνα. Βρίσκεται στο κέντρο του βακτηρίου. Σε αντίθεση με τους ευκαρυώτες, ο βακτηριακός πυρήνας δεν έχει πυρηνικό περίβλημα, πυρήνα ή βασικές πρωτεΐνες (ιστόνες). Το νουκλεοτίδιο μπορεί να ανιχνευθεί με μικροσκόπιο φωτός. Για να γίνει αυτό, πρέπει να χρωματίσετε το κύτταρο χρησιμοποιώντας ειδικές μεθόδους: σύμφωνα με τον Feulgen ή σύμφωνα με τον Romanovsky-Giemsa. Η ηλεκτρονική μικροσκοπική εξέταση έδειξε ότι το ένα άκρο του DNA ήταν προσκολλημένο στην κυτταρική μεμβράνη. Προφανώς αυτό είναι απαραίτητο για τη διαδικασία αντιγραφής του DNA.

Ανάπτυξη βακτηρίων in vitro. Φωτογραφία: Tess Watson

Σε αντίθεση με τα ευκαρυωτικά κύτταρα, τα προκαρυωτικά δεν έχουν μιτοχόνδρια, τη συσκευή Golgi και το ενδοπλασματικό δίκτυο.

Κάθε κλώνος DNA αποτελείται από μονάδες που ονομάζονται νουκλεοτίδια. Το νουκλεοτίδιο περιέχει μία από τις αζωτούχες βάσεις (αδενίνη, γουανίνη, θυμίνη ή κυτοσίνη), δεοξυριβόζη και φωσφορικό οξύ. Περίπου 1500 νουκλεοτίδια αποτελούν ένα γονίδιο μέσου μεγέθους. Έτσι, ένα γονίδιο είναι ένα συγκεκριμένο τμήμα του DNA που είναι υπεύθυνο για την εκδήλωση και την ανάπτυξη ενός συγκεκριμένου χαρακτηριστικού. Τα γονίδια στο DNA είναι διατεταγμένα γραμμικά, είναι διακριτά και μπορούν να αυτοαναπαραχθούν. Η αλληλουχία των αμινοξέων στη συντιθέμενη πρωτεΐνη προσδιορίζεται από την αλληλουχία των νουκλεοτιδίων στο γονίδιο.

Από λειτουργική άποψη, τα γονίδια διακρίνονται σε δομικά, ρυθμιστικά, προαγωγέα και γονίδια χειριστή.

Τα δομικά γονίδια είναι γονίδια που καθορίζουν τη σύνθεση ενζύμων που εμπλέκονται σε βιολογικές αντιδράσεις και στο σχηματισμό κυτταρικών δομών.

Τα ρυθμιστικά γονίδια είναι υπεύθυνα για τη σύνθεση πρωτεϊνών που ρυθμίζουν το μεταβολισμό. Αυτά τα γονίδια μπορούν να επηρεάσουν τη δραστηριότητα των δομικών γονιδίων.

Τα γονίδια προαγωγείς καθορίζουν την αρχή της μεταγραφής. Αντιπροσωπεύουν ένα τμήμα του DNA που αναγνωρίζεται από την εξαρτώμενη από το DNA πολυμεράση RNA.

Τα γονίδια χειριστή είναι ενδιάμεσοι μεταξύ των δομικών γονιδίων, της περιοχής προαγωγέα και των ρυθμιστικών γονιδίων.

Το σύνολο των ρυθμιστικών γονιδίων, των προαγωγέων, των χειριστών και των δομικών γονιδίων ονομάζεται οπερόνιο. Επομένως, ένα οπερόνιο είναι μια λειτουργική γενετική μονάδα υπεύθυνη για την εκδήλωση ενός συγκεκριμένου χαρακτηριστικού μικροοργανισμών.

Υπάρχουν επαγώγιμα και κατασταλτικά οπερόνια. Για παράδειγμα, το επαγώγιμο οπερόνιο είναι το οπερόνιο Lac, τα γονίδια του οποίου ελέγχουν τη σύνθεση των ενζύμων που χρησιμοποιούν τη λακτόζη σε ένα μικροβιακό κύτταρο. Εάν το κύτταρο δεν χρειάζεται λακτόζη, το οπερόνιο διατηρείται σε ανενεργή κατάσταση και αντίστροφα.

Ένα παράδειγμα κατασταλτικού οπερονίου είναι το οπερόνιο τρυπτοφάνης, το οποίο παρέχει παραγωγή τρυπτοφάνης. Αυτό το οπερόνιο συνήθως λειτουργεί συνεχώς και η πρωτεΐνη καταστολέας του βρίσκεται σε παθητική κατάσταση. Εάν η περιεκτικότητα του κυττάρου σε τρυπτοφάνη αυξηθεί, το αμινοξύ συνδέεται με τον καταστολέα και τον ενεργοποιεί. Ο καταστολέας αναστέλλει το λειτουργικό οπερόνιο και διακόπτει τη σύνθεση τρυπτοφάνης.

Η πιο σημαντική ιδιότητα του DNA είναι η ικανότητα αντιγραφής. Η αναπαραγωγή μπορεί να συμβεί στον τύπο θήτα και στον τύπο σίγμα. Η αντιγραφή του DNA του Θήτα ξεκινά σε ένα συγκεκριμένο σημείο με τη μορφή «διογκώματος» και διαδίδεται κατά μήκος του μορίου προς δύο κατευθύνσεις, περνώντας από μια ενδιάμεση δομή που μοιάζει με το ελληνικό γράμμα θήτα. Με αυτόν τον τύπο αντιγραφής, διατηρείται μία από τις αλυσίδες του αρχικού μορίου DNA και η δεύτερη συντίθεται από νουκλεοτίδια.

Η αντιγραφή του DNA τύπου σίγμα λαμβάνει χώρα μέσω μιας ενδιάμεσης δομής που μοιάζει με το ελληνικό γράμμα σίγμα, εξ ου και το όνομα αυτού του τύπου. Αυτός ο τύπος αντιγραφής παρατηρείται κατά τη σύζευξη βακτηρίων και ορισμένων φάγων. Με αυτόν τον τύπο αντιγραφής, και οι δύο κλώνοι DNA ολοκληρώνονται για να σχηματίσουν δίκλωνο DNA.

Το βακτηριακό γονιδίωμα εκτελεί τις ακόλουθες λειτουργίες:

· διασφαλίζει τη μεταφορά βιολογικών ιδιοτήτων με κληρονομικότητα.

· Προγραμματίζει τη σύνθεση βακτηριακής πρωτεΐνης με ορισμένες ιδιότητες.

· Συμμετέχει στις διαδικασίες της βακτηριακής μεταβλητότητας.

· διασφαλίζει τη διατήρηση της ατομικότητας του είδους.

· καθορίζει την πολλαπλή αντοχή σε έναν αριθμό φαρμάκων.

ΜΟΡΦΟΛΟΓΙΑ ΒΑΚΤΗΡΙΩΝ

Βακτήρια– μικροσκοπικοί, συνήθως μονοκύτταροι οργανισμοί φυτικής φύσης (μικροχλωρίδα). Ορισμένοι τύποι βακτηρίων χαρακτηρίζονται από μια ορισμένη μορφολογία με επαρκή σταθερότητα. Υπάρχουν τρεις κύριες μορφές βακτηρίων: σφαιρικά ή ωοειδή (κόκκοι), ράβδοι (βάκιλλοι) και σπειροειδής.

Cocciχωρισμένο σε ζευγάρια - διπλόκοκκοι(Neisseria); τετράκοκκοι, διατεταγμένοι σε ομάδες των 4 σε σχήμα τετραγώνων. κόκκοι σχηματισμού πακέτων, ή σαρκίνες, που βρίσκεται στους "ορόφους"? στρεπτόκοκκους, διατεταγμένα σε αλυσίδες. σταφυλόκοκκους, σχηματίζοντας άμορφες συστάδες, που θυμίζουν κάπως τσαμπιά σταφυλιών.

Μπαστούνια. Ανάμεσα στα μπαστούνια υπάρχουν μονόκλινο, τυχαία διατεταγμένα βακτήρια (enterobacteriaceae), διπλοβάκιλλος,βρίσκονται σε ζεύγη (κατά μήκος μιας γραμμής), και στρεπτοβάκιλλοι,σχηματίζοντας αλυσίδες (βάκιλλοι άνθρακα).

Σπειροειδή βακτήριαχωρίζεται σε δύο ομάδες - δονήσειςκαι βακτήρια παρόμοιου σχήματος, η καμπυλότητα του σώματος των οποίων δεν υπερβαίνει το ένα τέταρτο της στροφής της σπείρας (Campylobacter), και σπειροχαίτες και σπιρίλες,έχοντας κάμψεις ίσες με μία ή περισσότερες στροφές της σπείρας (ο αιτιολογικός παράγοντας της σύφιλης).

Κάθε βακτήριο αποτελείται από τρία συστατικά: επιφανειακές δομές, κυτταρική μεμβράνη, κυτταρόπλασμα.

Οι επιφανειακές δομές των βακτηρίων είναι κάψουλες, μαστίγια και μικρολάχνες.

Κάψουλεςπεριβάλλουν την κυτταρική μεμβράνη πολλών βακτηρίων, συμπεριλαμβανομένων των παθογόνων. Οι κάψουλες στερούνται τη διατεταγμένη οργάνωση που χαρακτηρίζει το βακτηριακό κυτταρικό τοίχωμα. Υπάρχουν μικροκάψουλες, οι οποίες ανιχνεύονται μόνο με ηλεκτρονική μικροσκοπία με τη μορφή στρώματος μικροϊνιδίων βλεννοπολυσακχαρίτη) και μακροκάψουλες (ανιχνεύονται με μικροσκοπία φωτός).

Οι περισσότερες βακτηριακές κάψουλες αποτελούνται από πολύπλοκους πολυσακχαρίτες. Ανιχνεύονται με χρώση σύμφωνα με το Burri-Gins ή χρησιμοποιώντας την αντίδραση διόγκωσης Neufeld. Οι κάψουλες μπορεί να περιλαμβάνουν ενώσεις που περιέχουν άζωτο, όπως αυτές των πνευμονόκοκκων (που αποτελούνται από πολυσακχαρίτες, γλυκοζαμίνη και γλυκουρονικό οξύ), αλλά μπορεί να μην περιέχουν άζωτο, όπως κάψουλες leuconostoc (που αποτελούνται από δεξτρίνη, λεβουλάνη, φρουκτοζάνη και άλλους πολυμερισμένους μονοσακχαρίτες).

Οι κάψουλες ορισμένων βακτηρίων (Bacillus anthracis) αποτελούνται από πολυσακχαρίτες και πολυπεπτίδια που σχηματίζονται από μονομερή του D-γλουταμινικού οξέος, το οποίο προστατεύει το βακτήριο από τα πρωτεολυτικά ένζυμα των φαγοκυττάρων.

Μαστίγιαυπάρχουν σε πολλά βακτήρια και παρέχουν κινητικότητα. Το μαστίγιο είναι ένα σπειροειδώς καμπυλωτό νήμα που οδηγείται σε περιστροφή από έναν «κινητήρα» που βρίσκεται στο σημείο της προσκόλλησής του στη μεμβράνη. Σε διαφορετικά βακτήρια, το πάχος των μαστιγίων κυμαίνεται από 12 έως 18 nm και το μήκος μπορεί να φτάσει τα 20 μm.

Τα βακτηριακά μαστίγια αποτελούνται από μια πρωτεΐνη (μαστιγέλα) και κατασκευάζονται από τις υπομονάδες της με σχετικά χαμηλό μοριακό βάρος. Τα νημάτια των μαστιγίων οδηγούνται από ένα βασικό άγκιστρο σαν μεντεσέ μεμβράνης, που ασφαλίζεται από ένα βασικό σώμα, το οποίο αποτελείται από ένα ζεύγος δακτυλίων στα θετικά κατά Gram βακτήρια και δύο ζεύγη δακτυλίων στα αρνητικά κατά Gram βακτήρια. Οι δακτύλιοι λειτουργούν ως «οδηγός δίσκος» και «ρουλεμάν» στην εσωτερική επιφάνεια του στρώματος της πεπτιδογλυκάνης. Ολόκληρη η δομή εκτελεί τη λειτουργία ενός χημειομηχανικού μετατροπέα (μοτέρ μαστιγών).

Τοποθεσία.

; Δεδομένου ότι μόνο τα συγκεκριμένα ουσιαστικά μπορούν να διαφέρουν σε αριθμό, άλλα LGRs έχουν ένα ημιτελές παράδειγμα σε αριθμό.Τα μαστίγια βρίσκονται σε ολόκληρη την επιφάνεια του κυτταρικού τοιχώματος (βακτήρια των οικογενειών Enterobacteriaceae και Bacillaceae).

Τα μαστίγια βρίσκονται σε ολόκληρη την επιφάνεια του κυτταρικού τοιχώματος (βακτήρια των οικογενειών Enterobacteriaceae και Bacillaceae).Ένα παχύ μαστίγιο στο ένα άκρο (vibrios).

Ένα παχύ μαστίγιο στο ένα άκρο (vibrios).Δέσμη 2-50 μαστιγίων, ορατή ως μονήρη.

Τα πολικά μαστίγια είναι προσκολλημένα στο ένα ή και στα δύο άκρα του βακτηρίου. Τα πολικά μαστίγια είναι προσκολλημένα στο ένα ή και στα δύο άκρα του βακτηρίου.- μια δέσμη μαστιγίων στο ένα άκρο ενός βακτηρίου (Pseudomonas). - μια δέσμη μαστιγίων στο ένα άκρο ενός βακτηρίου (Pseudomonas).– διπολικά τοποθετημένες δέσμες (Spirillum).

– διπολικά τοποθετημένες δέσμες (Spirillum).(pili, κροσσοί) είναι πρωτεϊνικές τρίχες (από 10 έως αρκετές χιλιάδες) πάχους 3-25 nm και μήκους έως 12 microns.

ΕΝΑ. Συνηθισμένο ήπιε.Πολλά αρνητικά κατά Gram βακτήρια έχουν μακριές, λεπτές πίλες (κροσσούς) που ξεκινούν από την κυτταροπλασματική μεμβράνη και διεισδύουν στο κυτταρικό τοίχωμα. Σχηματίζονται από πρωτεΐνες του ίδιου τύπου, τα μόρια των οποίων σχηματίζουν ένα ελικοειδή νήμα. Τους κύρια λειτουργία είναι η προσκόλληση βακτηρίων σε υποστρώματα, όπως οι επιφάνειες των βλεννογόνων, που είναι σημαντικός παράγοντας αποικισμού και μόλυνσης. Επιπλέον, η αύξηση της επιφάνειας του βακτηριακού κυττάρου του δίνει πρόσθετα πλεονεκτήματα στη χρήση περιβαλλοντικών θρεπτικών συστατικών.

ΣΙ. ΦΑ-έπινε(παράγοντας γονιμότητας) – ειδικοί σχηματισμοί που εμπλέκονται στη σύζευξη βακτηρίων. Μοιάζουν με κοίλους σωλήνες πρωτεΐνης μήκους 0,5-10 μικρομέτρων. Ο σχηματισμός τους κωδικοποιείται από πλασμίδια.

Κυτταρική μεμβράνηΤα περισσότερα βακτήρια αποτελούνται από ένα κυτταρικό τοίχωμα και μια υποκείμενη κυτταροπλασματική μεμβράνη.

Το κυτταρικό τοίχωμα των βακτηρίων είναι λεπτό, ελαστικό και άκαμπτο και μπορεί να απουσιάζει εντελώς σε ορισμένα βακτήρια (για παράδειγμα, L-μορφές και μυκόπλασμα). Το κυτταρικό τοίχωμα προστατεύει τα βακτήρια από εξωτερικές επιδράσεις, τους δίνει ένα χαρακτηριστικό σχήμα και μεταφέρει θρεπτικά συστατικά και απελευθερώνει μεταβολίτες μέσω αυτού. Στην επιφάνειά του υπάρχουν διάφοροι υποδοχείς για βακτηριοφάγους, βακτηριοσίνες και διάφορες χημικές ουσίες. Το CS διατηρεί τη σταθερότητα του εσωτερικού περιβάλλοντος και αντέχει σημαντική πίεση από το εσωτερικό (για παράδειγμα, η μερική πίεση των ενδοκυτταρικών ουσιών των θετικών κατά Gram βακτηρίων μπορεί να φτάσει τις 30 ατμόσφαιρες). Η δομή και η σύνθεση των στοιχείων του CS καθορίζουν την ικανότητα αντίληψης χρωστικών, δηλ. τους χρωστικές ιδιότητες. Μία από τις βασικές αρχές της βακτηριακής διαφοροποίησης είναι η ικανότητα αντίληψης και διατήρησης του συμπλέγματος χρωστικής της γεντιανής βιολέτας με ιώδιο μέσα στο κύτταρο ή η απώλεια του μετά από θεραπεία με αλκοόλ (χρώση Gram). Αντίστοιχα, διακρίνονται τα θετικά κατά gram (χρώμα βιολετί-μοβ) και τα αρνητικά κατά gram (κόκκινο).

Το κύριο συστατικό του βακτηριακού CS είναι η πεπτιδογλυκάνη (μουρεΐνη). Η πεπτιδογλυκάνη είναι σχετικά πιο άφθονη στα θετικά κατά Gram βακτήρια: η αναλογία του δικτύου μουρεΐνης, που έχει πάχος περίπου 40 στρωμάτων, αντιπροσωπεύει το 30-70% της ξηρής μάζας του CM. Τα Gram-αρνητικά βακτήρια περιέχουν μόνο 1-2 στρώματα μουρεΐνης, που αποτελούν περίπου το 10% της ξηρής μάζας του CS.

Η πεπτιδογλυκάνη αντιπροσωπεύεται από μόρια πολυμερούς που αποτελούνται από επαναλαμβανόμενες ομάδες δισακχαρίτη, ο σχηματισμός των οποίων περιλαμβάνει Ν-ακετυλογλυκοζαμίνη καιΝ-ακετυλομουραμικό οξύ, ο τελευταίος δεσμεύει δισακχαρίτες με ολιγοπεπτίδια (από τα 20 γνωστά αμινοξέα στο CS των βακτηρίων, βρέθηκαν μόνο 4 - γλουταμικό οξύ, γλυκίνη, λυσίνη και αλανίνη). Το βακτηριακό CS περιλαμβάνει επίσης μοναδικά αμινοξέα, όπως το διαμινοπιμελικό και D-ισομερή του γλουταμινικού οξέος και της αλανίνης. Η λυσοζύμη υδρολύει την πεπτιδογλυκάνη διασπώντας τους γλυκοσιδικούς δεσμούς μεταξύ της Ν-ακετυλογλυκοζαμίνης και του Ν-ακετυλομουραμικού οξέος.

Η διασύνδεση πεπτιδογλυκάνης περιλαμβάνει το σχηματισμό ενός πεπτιδικού δεσμού μεταξύ του τερματικού υπολείμματος μιας πεπτιδικής πλευρικής αλυσίδας (συνήθως D-αλανίνη) με το προτελευταίο υπόλειμμα της γειτονικής πλευρικής αλυσίδας (L-λυσίνη ή διαμινοπιμελικό οξύ).

Τα θετικά κατά Gram βακτήρια έχουν ένα απλά οργανωμένο αλλά ισχυρό CS, που αποτελείται κυρίως από πολλαπλά στρώματα πεπτιδογλυκάνης, συμπεριλαμβανομένων μοναδικών πολυμερή τειχοϊκού οξέος– αλυσίδες 8-50 υπολειμμάτων γλυκερίνης ή ριβιτόλης, που συνδέονται μεταξύ τους με φωσφορικές γέφυρες.

Τα Gram-αρνητικά βακτήρια έχουν ένα λεπτότερο (σε σύγκριση με τα θετικά κατά Gram βακτήρια) CS, το οποίο περιλαμβάνει ένα διμοριακό στρώμα πεπτιδογλυκάνης και δεν περιέχει τεϊχοϊκό οξύ.

Στην κορυφή του στρώματος της πεπτιδογλυκάνης υπάρχει μια πρόσθετη, ή εξωτερική, μεμβράνη. Το πάχος του ξεπερνά το μέγεθος μιας μονοστιβάδας πεπτιδογλυκάνης.

Συστατικά της εξωτερικής μεμβράνης: διπλοστιβάδα φωσφολιπιδίων, πρωτεΐνες, πολυσακχαρίτες και LPS, διατεταγμένα σε μωσαϊκό.

Διστοιβάδα φωσφολιπιδίωνπροσκολλάται στην πεπτιδογλυκάνη από λιποπρωτεΐνες που διασχίζουν τον περιπλασματικό χώρο.

σκίουροι, συμπεριλαμβανομένων πορίνες, σχηματίζοντας διαμεμβρανικά κανάλια, εμπλέκονται στη μεταφορά ιόντων και υδρόφιλων ενώσεων από το εξωτερικό περιβάλλον στο περίπλασμα.

LPSπου σχηματίζεται από ένα λιπιδικό τμήμα (λιπίδιο Α), έναν πλούσιο σε πολυσακχαρίτη πυρήνα και πλευρικές αλυσίδες πολυσακχαρίτη. Το πολυσακχαριδικό τμήμα του LPS έχει ανοσογονικές ιδιότητες και ονομάζεται O-Ag. Το λιπιδικό τμήμα είναι θερμοσταθερό και είναι υπεύθυνο για τις βιολογικές επιδράσεις της ενδοτοξίνης.

Αυτολυσίνες. Τα βακτηριακά CS περιέχουν αυτολυσίνες, ένζυμα που διαλύουν το στρώμα της πεπτιδογλυκάνης. Η δραστηριότητά τους είναι απαραίτητη για τις διαδικασίες κυτταρικής ανάπτυξης, κυτταρικής διαίρεσης, σπορίωσης και για την επίτευξη μιας κατάστασης ικανότητας κατά τη διάρκεια του μετασχηματισμού.

Κυτοπλασματική μεμβράνη(αλλιώς η κυτταρική ή η πλασματική μεμβράνη) είναι ένας φυσικός, οσμωτικός και μεταβολικός φραγμός μεταξύ του εσωτερικού περιεχομένου ενός βακτηριακού κυττάρου και του εξωτερικού περιβάλλοντος. Το CPM έχει μια σύνθετη δομή τριών στρωμάτων και χαρακτηρίζεται από έντονη επιλεκτική διαπερατότητα. Σε ορισμένα βακτήρια, μεταξύ του CPM και του CS υπάρχει ένας περιπλασματικός χώρος - μια κοιλότητα γεμάτη με ένζυμα (ριβονουκλεάσες, φωσφατάσες, πενικιλινάσες, κ.λπ.), τα ένζυμα χύνονται ελεύθερα στο περιβάλλον. Το βακτηριακό CPM αποτελείται από πρωτεΐνες, λιπίδια, υδατάνθρακες και RNA.

σκίουροιΤο CPM χωρίζεται σε κατασκευαστικόςΚαι λειτουργικός.Οι τελευταίες περιλαμβάνουν ένζυμα που εμπλέκονται σε συνθετικές αντιδράσεις στην επιφάνεια της μεμβράνης, διεργασίες οξειδοαναγωγής, καθώς και ορισμένα ειδικά ένζυμα (για παράδειγμα, διαπερνά).

Το κέντρο βρίσκεται βακτηριακό σύστημα μεταφοράς ηλεκτρονίων,την παροχή ενεργειακών αναγκών.

Μεσώματα -σύνθετες εισβολές του CPM, οι λειτουργίες του οποίου δεν έχουν ακόμη πλήρως εδραιωθεί. Είναι γνωστό ότι σχετίζονται με το νουκλεοειδές και σχετίζονται με την κυτταρική διαίρεση και τη δημιουργία σπορίων.

Η αφαίρεση του CS, που προστατεύει το παρακείμενο CPM, οδηγεί σε λύση βακτηρίων ή στο σχηματισμό πρωτοπλαστών και σφαιροπλαστών, διαφορετικών ως προς την προέλευση (από θετικά κατά Gram ή αρνητικά κατά Gram βακτήρια, αντίστοιχα), καθώς και σε ωσμωτική σταθερότητα. Όντας σε ένα ισοτονικό περιβάλλον, τα βακτήρια που δεν διαθέτουν CS είναι σε θέση να απορροφούν O 2 και να απελευθερώνουν CO 2, καθώς και να πολλαπλασιάζονται.

μεγάλο- έντυπα.Υπό την επίδραση ορισμένων εξωτερικών παραγόντων, τα βακτήρια μπορούν να χάσουν το CS, σχηματίζοντας μορφές L (που ονομάστηκαν από το Ινστιτούτο D. Lister, όπου απομονώθηκαν για πρώτη φορά). Ένας τέτοιος μετασχηματισμός μπορεί να είναι αυθόρμητος (για παράδειγμα, στα χλαμύδια) ή να προκληθεί (για παράδειγμα, υπό την επίδραση αντιβιοτικών). Αποκορύφωμα σταθερό και ασταθέςμεγάλο- έντυπα.Τα πρώτα δεν είναι ικανά για αναστροφή, ενώ τα δεύτερα επανέρχονται στις αρχικές τους μορφές αφού αφαιρέσουν τον αιτιολογικό παράγοντα.

Οι εκπρόσωποι της ομάδας μυκοπλάσματος (κατηγορία Mollicutes) δεν έχουν κυτταρικά τοιχώματα.

Κυτόπλασματα βακτήρια - μια μήτρα για την υλοποίηση ζωτικών αντιδράσεων - διαχωρίζονται από το CS με μια κυτταροπλασματική μεμβράνη. Το κυτταρόπλασμα των περισσότερων βακτηρίων περιέχει DNA, ριβοσώματα και κόκκους αποθήκευσης. τον υπόλοιπο χώρο καταλαμβάνει η κολλοειδής φάση, τα κύρια συστατικά της είναι τα διαλυτά ένζυμα και το RNA (μήτρα και RNA μεταφοράς). Τα βακτήρια στερούνται διάφορα οργανίδια που είναι χαρακτηριστικά των ευκαρυωτικών κυττάρων και οι λειτουργίες τους εκτελούνται από το βακτηριακό CPM.

DNA. Ένα βακτηριακό κύτταρο δεν έχει πυρηνική μεμβράνη. Το DNA συγκεντρώνεται στο κυτταρόπλασμα με τη μορφή ενός πηνίου που ονομάζεται νουκλεοειδές ή γενοφόρο.

GenophoreΤα βακτήρια αντιπροσωπεύονται από ένα διπλό ελικοειδές κυκλικό ομοιοπολικά κλειστό υπερελικωμένο μόριο DNA, που αποτελεί το 2-3% της ξηρής μάζας του κυττάρου (πάνω από 10% κατ' όγκο). Το μήκος του περιγράμματος του μορίου κυμαίνεται από 0,25 έως 3 mm. Η βακτηριακή υπερέλικα DNA δεν περιέχει ιστόνες. Η ποσότητα των γενετικών πληροφοριών που κωδικοποιούνται στο γονοφόρα ποικίλλει μεταξύ των ειδών (για παράδειγμα, το γονιδίωμα Escherichia coli κωδικοποιεί περίπου 4.000 διαφορετικά πολυπεπτίδια).

Πλασμίδια. Στα βακτήρια, ένα επιπλέον μόριο DNA μπορεί να υπάρχει με τη μορφή εξωχρωμοσωμικών στοιχείων ή ενσωματωμένο στο γονιδοφόρο. Τέτοια εγκλείσματα ονομάζονται πλασμίδια (αντίστοιχα επισωματική ή ολοκληρωμένη). Το επισωμικό DNA χαρακτηρίζεται επίσης από σχήμα δακτυλίου, αλλά το επίσωμα είναι μικρότερο σε μέγεθος από το βακτηριακό χρωμόσωμα. Τα πλασμίδια φέρουν έναν αριθμό διαφορετικών γονιδίων και συχνά καθορίζουν τη μολυσματικότητα των βακτηρίων, αλλά οι πληροφορίες που περιέχονται στα πλασμίδια δεν είναι απολύτως απαραίτητες για το βακτηριακό κύτταρο.

ΡιβοσώματαΤα βακτήρια είναι πολύπλοκοι σφαιρικοί σχηματισμοί που αποτελούνται από διάφορα μόρια RNA και πολλές συναφείς πρωτεΐνες. Ολόκληρος ο σχηματισμός λειτουργεί ως τόπος πρωτεϊνοσύνθεσης.

70 μικρόριβοσώματα. Η διάμετρος των βακτηριακών ριβοσωμάτων είναι περίπου 20 nm. Συντελεστής καθίζησης – 70S (μονάδες Svedberg). Τα βακτηριακά ριβοσώματα αποτελούνται από δύο υπομονάδες με συντελεστή καθίζησης 50S για τη μία και 30S για την άλλη. Η ένωση των υπομονάδων γίνεται πριν αρχίσει η πρωτεϊνοσύνθεση. Ανάλογα με την ένταση της ανάπτυξης, ένα βακτηριακό κύτταρο μπορεί να περιέχει από 5.000 έως 50.000 ριβοσώματα.

Τα βακτηριοστατικά αντιβιοτικά (στρεπτομυκίνη, τετρακυκλίνη, χλωραμφενικόλη) αναστέλλουν τη σύνθεση πρωτεϊνών, εμποδίζοντας ορισμένες μεταβολικές διεργασίες που συμβαίνουν στα βακτηριακά ριβοσώματα.

Ανταλλακτικά pelletsπεριέχουν μια προσωρινή περίσσεια μεταβολιτών. Η παρουσία και ο αριθμός των κόκκων ποικίλλει ανάλογα με τον τύπο των βακτηρίων και τη μεταβολική τους δραστηριότητα. Πολυσακχαρίτες (άμυλο, γλυκογόνο, granulosa), λίπη (τριγλυκερίδια, παρόμοια με λίπη ανώτερων ζώων, αποθηκεύονται σε ζυμομύκητες του γένους Candida, κεριά - σε μυκοβακτήρια και νοκαρδία, πολυμερή β-υδροξυβουτυρικού οξέος - για παράδειγμα στα κύτταρα του Bacillus megaterium), μπορεί να αποθηκευτεί με τη μορφή πολυφωσφορικών (για παράδειγμα, βολουτίνη, που ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά στο Spirillum volutans), θείο (σε βακτήρια που οξειδώνουν το σουλφίδιο σε θειικό), πρωτεΐνες - για παράδειγμα, πρωτοξίνη (στο Bacillus thuringiensis και συναφή είδη. ).

Το DNA (δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ) είναι ένα πολυμερές που εκτελεί τις λειτουργίες αποθήκευσης, μετάδοσης και υλοποίησης πληροφοριών σχετικά με τις ζωτικές λειτουργίες των οργανισμών. Χρησιμεύει ως φορέας πληροφοριών σχετικά με τη δομή διαφόρων τύπων RNA και πρωτεϊνών.

Ο πυρήνας ενός προκαρυωτικού κυττάρου περιέχει κυκλικό DNA - ένα κλειστό πολυμερές που δεν έχει τερματικά γονίδια. Αυτά τα μόρια (νουκλεοτίδια) χαρακτηρίζονται από προσκόλληση στα κύτταρα στη μεμβράνη από το εσωτερικό. Κυκλικά πλασμίδια υπάρχουν στα κύτταρα των προκαρυωτών και των κατώτερων ευκαρυωτών. Το γραμμικό DNA περιέχεται στα κύτταρα των ζώων, των φυτών και των μυκήτων (ευκαρυώτες).

Η αρχή της ταχείας ανάπτυξης της μοριακής βιολογίας προκλήθηκε το 1953 από την ανακάλυψη μιας δομής διπλής αλυσίδας. Οι εξέχοντες επιστήμονες που συνέβαλαν καθοριστικά σε αυτή την ανακάλυψη, οι Φράνσις Κρικ, Τζέιμς Γουάτσον και Μορίς Γουίλκινς, τιμήθηκαν με το Νόμπελ το 1962.

Μεταφορείς

Ορισμένοι ιοί περιέχουν κυκλικό γονιδιωματικό DNA. Στους ανθρώπους, το κυκλικό DNA βρίσκεται στα μιτοχόνδρια στο κυτταρόπλασμα. Οι φορείς του δακτυλίου είναι τα κύτταρα των προπυρηνικών οργανισμών - προκαρυωτών: κυτταρικά οργανίδια μιτοχόνδρια και πλαστίδια. τα απλούστερα μονοκύτταρα βακτήρια. Οι προκαρυώτες αντιπροσωπεύονται από πολλά είδη.

Κυκλικό DNA

Οι φωτοτροφικοί εκπρόσωποι - χλωροφύλλες και καροτενοειδή, χρησιμοποιούν το φως ως πηγή ενέργειας. Τα βακτήρια του θείου, αφομοιώνοντας το υδρογόνο, οξειδώνουν το υδρόθειο σε θείο και θειικά άλατα. Τα κυανοβακτήρια διασπούν το νερό και απελευθερώνουν μοριακό οξυγόνο. Τα χημειοαυτοτροφικά βακτήρια χρησιμοποιούν ανόργανες ουσίες για να λάβουν ενέργεια. Τα νιτρώδη λαμβάνονται από την αμμωνία με αφομοίωση του άνθρακα. Είναι ικανά να οξειδώνουν το σίδηρο σε σίδηρο σιδήρου. Τα βακτήρια είναι οργανότροφα που χρησιμοποιούν χημική αντίδρασηη ζύμωση ως πηγή ζωής. Ονομάζονται και αναερόβια.

Υπάρχουν επίσης προκαρυώτες που έχουν προσαρμοστεί να ζουν στο σώμα των ζωντανών όντων. Ανάμεσά τους υπάρχουν είδη που ωφελούν τους ιδιοκτήτες τους. Για παράδειγμα, βακτήρια που βοηθούν την πέψη και την απορρόφηση των θρεπτικών συστατικών. Υπάρχουν είδη που ούτε βλάπτουν ούτε ωφελούν.

Ένας άλλος εκπρόσωπος των κυανιούχων προκαρυωτικών είναι τα γαλαζοπράσινα φύκια. Καθαρίζουν το νερό και βοηθούν στην ανοργανοποίηση των προϊόντων που σαπίζουν.

Αντιγραφή

Η κυκλική δομή του DNA είναι πιο αποτελεσματική για τον διπλασιασμό του, δηλαδή την αντιγραφή του. Η κυκλική αντιγραφή είναι μια αρκετά απλή διαδικασία διπλασιασμού ενός μορίου. Δηλαδή, σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας, η διαίρεση και η ανάπτυξη συμβαίνει κατά μήκος μιας άλλης αλυσίδας. Ως αποτέλεσμα, έχουμε δύο θυγατρικά DNA που είναι πανομοιότυπα αντίγραφα του αρχικού. Η αναπαραγωγή δεν είναι τίποτα άλλο από την ανάπτυξη ενός πολυκύτταρου οργανισμού ή την αναπαραγωγή ενός μονοκύτταρου οργανισμού. Στην περίπτωση μιας δομής δακτυλίου του μορίου, η διαδικασία διπλασιασμού λαμβάνει χώρα με μεγαλύτερη ακρίβεια χωρίς σφάλμα λόγω της απουσίας τερματικών γονιδίων.

Εφαρμογή και προοπτικές

Μια νέα εποχή στην ιατρική είναι η εφεύρεση των εμβολίων. Στις μέρες μας, πολλή επιστημονική έρευνα στοχεύει στην ανάπτυξη εμβολίων. Σκοπός μιας τέτοιας έρευνας είναι η πρόληψη της ανθρώπινης νοσηρότητας.

Η παραγωγή εμβολίων DNA γίνεται χρησιμοποιώντας τεχνικές ανασυνδυασμένου DNA. Το μολυσματικό βακτήριο αποδυναμώνεται από τεχνητές γονιδιακές μεταλλάξεις. Μια παρόμοια αρχή χρησιμοποιείται για την παραγωγή ζωντανών ανασυνδυασμένων εμβολίων. Λαμβάνονται με την εισαγωγή ενός γονιδίου που κωδικοποιεί μια ανοσογόνο πρωτεΐνη του κυττάρου και στη συνέχεια με την εισαγωγή ενός πλασμιδίου σε ένα σταθερό πολυμερές κυκλικού DNA. Επιπλέον, στοιχεία εισάγονται στο πλασμίδιο για αποτελεσματική εισαγωγή γονιδίου σε ευκαρυωτικό κύτταρο και πρωτεϊνική σύνθεση. Το μετασχηματισμένο πλασμίδιο τοποθετείται σε βακτηριακό μέσο για πολλαπλασιασμό. Στη συνέχεια λαμβάνεται πλασμιδικό DNA από τα βακτήρια, καθαρίζοντάς το από ακαθαρσίες. Αυτό είναι ένα ζωντανό εμβόλιο. Προάγει την ανοσία στα παθογόνα. Αυτά τα πλασμίδια δεν διεισδύουν στα ανθρώπινα χρωμοσώματα.

Η ικανότητα των ζωντανών εμβολίων να παράγουν ανοσία έναντι των παθογόνων έχει αποδειχθεί.

Η γενετική μηχανική παρέχει μεγάλες ευκαιρίες μετατροπής ευκαρυωτικών και προκαρυωτικών κυττάρων για παραγωγή πρωτεϊνών. Αυτό καθιστά δυνατή την ανάλυση της δομής και των λειτουργιών των πρωτεϊνών για τη χρήση τους ως φάρμακο.

Γονίδια που παράγουν σημαντικές πρωτεΐνες για ιατρικούς σκοπούς εισάγονται σε απλούς οργανισμούς. Τα επιστημονικά εργαστήρια χρησιμοποιούν εξειδικευμένο εξοπλισμό για τη λήψη φαρμάκων (αντιβιοτικά, ένζυμα, ορμόνες, βιταμίνες και άλλες δραστικές ενώσεις) από μικροοργανισμούς ειδικής αναπαραγωγής.

Ένα παράδειγμα είναι το E. coli. Τα κύτταρά του χρησιμεύουν για την αναπαραγωγή της ανθρώπινης ορμόνης ινσουλίνης. Η ορμόνη που παράγεται με αυτόν τον τρόπο δεν έχει ακαθαρσίες και δεν προκαλεί ανεπιθύμητες ενέργειες σε σύγκριση με τη ζωική ινσουλίνη. Η Escherichia coli είναι ικανή να παράγει σωματοτροπίνη. Προηγουμένως, παραγόταν από πτωματικό υλικό, αλλά μια τέτοια ορμόνη θα μπορούσε να περιλαμβάνει ιούς. Το αντιικό φάρμακο ιντερφερόνη γεννήθηκε στο εργαστήριο χάρη στη γενετική μηχανική.

Η βάση της γονιδιακής θεραπείας είναι η ανακάλυψη της δομής του DNA. Το θεμελιώδες είναι να διορθωθεί το γενετικό υλικό μέσω ελεγχόμενων αλλαγών.

Σήμερα, το στάδιο ανάπτυξης περιλαμβάνει το έργο της παροχής γενετικά ενεργού υλικού σε προβληματικά κύτταρα που περιέχουν ένα ελαττωματικό γονίδιο. Δηλαδή, το κύριο πράγμα είναι να οργανωθεί αποτελεσματικό τρόποπαράδοση και διασφάλιση της μακροπρόθεσμης λειτουργίας του γενετικού υλικού. Ένας τρόπος είναι η χρήση καθαρού DNA που εισάγεται σε ένα πλασμίδιο. Το θέμα της παράδοσης του διορθωτικού υλικού έχει πρακτικά επιλυθεί. Ωστόσο, εργασίες όπως η σταθερότητα, η προσαρμοστικότητα και η ασφάλεια του υλικού έχουν οριστικοποιηθεί.

Η γονιδιακή θεραπεία ανοίγει μεγάλες προοπτικές στη θεραπεία κληρονομικών ασθενειών, διαταραχών του κεντρικού νευρικού συστήματος νευρικό σύστημα, μολυσματικές και ογκολογικές ασθένειες.

Παρά τη σημαντική πρόοδο της επιστήμης στη μελέτη της δομής, πολλά ερωτήματα παραμένουν. Το πιο πιεστικό ερώτημα είναι ο λόγος για την παρουσία κυκλικού DNA στους απλούστερους οργανισμούς και γραμμικού DNA στους ανώτερους οργανισμούς.