Введение в микробиологию. Основные этапы становления микробиологии. Значение работ Р. Коха и Л. Пастера

По фенотипическим последствия  мутации делят на нейтральные, летальные, условно-летальные.

Нейтральные в фенотипе не проявляются.

Летальные: утрата клеткой синтезировать  жизненно важные вещества

Условно-летальные: снижение физиологической  функции.

По фенотипическому проявлению делят на морфологические и биохимические. Способность к риверсии, т.е. к  обратному мутированию к исходному  фенотипу.

58.Генотипическая изменчивость  бактерий: мутации и генетические  рекомбинации:

Генотип. Изменч-ть – изменение  генов в хромосоме, передающееся по наследству. В результате мутаций  или генетических рекомбинаций.

Цитоплазматические и ядерные (хромосомные). Хромосомные перестройки включают делекции (выпадение участков хромосомы), дубликации (удвоение генов и их групп), амплификации.

Транспозиция (вставки участка  хромосомы в новые места), транслокация (обмен), инверсия (изменение расположения генов на хромосоме). Мутации могут  вызывать как утрату функций, так  и преобретение новых свойств. Бактерия имеющая ДНК отличную от ДНК исходной клетки называется мутуальной.

Мутации возникают всегда, даже не причин – спонтанные.  Содержание мутантов можно резко повысить если их подвергнуть мутагенезу, т.е. воздействию  физических, химических или биологических  факторов.

Генетическая рекомбинация – изменения  на основе рекомбинации генетического  материала, при котором происходит объединение генов.

Отличается от полового процесса эукариот тем, что истинного слияния клеток не происходит. Вместо этого часть  генетического материала донорной клетки переходит в клетку реципиента.

При конъюгации между 2-мя бактериями образуется мостик и генетический материал от донора переходит к реципиенту.

Трансформация происходит при передаче ДНК от одной клетки к другой без  контакта.

Экстракты клеток, чистый препарат ДНК.

При трансдукции перенос от 1 клетки к другой при помощи бактериофагов. Небольшой участок встраивается в фаговую частицу хромосомы, то она вводит генетический материал предыдущего хозяина. При генетических рекомбинациях молекула ДНК не разрушается, а лишь модифицируется, поэтому перестройка  генетических стр-р не вызывает летальных  эффектов.

Фенотипическое проявление появляется сразу же после интеграции экзогенной ДНК.

59. Способы передачи наследственной  информации. Нехромосомный тип наследования:

Кроме мутации, ведущих к изменению  генотипа, у бактерий известны три  способа пере дачи генетической информации от донорской клетки с одним генотипом  реципиенту с другим генотипом. Эта  передача осуществляется путем трансформации, трансдукции и конъюгации. В результате генетического обмена между бактерия ми образуются рекомбинанты — то есть бактерии, обладающие свойством обоих родителей.

Трансформация (перестройка) — изменение генома бактерии-реципиента в результате поглощенной из среды свободного фрагмента ДНК клетки донора.

В процессе трансформации различают  пять стадий: 1— адсорбция трансформирующей ДНК на поверхность микробной  клетки; 2 — проникновение ДНК  в клетку - реципиент; 3 — спаривание внедрившейся ДНК с хромосомными структурами клетки; 4 — включение участка ДНК клетки-донора в хромосомные структуры реципиента; 5— дальнейшее изменение нуклеотида в ходе последую щих делений.

Трансдукция. Трансдукцией называют передачу ДНК от клетки-донора клетке-реципиенту при участии бактериофагов. Трансдуцирующими свойствами обладают в основном умеренные фаги.

Абортивная трансдукция — перенос фагом участка ДНК клетки-донора в клетку-реципиент, которая не включается в ее геном, а следовательно, проявление нового признака не наблюдается.

Конъюгация (спаривание) — это передача генетического материала донорской  клеткой клетке-реципиенту при непосредственном контакте. Способность бактериальной  клетки конъюгировать связана с  наличием в ней полового фактора F (от fertility—плодовитость)—внехромосомной  автономной детерминанты. 
Таким образом, все три процесса генетической рекомбинации у бактерий — трансформация, трансдукция и конъюгация— различны по форме, но одинаковы по существу; в результате каждого процесса происходит перенос фрагмента ДНК от одной клетки к другой.

Нехромосомное (цитоплазматическое) наследование. Для того чтобы та или иная структура могла выполнять функции материального носителя наследственности и обеспечивать количественные закономерности наследования, она должна обладать тремя основными свойствами: 
выполнять жизненно важные функции в метаболизме клетки; 
обладать способностью к самовоспроизведению; 
точно распределяться по дочерним клеткам при делении. 
Этим трем условиям полностью удовлетворяют структуры ядра — хромосомы. 
Кроме того, есть еще два существенных различия между ядром и цитоплазмой: 
1) ядро содержит ограниченное и характерное для каждого вида число хромосом; в цитоплазме обычно много однозначных органоидов, число их, как правило, непостоянно; 
2) ядро в большинстве случаев не способно исправить и заместить возникшие дефекты хромосом, они воспроизводятся при делении клетки; поврежденные и неспособные к размножению органоиды цитоплазмы могут быть замещены путем размножения одноименных неповрежденных структур. 
Приведенные различия в свойствах хромосом и органоидов цитоплазмы должны обусловливать и различия в закономерностях наследования, определяемых этими элементами клетки. Наследование, определяемое хромосомами, получило название ядерного, или хромосомного. В тех же случаях, когда материальной основой наследования являются элементы цитоплазмы, оно называется нехромосомным или цитоплазматическим. 
61. Генетическая инженерия

Генетическая инжене́рия (генная инженерия) — совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы.

Генная инженерия служит для  получения желаемых качеств изменяемого  или генетически модифицированного организма. Генная инженерия позволяет непосредственно вмешиваться в генетический аппарат, применяя технику молекулярного клонирования. В основе Г. и. лежат достижения молекулярной биологии и прежде всего установление универсальности генетического кода.

Всего выделяют 4 группы метода генной инженерии:

- методы получения рекомбинантных  ДНК и РНК;

- методы выделения генов из  организмов;

- методы создания искусственных  генетических программ

- методы введения трансгенов  в микроорганизмы;

Можно выделить следующие основные характеристики генетически модифицированного  организма:

- это любой биологический организм  способный к воспроизводству  или передаче генетического материала;

- содержит искусственную генетическую  программу;

- получен, с применением методов  генной инженерии;

Под «генетически модифицированными  продуктами (организмами)», понимаются продукты питания, содержащие результаты генно-инженерной деятельности.

62 Достижение и сферы  применения генной инженерии

За последние 10—15 лет были созданы  принципиально новые методы манипулирования  с нуклеиновыми кислотами in vitro, на основе которых зародился и бурно развивается новый раздел молекулярной биологии и генетики — генная инженерия. Принципиальное отличие генной инженерии от использовавшихся ранее традиционных приемов изменения состоит в том, что она дает возможность конструировать функционально активные генетические структуры in vitro в форме рекомбинантных ДНК. Генная инженерия стирает межвидовые барьеры, обеспечивая возможность создания организмов с новыми, в том числе и не встречающимися в природе, комбинациями наследственных свойств. Генная инженерия представляет собой совокупность методов, позволяющих не только получать реконбинантные ДНК из фрагментов геномов разных организмов, но и вводить такие рекомбинантные молекулы в клетку, создавая условия для экспрессии в ней введенных, часто совершенно  чужеродных генов.

Генная инженерия служит для  получения желаемых качеств изменяемого  или генетически модифицированного организма. Примерами применения генной инженерии являются получение новых генетически модифицированных сортов зерновых культур, производство человеческого инсулина путём использования генномодифицированных бактерий, или новых пород экспериментальных мышей для научных исследований.

63 Морфология клеток  микроскопических грибов. Рост и  размножение на примере отдельных  видов

Важным этапом диагностики грибковых  инфекций является приготовление окрашенных препаратов. Любой патологический материал (мазковые препараты, отпечатки органов, гистологические срезы) должны пройти три основных вида обработки: 1) окраска PAS-методом для выявления истинных грибов – эумицетов; 2) окраска по методу Грама– для выявления сопутствующей  бактериальной микробиоты, для выявления  актиномицетов; 3) окраска по методу Циль-Нильсона – для выявления  кислотоупорных микроорганизмов, прежде всего, для индикации и дифференцировки  с микобактериями туберкулеза, для  обнаружения возбудителей проказы, нокардий и спорообразующих дрожжей.

Эукарио́ты, или Я́дерные — домен (надцарство) живых организмов, клетки которых содержат ядра. Все организмы, кроме бактерий и архей, являются ядерными (вирусы и вироиды также не являются эукариотами, но не все биологи считают их живыми организмами).

Животные, растения, грибы, а также группы организмов под общим названием протисты — все являются эукариотическими организмами. Они могут быть одноклеточными и многоклеточными, но все имеют общий план строения клеток. Все эти организмы имеют общее происхождение. Согласно наиболее распространённым гипотезам, эукариоты появились 1,5–2 млрд. лет назад. Важную роль в эволюции эукариот сыграл симбиогенез — симбиоз между эукариотической клеткой, уже имевшей ядро и способной к фагоцитозу, и поглощенными этой клеткой бактериями — предшественниками митохондрий и пластидов.

64 Физиологические особенности  микроскопических грибов. Клеточные  органеллы, их строение и функции

Как бы ни различались современные  методы культивирования водорослей, все они основаны на снабжении  клеток достаточным количеством  света, углекислоты и других питательных  веществ.

Размножение — это свойство организмов производить потомство или способность  организмов к самовоспроизведению. Являясь важнейшим свойством  живого, размножение обеспечивает непрерывность  жизни, продолжение видов

Процесс размножения исключительно  сложен и связан не только с передачей  генетической информации от родителей  к потомству, но и с анатомическими и физиологическими свойствами организмов, с их поведением, гормональным контролем. Размножение организмов сопровождается процессами их роста и развития.

Для живых существ характерно чрезвычайное разнообразие в способах размножения. Тем не менее, различают два основных способа размножения — бесполое и половое. Бесполое размножение, представляет собой процесс, в котором участвует  лишь один родитель (клетка или многоклеточный организм). В половом размножении  участвует два родителя, каждый из которых имеет собственную репродуктивную систему и продуцирует половые  клетки (гаметы), которые после слияния  образуют зиготу (оплодотворенное яйцо), дифференцирующуюся затем в эмбрион. Следовательно, при половом размножении  имеет место смешение наследственных факторов, т. е. процесс, называемый амфимиксисом.

Наиболее простая форма бесполого  размножения характерна для вирусов. Их репродуктивный процесс связан с  молекулами нуклеиновых кислот, со способностью этих молекул к самоудвоению и основан на специфичности относительно слабых водородных связей между нуклеотидами.

Применительно к другим организмам, размножающимся бесполым путем, различают  вегетативное размножение и размножение  спорообразованием.

65 Вирусы

Ви́рус — субклеточный инфекционный агент, который может воспроизводиться только внутри живых клеток организма. По природе вирусы являются автономными генетическими элементами, имеющими внеклеточную стадию в цикле развития. Вирусы представляют собой микроскопические частицы, состоящие из молекул нуклеиновых кислот — ДНК или РНК, заключённые в белковую оболочку, способные инфицировать живые организмы. Белковую оболочку, в которую упакован геном, называют «капсид». Наличие капсида отличает вирусы от вирусоподобных инфекционных нуклеиновых кислот — вироидов. Вирусы, за редким исключением, содержат только один тип геномной нуклеиновой кислоты. Классифицируют ДНК-содержащие вирусы и РНК-содержащие вирусы.

Вирусы являются облигатными паразитами, так как не способны размножаться вне клетки. Вне клетки вирусные частицы не проявляют признаки живого и ведут себя как частицы органических полимеров. От живых организмов-внутриклеточных паразитов отличаются полным отсутствием основного и энергетического обмена, и отсутствием сложнейшего элемента живых систем — аппарата трансляции (синтеза белка), степень сложности которого превышает таковую самих вирусов.

В настоящее время известны вирусы, размножающиеся в клетках растений, животных, грибов и бактерий (последние- бактериофаги или фаги). Обнаружены также вирусы, поражающие другие вирусы (вирусы-сателлиты).

ДНК-содержащие бактериофаги и некоторые  ДНК-содержащие вирусы эукариот, возможно, происходят от мобильных элементов и плазмид — более простых автономных генетических элементов, участков ДНК, способных к самостоятельной репликации в клетке.

Происхождение некоторых РНК-содержащих вирусов связывают с вироидами. Вироиды представляют собой высокоструктурированные кольцевые фрагменты РНК, реплицируемые клеточной РНК-полимеразой. Белков вироиды не кодируют. Считается, что приобретение вироидами кодирующих участков и привело к появлению первых РНК-содержащих вирусов.

Честь открытия вирусов принадлежит  нашему соотечественнику Д. И. Ивановскому, который впервые доказал существование нового типа возбудителя болезней на примере мозаичной болезни табака.