Genetika bakterija

Bakterijski genomBakterije nemaju

jedarnu membranuU većini slučajeva

imaju samo jedan hromozom (neke imaju dva ili tri hromozoma)

Pored hromozomske DNK mogu postojati i ekstrahromozomski segmenti DNK

Bakterijski genomHromozomPlazmidiTranspozibilni

genetski elementi :Transpozoni

udruženi sa bakteriofagom

Insercione sekvence 150-2000bp

Transpozoni

Bakterijskii hromozomprstenasta forma, kontinuiran molekul

dvolančane DNK, molekulske mase preko 109 D, bez slobodnih krajeva, 1-10 x 106 bp

spiralno uvijena („coiled“) - zbog ugla pod kojim ostvariju stabilne kovalnetne veze između nukleotida unutar lanaca

dodatno izuvijan („supercoiled“) oko uzdužne ose tako da formira omče, tj. domene.

u bazama domena uočeno je prisustvo RNK i proteina

ReplikacijaInicijacijaInicijacija - počinje okupljanjem "inicijator" proteina u

regionu origin - oriCEElongacilongacija ja - enzimi koji su okupljeni na oriC

nastavljaju duž svake ruke ("replihore") hromozoma, u suprotnim smeru od oriC, replikuju DNK da bi stvorili dve identične kopije

Na čelu replizoma je DNK helikaza koja odmotava dva lanca DNK, stvarajući pokretnu "replikacionu viljušku“

TerminacijaTerminacija - dve replikacione viljuške sastaju se u određenoj zoni hromozoma, približno suprotno od oriC - terminalni region

Elongacioni enzimi se onda odvajuaju, a dva hromozoma "ćerke" se razdvajaju pre nego što je deobe ćelije završena

TranskripcijaInicijacijaInicijacija - RNK polimeraza vezuje jedan od

nekoliko specifičnih faktora σ da bi formirala holoenzim

DNK je odvijena i postaje jednostruka (otvorena) u blizini inicijacionog mesta

ElongacijaElongacija - Promotori mogu da se razlikuju u “jačini”, u zavisnosti koliko aktivno unapređuju transkripciju svojih susednih DNK sekvenci

TerminacijaTerminacija - Intinzik terminacija (Ro-nezavisna transkripciona terminacija) uključuje terminatornu sekvencu na RNK koja daje signal RNK polimerazi da stane

- Ro-zavisna terminacija koristi terminacioni faktor koji se zove ρ faktor - protein koji zaustavlja sintezu RNK na specifičnim mestima

PlazmidiEkstrahromozomski DNK, koji može da se

replikuje nezavisno od njeod 1 do preko 1000 kbpod jednog do više hiljadaKonjugativni plazmidi - sadrže tra gene, koji

obavljaju složen proces konjugacije, prenos plazmida na drugu bakteriju

Nekonjugativni plazmidi - nesposobni za pokretanja konjugacije, pa se mogu prenositi samo uz pomoć konjugativnih plazmida

PlazmidiFertilni (F) plazmidi, koji sadrže tra gene. Oni su

sposobni za konjugaciju i rezultuju ekspresiju seksualnih pila.

Rezistentni (R) plazmidi, koji sadrže gene koji pružaju rezistenciju na antibiotike ili toksine.

Col plazmidi, koji sadrže gene koji kodiraju za bakteriocine, proteine koji mogu da ubijaju druge bakterije.

Degradativni plazmidi, koji omogućavaju varenje neobičajnih supstanci, npr. toluena i salicilne kiseline.

Plazmidi virulencije, koji se pretvara u bakteriju u patogena.

Značaj plazmida1. Kodiraju otpornost na neke antibiotike. Gram-negativne

bakterije nose plazmide koji daju rezistenciju na - neomicin, kanamicin, streptomicin, hloramfenikol, tetraciklin, sulfonamidi i penicilina

2. Kodiraju proizvodnju bakteriocina3. Kodiraj proizvodnju toksina (kao što su enterotoksini

Escherichia coli, Vibrio cholerae, eksfoliativni toksin Staphilococcus aureus i neurotoksin Clostridium tetani)

4. Kodovi za rezistenciju na teške metale - Hg, Ag, Cd, Pb ...

5. Plazmidi nose virulenciju determinisanu genima. Plazmid Col V E. coli sadrži gene za sekvestraciju jedinjenja gvožđa.

6. Kodiraju rezistenciju na UV zračenje (enzimi popravke DNK).

7. Kodiranje kolonizacionih faktora koji je neophodan za njihovu povezanost -Yersinia enterocolitica, Shigella flexneri, enteroinvazivne Escherichie coli

8. Sadrži gene koji kodiraju enzime koji omogućavaju bakterijama neuobičajeni materijaa za ugljenik ili izvor energije. Neki sojevi se koriste za čišćenje naftnih mrlja

Transpozibini genetski elementisegmenti DNK koji imaju sposobnost da se

pomeraju od jedne lokacije na druguNasumično kretanjeNisu u stanju da se samostalno replikujuTranspozicija posredovana rekombinacijom

specifičnom za mestoPrenošenje može biti praćeno duplikacijom

Vrste transpozibilnih genetskih elementaInsercione sekvence Insercione sekvence - ne nose druge gene, osim

onih koji su potrebni za transpoziciju - mogu da kontrolišu ekspresiju gena, ali nikakvi drugi neesencijlani geni nisu prisutniMutacije - rezultirati inaktivacijom gena.Mesta na koje se plazmidi umetaju u bakterijski

hromozom su na ili blizu insercione sekvence u hromozomu

Faza Varijacija: Kod Salmonele postoje dva gena, koja kodiraju dva antigenski različita flagelarna antigena. Ekspresija tih gena je regulisana od strane insercionih sekvenci.

TranspozoniTranspozoni - nose jedan ili više drugih gen kao dodatak onima, koji su neophodni za transpoziciju - geni rezistencije na antibiotike

Mehanizmi prenosa genetskog materijala između bakterijaTransformacijaTransformacija - prihvatanje slobodnih

segmenata DNK iz spoljašnje sredine, transport kroz CM i rekombinacija sa genomom recipijentne ćelije

TransdukcijaTransdukcija - prenos DNK iz donorske u recipijentnu ćeliju posredstvom bakteriofaga

KonjugacijaKonjugacija - prenos DNK iz donorske u recipijentnu ćeliju putem direktnog kontakta dve bakterijske ćelije (citoplazmatski most)

Transformacijapodrazumeva unos od strane primaoca slobodne ili

gole DNK otpuštene od strane donoraKoraci koji su uključeni u transformaciji su:1. Bakterija donor umire i degradira se.2. Fragment DNK (obično oko 20 gena dugačak) iz

mrtvih donator bakterija vezuje se za DNK vezujući protein na ćelijskog zida kompetentne, žive recipijentene bakterije.

3. Nukleaze enzimi zatim isecaju vezanu DNK u fragmente.

4. Jedan lanac je uništen a drugi prodire u bakteriju primaoca.

3. RecA protein promoviše genetsku razmenu (rekombinaciju) između fragment DNK donatora i recipijentne DNK.

Griffith-ov eksperiment

Konjugacija prenos DNK iz žive bakterije donora u

recepijentnu bakteriju

F + konjugacijaF + konjugacija - transfera F + plazmida (kodiranje samo za seks pilus), ali ne hromozomske DNK iz muške donor bakterije na žensku bakteriju primaoca

Konjugacija rezistentinih plazmidaKonjugacija rezistentinih plazmida - - R faktor ima dve komponente, jednu koja kodira samotransfer (kao F faktor) zvanom RTF (rezistencija transfer faktor) i drugu R determinantu koja sadrži gene koji kodiraju antibiotsku rezistenciju.

HFRHFR konjugacijekonjugacije - - Ako je F plazmid integrisan u hromozom zove se HFR ćelija. Nakon integracije, oba hromozom i plazmid mogu se konjugacijom tranferovati na ćeliju primaoca. HFR ćelije su tako zovu jer su u stanju da prenesu hromozomske gene na recipijentnu ćeliju velikom frekvencijom.

TransdukcijaBakteriofagi su virusi koji žive kao parazit bakterija i

koriste njihovu mašineriju za njihovu sopstvenu replikaciju.

Tokom procesa replikacije unutar domaćina bakterije, bakterijski hromozom ili plazmid se greškom “pakuje” u bakteriofagni kapsid. Tako da novi potomci fagova mogu da sadrže fragmente hromozoma domaćina pored njihove sopstvene DNK ili čak ceo hromozom domaćina.

Kada takva fag inficira drugu bakteriju, bakterijski hromozoma iz faga takođe se transferuje u novu bakteriju.

Životni ciklus bakteriofaga može bilo litički ili lizogeni. U litičkom ciklusu parazitirana bakterijska ćelija biva ubijena otpuštanjem zrelih fagova, dok se u lizogenom DNK faga inkorporira u bakterijski hromozom kao profag.