Генетические рекомбинации бактерий

Генетические рекомбинации бактерий
Рекомбинация бактерий - это заключительный этап обмена генетическим материалом между привнесенной ДНК и хромосомой клетки-реципиента.Различают следующие виды рекомбинации бактерий:а) общую рекомбинацию;б) сайт-специфическую рекомбинацию;в) рекомбинацию, контролируемую транспонируемыми элементами.Общая рекомбинация происходит между гомологичными ДНК. Сайт-специфическая рекомбинация происходит за счет наличия специфических участков у рекомбинируемых молекул ДНК. В рекомбинациях, осуществляемых транспонируемыми элементами, участвуют особые нуклеотидные последовательности. Общая и сайт-специфическая рекомбинация контролируется геном recA. Его повреждение полностью исключает возможность образования рекомбинантов. Продукт этого гена - белок recA выполняет ряд функций: 1) прочно связывается с одиночными нитями ДНК; 2) способствует высвобождению разорванной нити из двойной спирали ДНК; 3) одновременно может присоединяться и к двойной спирали ДНК, и к одиночной нити и удерживать их вместе; 4) обладает свойством ДНК-зависимой АТФазы.За счет этих взаимодействий осуществляется превращение трехнитевого комплекса с неспаренными основаниями в трехнитевый комплекс со спаренными основаниями, прямое комплементарное согласование между одиночной нитью ДНК и двойной спиралью, использование энергии гидролиза АТФ RecA-белком для продвижения одиночной нити вдоль двойной спирали ДНК с целью нахождения того ее участка, который имеет гомологичную последовательность нуклеотидов, необходимую для замыкания водородных связей, т. е. для спаривания.Механизм гомологической рекомбинации бактерий:1. Инициация путем однонитевого разрыва в одной из двух гомологичных молекул ДНК, вызываемого эндонуклеазой, которая кодируется генами recB и recC.2. Образование 3'– или 5'-конца однонитевой ДНК (онДНК), атака им двойной спирали другой молекулы ДНК и образование временной трехнитевой структуры.3. Спаривание атакующей молекулы онДНК с комплементарной нитью другой молекулы ДНК и выталкивание ее освобождающейся нити.4. Удаление некоторого количества нуклеотидов, репарация образующейся бреши, лигирование ДНК, образование полухиазмы.5. “Разрешение” (разделение сложной разветвленной структуры на гомологи) полухиазмы может привести к:а) обмену фрагментами онДНК между спаривающимися молекулами ДНК;б) к полному кроссинговеру на уровне двунитевых ДНК.Механизм рекомбинации бактерий при инициировании асимметричного характера:1. Однонитевый разрыв в одной из двух гомологичных молекул ДНК.2. Выталкивание высвобождающейся при спаривании нити ДНК и спаривание последней с комплементарной нитью другой молекулы ДНК.3. Образование полухиазмы.Маслянокислое брожение. Характерные особенности и свойства возбудителей (рисунок). Химизм процесса. ЗначениеМаслянокислое  брожение   — биохимический процесс, характеризующийся анаэробным окислением сахара под действием   маслянокислых   бактерий с образованием   масляной   кислоты, углекислого газа и водорода.Типичный представитель маслянокислых бактерий — Clostridium butyricum. Это крупная палочка (1—2х10 мкм). Молодые клетки подвижны, на более поздних стадиях развития они теряют жгутики, приобретают веретенообразную форму и накапливают запасное питательное вещество — полисахаридгранулезу. При образовании спор клетки приобретают веретеновидную форму, иногда форму барабанной палочки.2216634-151189 Источником углерода для маслянокислых бактерий могут служить моно- и дисахариды, некоторые полисахариды (декстрин, крахмал), лактат и пируват, маннит, глицерин и др. В сложных белковых средах при отсутствии сбраживаемого углевода маслянокислые бактерии растут плохо или не растут вовсе. Источником азота для них служат разнообразные вещества: аминокислоты, аммиачные соединения и даже молекулярный азот.Среди маслянокислых бактерий есть мезофильные и термофильные формы, патогенные и сапротрофные виды. К сапротрофным бактериям относят С. pasteurianum, С. butyricum, С. felsineum; к патогенным — С.botulinum, С. perfringens. Все они широко распространены в почвах и других естественных субстратах.Маслянокислые бактерии нередко причиняют вред, вызывая порчу продуктов – прогоркание масла, сметаны, квашеных овощей, силоса, а также при недостаточной стерилизации – порчу консервированных грибных и мясных продуктов.Маслянокислое брожение начинается с трансформации сахаров в пируват по пути Эмбдена—Мейергофа—Парнаса. Пируват превращается в ацетил-СоА, СО2 и Н2 при участии ферментной системы: пируват+ферредоксиноксидоредуктаза. Из ацетил-КоА через ацетилфосфат синтезируется ацетат. Синтез бутирата начинается с конденсации двух молекул ацетил-КоА, возникших в результате декарбоксилирования пирувата, что приводит к образованию ацетоацетил-КоА. Последний восстанавливается в В-оксибутирил-КоА. С отщеплением от молекулы В-оксибутирил-КоА молекулы воды возникает кротонил-КоА, ферментативно восстанавливающийся в бутирил-КоА. После гидролиза бутирил-КоА и переноса КоА на ацетат образуется бутират. Превращение ацетил-КоА в ацетилфосфат, а затем в ацетат сопровождается синтезом АТФ. Суммарное уравнение маслянокислого брожения: 20569982676024СН О = 3СН СН СНСООН + 2СН3СООН + 8СО + 8НПрактическое значение маслянокислого брожения состоит в том, что его применяют для получения масляной кислоты, которая используется в парфюмерной промышленности.Влияние температуры и влажности на жизнедеятельность микроорганизмов почвыПо отношению к температуре микроорганизмы принято делить на следующие группы: а) психрофилы, размножающиеся при относительно низких положительных температурах; б) мезофилы, которые растут при обычных температурах окружающей среды; в) термофилы, нуждающиеся в высоких температурах.Теплолюбивые микроорганизмы при оптимальной для них температуре более активны, чем психрофильные. Они обладают исключительно высокой биохимической активностью. Однако термофильных микроорганизмов даже в южных почвах мало, и существенной роли в почвенных процессах они не играют. Это объясняется тем, что при сильном нагревании почва быстро пересыхает, создавая неблагоприятную обстановку для размножения термофилов.Основная масса почвенных микроорганизмов принадлежит к мезофилам. Однако максимальные и минимальные значения температуры, которые они смогут выдержать меняются в зависимости от типа климата. Например, южные почвы значительно богаче теплолюбивыми грибами рода Aspergillus, в то время как в северных преобладают виды рода Penicillium, способные развиваться при более низких температурах.А вот для спорообразующих видов, таких как Bacillus megaterium, B. Subtilis, B. Mesentericus, завершающих процесс минерализации органических остатков, температурная адаптация не характерна.Огромное влияние на жизнедеятельность микроорганизмов оказывает и влажность почвы. Бактерии усваивают питательные вещества в основном из почвенного раствора. При этом оптимальная влагоемкость почвы равна 60%. При таком увлажнении в почве достаточно воды и воздуха, находящихся между почвенными агрегатами. В таких условиях процессы аммонификации и нитрификации микроорганизмов проходят лучше всего. В период дефицита влаги (преимущественно это характерно для почв южных областей России) нередко подавляется деятельность бактерий, но активизируются актиномицеты и грибы. При значительном иссушении активная деятельность микроорганизмов в почве вообще прекращается. В сухих степях наиболее энергичные микробиологические процессы вообще протекают не летом, а весной и осенью, т.е. при более низкой температуре, но достаточной влажности.Таким образом, температурно-водный режим оказывает большое влияние на формирование микробных сообществ почвы и смену систематических групп микроорганизмов.Явление антагонизма. Антибиотики и их применение в растениеводствеАнтагонизм - это явление, при котором один вид микробов угнетает развитие других видов, а иногда и полностью уничтожает их. Вытеснение видов может происходить разными путями:а) обильным и очень быстрым размножением;б) выработкой неспецифических и специфических веществ, которые подавляют рост других микробов (органические кислоты, спирты, перекиси, сероводород, аммиак).Хорошо выражены антагонистические свойства у представителей нормальной микрофлоры, например, кишечной палочки, споровых палочек и почвенных микробов.Антибиотиками называются специфические вещества, образуемые микроорганизмами, которые подавляют рост болезнетворных микробов в организме человека и животных. Антибиотики действуют избирательно, подавляя только определенные виды микробов, то есть имеют свой антимикробный спектр действия. Механизм действия антибиотиков заключается в подавлении определенных процессов в обмене веществ микробной клетки: процессов питания, дыхания, размножения. В структурном отношении вещества, угнетающие рост бактерий, находятся очень близко к веществам, стимулирующим их рост. Вследствие этой близости парализаторы роста захватываются клеткой, но не усваиваются ею, а, наоборот, выводят из строя ферменты, необходимые для жизнедеятельности клетки. Так антибиотик вызывает первое повреждение возбудителя заболевания. Действие это главным образом бактериостатическое. Окончательная же гибель микроба происходит под действием естественных защитных сил в самом организме человека. В больших дозах антибиотики оказывают и бактерицидное действие.В растениеводстве антибиотики используются в качестве гербицидов, инсектицидов, стимуляторов роста растений. Основные требования, предъявляемые к антибиотикам, используемым в борьбе с фитопатогенными организмами:1. Антибиотик должен быть активным против возбудителя заболевания, т. е. обладать специфичностью биологического действия;2. Вещество должно легко проникать в ткани растений;3. Лечебные дозы антибиотика должны быть безвредными для растения;4. Антибиотик не должен быстро инактивироваться на поверхности и внутри растения, но должен легко разлагаться, попадая в почву;5. Антибиотик должен обладать биологическим действием внутри тканей растения;6. Вещество не должно наносить ущерба окружающей среде;7. Эти антибиотики не должны использоваться в медицинской практике. Методы использования антибиотиков выбираются в зависимости от вида заболевания, стадии развития растения, его размеров, места произрастания и способа посадки. Наиболее широкое применение имеют непосредственная обработка почвы, обрызгивание или опыливание антибиотпком наземных частей растений, смачивание семян, корней или других органов растворами антибиотиков. Все приемы использования антибиотиков основаны на том, что препарат, нанесенный на поверхность листьев, ствола (стебля), семян или же внесенный в почву, задерживает рост или убивает фитопатогенные организмы, находящиеся как на поверхности, так и внутри органов н тканей растения. Антибиотики, нанесенные на наземные части растений илн внесенные в почву, проникают в растение через корневую систему, стебель или листья и довольно быстро распространяются по растению. Попадая в ткань растений, они действуют не только как бактерициды, но могут также изменить метаболизм и иммуннобиологические свойства растений.Из большого числа различных антибиотиков, испытанных с целью применения для борьбы с различными заболеваниями растений, вызываемыми бактериями и грибами, наилучший эффект наблюдался при использовании:Бластицидин-S — антибиотик, образуемый Streptomyces griseochromogenes. Он подавляет рост многих микроорганизмов в концентрации 50–100 мкг/мл, эффективен в борьбе с пирикуляриозом. Валидамицин-А образуется S. hydroscopus subsp. Limoneus и применяется для борьбы с заболеваниями риса, вызываемыми грибом Rizoctonia solani.Гризеофульвин используется в борьбе против заболеваний растений, вызываемых грибами, прежде всего, Botrytis. Антибиотик активен в отношении возбудителей ржавчины, мучнистой росы.Полимицин — антибиотик принадлежащий к группе стрептотрицинов, выделен из культуры P. polymycini. Применяется при обработке семян перед посевом.Полиоксины — группа соединений, включающая девять антибиотиков, образуемых культурой S. cacaoi  и относящихся к пептидилпиримидиннуклеозидным соединениям. Они обладают противогрибной активностью.Стрептомицин применяется для борьбы с заболеваниями, вызывающими бактериальное увядание фасоли и сои, болезнями яблонь, груш, ореха, томата, хлопка, риса, лимонов и др. В ряде стран для этих целей выпускают препараты стрептомицина в сочетании  с другими антибиотиками, в частности с окситетрациклином (агримицин, фитомицин, фитостреп).Тетранактин А — антибиотик, образуемый S. Aureus и накапливающийся в мицелии продуцента, принадлежит к классу макротетралидных соединений, обладает специфической активностью против паразитарных паучков и клещей плодовых деревьев.Фитобактериомицин образуется культурой S. lavendulae. Антибиотик относится к группе стрептотрицинов, подавляет развитие грамположительных и грамотрицательных бактерий и ряда фитопатогенных микроскопических грибов.Преимущество антибиотиков как продуктов жизнедеятельности организмов по сравнению с биологически активными препаратами, полученными в результате химического синтеза, состоит в том, что первые не загрязняют окружающей среды.
Список литературы
Германов Н.И. 'Микробиология' - Москва: Просвещение, 1969 - с.227.Егоров И.С. Основы учения об антибиотиках: Учебник. 6-е изд., перераб. и доп. / Н.С. Егоров. - М.: Изд-во МГУ; Наука, 2004 - 528 с. - (Классический университетский учебник).Емцев, В.Т. Микробиология: учебник для вузов / В. Т. Емцев, Е. Н. Ми-шустин. — 5-е изд., перераб. и доп. — М. : Дрофа, 2005. — 445, [3] с.: ил.Звягинцев Д.Г., Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. М.: МГУ, 2005. 445 c.Коротяев А. И., Бабичев С. А.Медицинская микробиология, иммунология и вирусология : учебник для мед. вузов / А. И. Коротяев, С. А. Бабичев. — СПб. : СпецЛит, 2010 — 5 е изд., испр. и доп. — 760 с. : ил.Типы брожения. Качественные реакции спиртового, молочнокислого, маслянокислого брожения : методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплинам «Микробиология», «Фармакология, биохимия, микробиология» и «Биотехнология» для студентов ИПР, ИФВТ дневной формы обучения / сост. А.П. Асташкина ; Томский Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2015 – 18 с.