Curs 06 Genetica Bacteriana

8/9/2019 Curs 06 Genetica Bacteriana

1/33

GENETICA BACTERIANA


2/33

OBIECTIVE Genetica bacterian, ereditatea bacterian, genotipi fenotip.

Cromozomul bacterian, elementele geneticeextracromozomiale. Plasmidele: tipurii roluri.

Variabilitatea genetic bacterian, mecanisme.

Mutaiile la bacterii, definiie, tipuri.

Transferul de material genetic i recombinarea. Elementetranspozabile.

Bacteriofagul, relaii fag-bacterie. Ciclul litici lizogen.

Aplicaii. Elemente practice aplicative privind utilizareatehnicilor de biologie molecularn diagnosticul microbiologicmodern.


3/33

Ereditatea caracteristica biologica general aorganismelor vii de a transmite caracterele specificespeciei la urmai

Suportul ereditatii ADN

Variabilitatea - apariia unor caractere diferite de cele ale

genitorilorFr modificri genetice toi descendenii bacteriei vor fi identici

ntre eii cu bacteria mam

In microbiologie: - tulpini mai virulente

- tulpini atenuate

- rezistenta la antimicrobiene (antibiotice, biocide)

- caractere fenotipice diferite

- adaptare mai buna la mediu


4/33

GENOMUL BACTERIANSuma genelor unui organism

GENOTIP totalitatea informaiei genetice a unui organism

FENOTIP suma caracterelor observabile, specifice unuiorganism, produse de genotip n interaciune cu mediulambiant


5/33

ORGANIZAREA GENOMULUI BACTERIAN

genele eseniale localizate n structura cromozomuluibacterian

genele accesorii extracromozomiale prezente nstructura

plasmidelor elementelor genetice transpozabile

secvene de inserie IS transpozoni Tn bacteriofagi


6/33

2000 m lungime 16 x 106 perechi de nucleotide

6000 gene Controleaza structurarea, cresterea simultiplicarea celulei

CROMOZOM


7/33

ADN extracromozomal, dublu catenar

Exista in 1 sau mai multe copii

Se replica autonom

Circulare (exceptieBorrelia burgdorferi)

Fixate la situsuri membranare de replicare

2 Mbp (mega base pairs)

Dispensabile in economia celulei

Asigura supravietuirea celulei in conditii modificate de mediu Codifica caractere de TULPINA

Plasmide integrate liniar in cromozomul bacterian se mai

numesc EPISOMI (ca si profagii (fagi temperati)

veziLIZOGENIE

PLASMIDE


8/33

Denumirea plasmidelorINITIAL R-factor codifica factori de rezistenta la antibiotice / Shigella si

E coli rezistente la antibiotice ColE1 codifica colicina E1 omoara celulele de E coli care nu au

acest plasmid Tol - degradarea toluenului

STANDARDIZARE pXYZnnn p / - precede litere MAJUSCULE XYZ - litere MAJUSCULE care descriu plasmidul sau initialele

persoanei/elor care l-au izolat sau construit nnn facultativ - numar alocat pentru a indica plasmidul original si

modificarea acestuia ulterioara

Exemplu pBR322 pBR325


9/33

Contin:- Determinanti genetici pentru autoreplicare

- Determinanti pt structuri si molecule exprimate in fenotipul bacterian- virulenta (hemolizine, enterotoxine, factori de colonizare)- enzime in cai metabolice particulare degradare hidrocarburi- agenti antibacterieni (bacteriocine ex. colicine - factor Col,

antibiotice) - se transfera prin conjugare, bacteriofagi, transformare- rezistenta la UV, antibiotice factor R (gene de rezistenta si gene

de transfer a rezistentei RTF), se transfera prin conjugare sau prinbacteriofagi

- Determinanti pt structuri implicate in Conjugare (CONJUGONI) factor F- Celule F-, F+, HFr, F

- Exista plasmide criptice - nu se stie ce caractere codifica

PLASMIDE


10/33

ELEMENTE GENETICE TRANSPOZABILE secvene specifice de ADN care i menin integritatea

fizic, structural, genetic, funcional n cursul

translocaiei de la o poziie la alta pe acelai genom saupe genomuri diferite Secvenele de inserie (IS)

nu au nici o gen i nici o alt funcie n afar de cea de inserie

dup inseria lor pot aparea : modificri n expresia unor gene,modificri n rata incidenei deleiilor n zonele adiacente situsului lorde inserie

Transpozoni

poart gene care confer bacteriei funcii noi: rezistena laantibiotice, capacitatea de sintez a unor enzime, enterotoxine,sinteza antigenelor bacteriene de suprafa etc.

Bacteriofagi

virusuri care paraziteaz bacteriile

se cunosc 6 grupe morfologice de bacteriofagi


11/33

James Dewey Watson

Francis Harry Compton CrickMaurice Hugh Frederick Wilkins

The Nobel Prize in Physiology or Medicine1962

"for their discoveries concerning the molecularstructure of nucleic acids and its significance forinformation transfer in living material"

STRUCTURA ADN(acid dezoxiribonucleic)


12/33

STRUCTURA ADN

James Watson and Francis Crick with their DNA model at the CavendishLaboratories in 1953. Photograph by C. Barrington Brown. Courtesy C. BarringtonBrown. To request permission to use this photo, please visit the Science Photo

Library Web site at www.sciencephoto.com.


13/33

STRUCTURA ADN

Macromolecula- 2 catene polinucleotidice

- Antiparalele- Complementare- Rasucite in dublu helix


14/33

STRUCTURA ADN

Macromolecula- 2 catene polinucleotidice- Antiparalele- Complementare- Rasucite in dublu helix

2 nm

- 10 perechi nucleotide

- 3,4 nm


15/33

NUCLEOTID

Baza azotatapurinica - Adenina A

- Guanina Gpirimidinica

- Timina - T- Citozina C

Pentoza (dezoxiriboza)

Acid fosforic

BAZA AZOTATA

DEZOXIRIBOZA

FOSFAT


16/33

BAZE AZOTATE

A + TG + C

Raportul diferade la specie la specie

ADENINA GUANINA

CITOZINA TIMINA

PURINE

PIRIMIDINE


17/33

BAZE AZOTATE

Legaturi de H2 A si T3 C si G

- Stabile pana la 65oC

- Denaturarecompleta la 90oC

Rezulta 2 catenecomplementare


18/33

Funciile ADN ca material genetic

depozitarea informaiei genetice

replicarea REPLICON unitata genetica discreta (molecula ADN) care se replica ; Caracteristici:

- o secven nucleotidic specific marcnd nceperea replicrii

- gene care codific sinteza unor proteine specifice- o secven nucleotidic semnal pentru terminarea replicrii- exemple de repliconi: cromozomul, plasmidele bacteriene, genomul

bacteriofagilor

transcriereai traducerea genetic

protejarea materialului genetic propriu

reglarea activitii celulare

controlul activitii celulare


19/33

PROPRIETATI ADN

REPLICON unitata genetica discreta (molecula ADN)

care se replicaEx. Cromozom, plasmid,

AUTOREPLICARE CONSERVAREA INFORMATIEI SITRANSMITERE : EREDITATE si VARIABILITATE

TRANSCRIERE (urmata de TRANSLATIE)

EXPRIMAREA INFORMATIEI: ADN

ARNm

PROTEINE


20/33

REPLICAREA

SEMICONSERVATIVA

Cairns, J.P.: Cold Spring

Harbor Symposia

on Quantitative Biology

28:44, 1963

AUTORADIOGRAFIE

Replicare cromozom E. coli


21/33

MECANISME DE VARIABILITATE

VARIABILITATE FENOTIPIC modificri morfologice sau fiziologice de tip adaptativ; nu se transmit ereditar;

genomul nu este afectat

VARIABILITATE GENOTIPIC modificri definitive ale materialului genetic

se transmit descendenilor


22/33

MECANISME DE VARIABILITATE GENOTIPICA

MUTATII SUBSTITUTII

INVERSII INSERTII DELETII

SPONTANE INDUSE

PUNCTIFORME

EXTINSE

RETROMUTATII TRANSFER si RECOMBINARE GENETICA

TRANSFORMARE

TRANSDUCTIE (BACTERIOFAGI) SPECIALIZATA

GENERALIZATA CONVERSIA LIZOGENICA

CONJUGARE


23/33

MUTATIAModificare in secventa nucleotidica a unei gene in cursulreplicarii GENA ALELA ocupa acelasi locus genetic ca

si gena originara

EROARE DE REPLICARE

Eveniment RAR rata mutatiei 10-6 10-9 , creste sub

actiunea agentilor mutageni (radiatii, s. chimice) IMPREVIZIBIL

SPECIFIC INDEPENDENT DISCONTINUU

STABIL (exceptie retromutatiile)


24/33

SUBSTITUTII SI INVERSII

- afecteaza 1 codon sunt punctiforme

- Apare un codon sinonim lant polipeptidic nemodificat

- Apare un codon nou alt aminoacid

Mutatie mutaFunctie modificata sau pierduta

- Apare un codon nonsens polipeptid incomplet

INSERTII SI DELETII (I/D)

- un nucleotid (micro-I/D) proteina modificata

- mai multe (macro-I/D) pierdere functie sau letale

3 NUCLEOTIDE = 1 CODON = 13 NUCLEOTIDE = 1 CODON = 1 AminoacidAminoacid


25/33

TRANSFER si RECOMBINARE

GENETICA

1. TRANSFORMARE

2. CONJUGARE

3. TRANSDUCTIE (BACTERIOFAGI)

SPECIALIZATA

GENERALIZATA

CONVERSIA LIZOGENICA


26/33

TRANSFORMARE Transfer prin acceptarea de ADN liber provenit de la

bacteria donor Griffith, 1928, pneumococi virulenti la soareci

Conditii:

celula acceptor sa fie competenta (sinteza molecule proteice

de legare si translocare membranara a ADN)

ADN transformant bicatenar, 1% din genom

Rezulta TRANSFORMANT


27/33

CONJUGARE Transfer prin contact fizic intre 2 bacterii cu polarizare sexuala

sens unic, de la bacteria donor la cea acceptor

bacteria donor ramane viabila

DONORUL are plasmide conjugative ce contin geneletra operon

Replicare de transfer

pili sexuali (la bacterii gram negative) factor F

se transfera conjugonul, alte plasmide neconjugative si genecromozomale (donorii HFr)

rezulta TRANSCONJUGANT

FACTORUL F

(factorul de sex, factorul de fertilitate) controleaz capacitatea unor bacterii de a fi donatoare de materialgenetic

codific structurile (pilul F) i enzimele necesare transferului de ADN

au caracter de mascul donatoare de material genetic (factorul F)


28/33

CONJUGARE bacterii F- : fr factor F- celule femele receptoare de material genetic

bacterii F+ : cu factor F

- celule mascule donatoare de material genetic- factor F autonom in celula

bacterii Hfr (high frequency of recombination)

au factor F integrat n cromozomul bacterian

donatoare de material genetic cu mare frecven de conjugare irecombinare; transferul unui numr variabil de gene cromozomale, mairar chiar transferul factorului F

bacterii F

au o structur plasmidic de tip special = factor de fertilitaterecombinant

a fost anterior integrat ntr-un cromozom, s-a desprins ncorporndunele gene cromozomale

caracterul ncrucirii F cu F-: F- devine F si F rmne F


29/33

CONJUGARE

- caracterul ncrucirii F cu F-:F- devine F

F rmne F

- caracterul ncrucirii F+ cu F-F- devine F+

F+ rmne F+

- caracterul ncrucirii Hfr cu F-

F- rar devine HfrHfr rmne Hfr


30/33

TRANSDUCTIE Transfer ADN prin intermediul unui bacteriofag

in general fagi temperati, care includ in cursulmorfogenezei capsidei alaturi de ADN fagic si ADNcromozomal (2%) sau plasmidic al bacteriei donatoare

Rezulta TRANSDUCTANT

ADN-ul transferat se integreaza in cromozomul celuleiacceptoare lizogenizare (conversie lizogenica) apareun caracter nou codificat de gene fagice nereprimate; extox difterica, Ag O Salmonella


31/33

RECOMBINAREA GENETICA recombinare = formarea de noi combinaii genetice ntr-ungenom prin :

schimb de segmente homologe

integrare suplimentar de ADNRecombinarea legitim sau homolog (recA-dependent) are loc atunci cnd un fragment de ADN provenit de la celula donoare, sauchiar din alt molecul de ADN se inserntr-o regiune a ADN receptor cese aseamn din punct de vedere chimic cu cea a ADN-ului donor, deciprezint o homologie de baze este ntlnitn transformare, n unele forme de transduciei conjugare implicate mai multe enzime dintre care recA-proteina si recBC nucleazaRecombinarea nelegitim sau heterolog (recA-independent)

constn integrarea de ADN suplimentar ntr-un replicon exemple de recombinare heterolog sunt: integrarea plasmidului F integrarea unor profagi n cromozom transpoziia elementelor genetice mobile


32/33

APLICATII HIBRIDIZAREA se demonstreaza inrudirea sau

identitatea a doua microorganisme pe baza omologieisecventelor nucleotidice taxonomia bacteriana cusonde de acizi nucleici marcati radioactiv

AMPLIFICAREA GENICA

PCR (Kary B. Mullis)

INGINERIA GENETICA : CLONAREA GENELORrecombinare nelegitim genetic in vitro

SECVENTIEREA GENOMULUI MICROBIOM (totalitatea genomurilor speciilor microbiene

existente intr-un situs microbiota)


33/33

Kary B. Mullis

Documents

Curs 06 Genetica Bacteriana