Бактериофаги и их свойства

Лизогения (от греч. lýsis - разложение, распад и ...geneia - происхождение, создание) генетически обусловленная способность бактерий лизироваться с выделением бактериофага

Бактериофаги и их свойства

Контрольная работа

Биология

Другие контрольные работы по предмету

Биология

Сдать работу со 100% гаранией

Министерство науки и образования Украины

Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара

Факультет заочного и дистанционного образования

Кафедра микробиологии и вирусологии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

По дисциплине: «Генетика микроорганизмов»

НА ТЕМУ: «Вирулентные и лизогенные фаги. Способность к интеграции с хромосомой хозяина. Состояние лизогении»

 

 

 

Выполнила:

ст. гр. ББ-08-2з

Проценко Д.В.

Проверил:

доц. Крысенко О.В.

 

 

Днепропетровск 2011

 

Содержание

 

Введение

.Вирулентные и лизогенные фаги

.Способность к интеграции с хромосомой хозяина

.Состояние лизогении

Заключение

Список литературы

 

 

Введение

 

Бактериофа́ги - вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки. Описанные выше бактериофаги, как правило, лизируют зараженные ими бактерии, и потому их называют вирулентными. Некоторые фаги, однако, заражают бактерий-хозяев, но не размножаются в них автономно и не вызывают лизиса. Такие фаги называются умеренными. Лизогенные бактерии обладают потенциальной способностью продуцировать фаги, но эту способность нельзя обнаружить, ни морфологическим, ни серологическим исследованием. Фаг в таком неинфекционном состоянии, передающийся только дочерним клеткам при делении, называют профагом. В лизогенных клетках профаг прочно связан с хромосомой клетки-хозяина.

Лизогения - генетически обусловленная способность бактерий лизироваться с выделением бактериофага через ряд поколений после непосредственного заражения им. Теория разработана в 1950 французскими учёными А. Львовым и А. Гутман, показавшими, что лизогенное состояние связано с присутствием в клетках бактерий потенциально инфекционной структуры - профага. В каждом поколении лизогенных бактерий подвергается лизису очень небольшая часть клеток с освобождением от 70 до 150 частиц так называемого умеренного фага. То есть лизогения - сложная форма вирусной инфекции у бактерий, при которой от момента заражения бактерий фагом до лизиса клетки проходит большое число клеточных поколений.

 

 

1. Вирулентные и лизогенные фаги

 

Бактериофа́ги (фаги) (от др.-греч. φᾰγω - «пожираю») - вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки. Чаще всего бактериофаги размножаются внутри бактерий и вызывают их лизис. Как правило, бактериофаг состоит из белковой оболочки и генетического материала одноцепочечной или двуцепочечной нуклеиновой кислоты (ДНК или, реже, РНК). Размер частиц приблизительно от 20 до 200 нм [1].

Описанные выше бактериофаги, как правило, лизируют зараженные ими бактерии, и потому их называют вирулентными. Некоторые фаги, однако, заражают бактерий-хозяев, но не размножаются в них автономно и не вызывают лизиса. Такие фаги называются умеренными. Видимо, их размножение происходит синхронно с размножением бактерии. Лишь очень редко, в одной из 102-105 таких «лизогенных» бактерий, фаг начинает спонтанно размножаться и клетка подвергается лизису. В этом случае для того, чтобы обнаружить выход инфекционного фага, в качестве индикатора нужен другой бактериальный штамм, для которого этот фаг вирулентен. Если смешать лизогенные бактерии с избытком бактерий-индикаторов и посеять смесь на агаризованную среду, то будут расти также и колонии лизогенных бактерий [3]. Время от времени некоторые клетки будут лизироваться и выходящие из них фаговые частицы, будут заражать находящиеся по соседству чувствительные (индикаторные) бактерии. Это приведет к появлению бляшек в сплошном бактериальном газоне. Однако в середине каждой такой бляшки сохранится колония лизогенной бактерии (рис. 4.12).

 

 

 

Лизогенные бактерии обладают потенциальной способностью продуцировать фаги, но эту способность нельзя обнаружить, ни морфологическим, ни серологическим исследованием. Фаг в таком неинфекционном состоянии, передающийся только дочерним клеткам при делении, называют профагом. Подобно другим признакам бактериальной клетки, наличие в ней профага наследуется. Поскольку все потомство лизогенной клетки тоже лизогенно, профаг, очевидно, должен реплицироваться синхронно и регулярно вместе с хромосомой клетки-хозяина (рис. 4.13) [4].

Лизогенные бактерии иммунны к заражению теми фагами, которые присутствуют в них в виде профага. Обеспечиваемый профагами иммунитет обусловлен не невозможностью адсорбции (как при устойчивости к вирулентным фагам), а образованием особого цитоплазматического белка-репрессора, препятствующего размножению вегетативных фагов. Этот же репрессор препятствует обратному переходу профага в вегетативное состояние и подавляет синтез фаговых белков. Возникновение лизогенного состояния связано, таким образом, с образованием репрессорного белка[6].

 

 

Спонтанно, без воздействия извне лизогенные бактерии лизируются редко. Однако целый ряд факторов (ультрафиолетовые лучи, митомицин С или алкилирующие агенты) может индуцировать в каждой клетке развитие профага, ведущее к образованию и высвобождению инфекционного фага. Успех такой индукции зависит от генетической конституции профага, физиологического состояния хозяина и условий культивирования. Индукция связана, очевидно, с устранением или инактивацией имеющихся молекул репрессора. Некоторые мутанты умеренных фагов образуют термолабильный репрессор, и тогда достаточно уже повышения температуры до 44°С, чтобы вызвать лизис бактерий [5].

 

. Способность к интеграции с хромосомой хозяина

лизогенная бактерия профаг хромосома конверсия

Интеграция и индукция фага λ (лямбда). Изучение фага лямбда (λ), лизогенного для Escherichia coli K12, позволило выяснить, каким образом профаг связан с бактериальной хромосомой. Лизогенизация бактерий этим фагом может служить примером жизненного цикла умеренного бактериофага. Длина хромосомы фага лямбда оставляет всего 2% длины бактериальной хромосомы [1].

В свободных фаговых частицах ДНК присутствует в виде линейной (не кольцевой) двойной спирали (рис. 4.14). Каждая из цепей на одном конце выступает за пределы дуплекса на 12 нуклеотидов. Эти два одноцепочечных конца комплементарны друг другу; путем спаривания оснований они могут соединяться друг с другом, поэтому их называют «липкими» концами. Если поместить такие молекулы ДНК in vitro в раствор, то благодаря взаимодействию между комплементарными основаниями одноцепочечных концов наступает равновесие между линейными и кольцевыми ДНК. Такое же замыкание в кольцо происходит после того, как фаг лямбда инфицирует клетку. При этом оба разрыва между концами цепей закрываются полинуклеотидлигазой. Функция этого бактериального фермента состоит в том, чтобы устранять разрывы в отдельных цепях двойных спиралей ДНК путем связывания нуклеотидов. Таким образом, для замыкания линейной ДНК фага в кольцо никакие фаговые ферменты не нужны [7].

 

 

 

В лизогенных клетках профаг прочно связан с хромосомой клетки-хозяина. При конъюгации клеток профаг вместе с хромосомой хозяина переносится из клетки-донора в клетку-реципиент. Генетические эксперименты показывают, что фаг лямбда присоединен к хромосоме хозяина в совершенно определенном месте (между галактозным опероном и биотиновым локусом). Вначале предполагали, что ДНК бактериофага только прикрепляется к хромосоме бактерии в этом участке. Однако в результате составления генетических карт фага, а также из опытов по рекомбинации стало ясно, что фаговая ДНК при лизогенизации не просто прикрепляется к бактериальной ДНК, а включается в нее [3].

Включение (интеграция) ДНК профага в хромосому клетки-хозяина происходит, очевидно, в результате разрыва и перекрестного воссоединения. За эту реакцию ответствен фермент, названный лямбда-интегразой. Он узнает две разные, негомологичные последовательности нуклеотидов - одну в хромосомной ДНК и одну в ДНК фага - и тесно сближает обе двойные спирали друг с другом; затем последние разрываются и снова соединяются крест-накрест. Отдельные этапы этой специфической рекомбинации показаны на рис. 4.14.

В интегрированном состоянии фаговая ДНК реплицируется вместе с бактериальной и подвержена тем же регуляторным воздействиям, что и удвоение бактериальных хромосом. Информация, содержащаяся в фаговой ДНК, в это время не проявляется [8]. Только в результате перехода профага в вегетативное состояние восстанавливается автономия фаговой ДНК и начинается размножение фага. Этот обратный процесс может произойти спонтанно или в результате индукции (например, под действием ультрафиолетового облучения). Исключение фаговой ДНК из бактериальной хромосомы происходит, вероятно, путем обращения процессов, приведших к ее включению, и осуществляется очень точно: более 99% фаговых частиц, освобождающихся из лизогенных клеток, идентичны с исходным (инфицирующим) фагом. Это означает, что фаговая ДНК при ее выключении выщепляется точно в том же месте, где происходила интеграция. Только в редких случаях (одном из 100 000) выключение ДНК фага происходит аномально [9].

Как только профаг в результате выключения перешел в вегетативное состояние, он опять становится автономным и может размножаться в бактериальной клетке как вирулентный фаг. Выключение, таким образом, приводит к лизису бактерии и высвобождению фага лямбда.

Двухцепочечная ДНК вируса может встроиться в хромосому клетки-хозяина с помощью фермента интегразы. Такой процесс встраивания в хромосомную ДНК называют интеграцией. Вирусный геном в форме интегр

Похожие работы

1 2 >