Геном бактерий

Генетическая инженерия — важнейший прогрессивный способ изменения генетической программы организма в целях создания высокопродуктивных штаммов промьпштенных микроорганизмов. Успехи современной генетической инженерии сушественно влияют на промышленную биотехнологию. Яркий пример больших возможностей генетической инженерии — создание во ВНИИ генетики и селекции промышленных микроорганизмов штамма Е. oli для получения треонина. В результате были изменены не только регуляторные свойства фермента аспартаткиназы, но и питательные потребности штамма. Введение в геном бактерии нового гена обеспечило бактерии возможность использования в качестве источника углерода сахарозу, основного дисахарида традиционного промышленного сырья — свекловичной мелассы. Перечисленные манипуляции наряду с амплификацией плазмид, содержащих оперон треонина, позволили значительно увеличить производительность штамма бактерии и получить за 40 ч ферментации 100 г L-треонина на 1 л культуральной жидкости. Учитывая исключительные способности штамма Е. соН к сверхсинтезу L-треонина, японская фирма Адзиномото приобрела в 1982 г. лицензию на использование российского штамма — продуцента треонина для организации собственного производства. [c.50]

Рис. 66. Геном фага (красный) прикрепляется к геному бактерии (оранжевый) особым

Основные методы генной инженерии были разработаны в начале 70-х гг. Суть этих методов — введение в организм нового гена. Такой ген может быть синтезирован заново, а может быть перенесен из другого организма. Если в геном бактерии встроить ген, кодирующий какой-либо белок, бактериальная клетка превращается в живую фабрику по производству этого белка. В ка- [c.215]

Интересные результаты были получены при исследовании умеренных бактериофагов — бактериальных вирусов, генетический материал которых может включаться в геном бактерий (гл. 15, разд. Г.8). Иногда включение вирусных генов в энтеробактерию вызывает изменение структуры О-антигена. Заражение одним вирусом приводит к потере О-ацетильных групп некоторыми сахарными остатками другие вирусы вызывают появление дополнительных заместителей. Под влиянием ряда вирусов в определенных местах молекул олигосахаридов а-связи меняются на р-овязи или связи 1,4 на связи 1,6. Очевидно, вирусные гены [c.393]

При трансдукции геном бактерии-реципиента рекомбинирует с участком генома фага, несущим генетическую информацию от бакте-рии-донора. Происшедшее изменение (рекомбинация) становится затем [c.106]

Кроме ряда оперонов с их регуляторными генами бактерии обладают и другими механизмами регуляции белкового синтеза. Некоторые из них позволяют осуществлять регуляцию не по принципу все или ничего , а за счет постепенной аттенуации, т. е. снижения скорости синтеза белка. Механизмы, чувствительные к концентрации аммиака или других источников азота, дают возможность бактериям приспособить свое белковое хозяйство к скудным условиям существования. Из сказанного ясно, что бактерии обладают тончайшими механизмами регуляции синтеза своих ферментов, позволяющими им оптимизировать свой метаболизм в соответствии с принципом максимальной экономии. [c.960]

Транспозоны могут служить маркером гена, предназначенного для клонирования. Как известно, при клонировании хромосомных генов бактерий иногда возникают сложности, связанные с тем, что нет простого метода, позволяющего выявить, какая из плазмид, несущих встроенный фрагмент хромосомной ДНК, содержит интересующий исследователя ген. Иногда эту проблему удается решить, выделив сначала мутант по этому гену с включенным в него или расположенным поблизости транспозоном. [c.308]

Тритий, как известно, излучает Р-частицы, обладающие весьма небольшой энергией, и потому р-излучение распространяется на небольшое расстояние. Но и этого вполне достаточно, чтобы вызвать почернение фотографической пластинки. Клетки кишечной палочки, содержащие ДНК, меченную тритием, осторожно разрушают, а затем из них извлекают ДНК и препарат заливают фотографической эмульсией. После достаточно длительной экспозиции в темноте (в течение нескольких недель) препарат проявляют, и на нем обнаруживается длинная цепочка, образованная черными точками пластинка почернела только в непосредственной близости к излучающей ДНК. Интересно, что цепочка эта замкнута, так что получается слегка вогнутый овал (рис. 31). Означает ли это, что бактериальный геном имеет форму круга или эллипса К этому вот просу мы еще вернемся в дальнейшем, а пока что сосредоточим внимание на правой стороне фотографии в этом месте ДНК расщепилась на две нити. Очевидно, мы застали геном бактерии как раз перед началом удвоения. [c.94]

Каждая молекула ДНК упакована в отдельную хромосому, а вся генетическая информация, хранящаяся в хромосомах организма, называется геномом. Геном бактерии E. oli содержит 4,7 х 10 нуклеотидных пар, составляющих единственную молекулу ДНК (одна хромосома). Геном человека представлен 6 х 10 парами нуклеотидов, распределенных в 46 хромосомах (22 пары аутосом и 2 отличающиеся друг от друга половые хромосомы), и, следовательно состоит из 24 типов молекул ДНК. У диплоидных организмов, таких как мы с вами, имеется по две копии каждого типа хромосом, одна из этих копий наследуется от матери, а другая от отца (за исключением половых хромосом самцов, которым Y-хромосома всегда достается от отца, а Х-хромосома-от матери). Итак, типичная клетка человека содержит 46 хромосом и около 6 х 10 нуклеотидных пар ДНК. Другие млекопитающие имеют геном примерно такого же размера. Теоретически это количество ДНК можно упаковать в куб со стороной 1,9 мкм. Для сравнения, 6 х 10 букв в такой книге заняли бы более миллиона страниц, и ее объем оказался бы в 10 раз больше. [c.95]

Из дальнейших экспериментов с самыми разными мутантами выяснилось, что все гены бактерий объединены в одну-единственную группу сцепления и что, следовательно, их геном представляет собой линейную струк- [c.170]

Одна из главных проблем безопасности связана с векторами, которые используются для трансформации клеток растений. Они содержат гены устойчивости к антибиотикам, чаще всего к канамицину. Эти гены оказываются в геноме трансформированного растения вместе с нужным геном (рис. 25.1). Трансгенные томаты содержат именно такой ген. Беспокойство вызывает тот факт, что после того, как томат съеден, ген устойчивости к канамицину может попасть в геном бактерии Е. соИ, обитающей в кишечнике человека. Поскольку бактерии выводятся из ор- [c.240]

Рис. 74. Кольцевой геном бактерии. Стрелками показаны точки, в которых -фактор (зеленый) разрывает геном (для разных штаммов) стрелками же указано направление переноса генома в клетку-реципиент.

Во всех ли организмах есть гены Доказать их наличие удалось во всех изученных организмах, размножающихся половым путем. До недавнего времени не было простого метода, который позволил бы ответить на вопрос, имеют ли гены бактерии и вирусы. Затем было об- [c.164]

Бычий соматотропин (БСТ) — это гормон, близкий гормону роста человека. Он тоже вырабатывается в гипофизе и стимулирует клеточное деление у животных. Ген, кодирующий этот гормон, бьш встроен в геном бактерии тем же способом, что и гены инсулина и гормона роста. Благодаря этому БСТ в настоящее время получают в промышленных количествах в процессе ферментации. [c.227]

Это открытие оказалось очень важным для генной инженерии растений. Собственно, ее история и началась с момента, когда ученые научились заменять гены растения и гены бактерии в Т-ДНК генами, которые необходимо ввести в растение. Обманутая бактерия, внедряя свою ДНК в хромосому растения, в свою очередь, обманывает его геном, вынуждая исправно синтезировать необходимые человеку продукты. [c.100]

Рассмотрим теперь, каким образом молекула ДНК донора, поступившая из среды, включает свою нуклеотидную последовательность в клетку бактерии-реципиента. Мы не станем рассматривать здесь те молекулярные процессы, которые ответственны за это событие, так как мы еще не подготовлены к этому. Ограничимся лишь утверждением, что по своей природе это событие представляет собой случай генетической рекомбинации. Иными словами, экзогенной молекуле ДНК, несущей гены S или Sir " бактерии донора, удается найти гомологичную ей эндогенную молекулу ДНК, несущую R- или Str -гены в клетке реципиента. Согласно теории об информационной роли ДНК, рассмотренной в этой главе, гомологичность экзогенных S- или Str -генов донора соответствующим эндогенным R-или Str -генам реципиента представляет собой соответствие в последовательности нуклеотидов в каждой такой паре гомологичных молекул ДНК. Иными словами, последовательность оснований гомологичных молекул ДНК донора и реципиента совершенно одинакова, за исключением тех ограниченных участков, где мутация изменила последовательность оснований в одном из двух гомологов и, следовательно, индуцировала появление белка с измененной аминокислотной последовательностью. После того как экзогенная молекула ДНК нашла своего эндогенного гомолога, обе молекулы вовлекаются в процесс генетического обмена. Такой обмен приводит к интеграции экзогенной молекулы и исключению гомологичной эндогенной молекулы ДНК из набора генов бактерии-реципиента и, следовательно, к генетической трансформации этой бактерии R-формы в S-форму или из Str -типа в Str -тип. Включившись в генетические структуры бактерии-реципиента, экзогенная молекула ДНК реплицируется вместе со всеми другими молекулами трансформанта и, следовательно, передается всем потомкам бактериальной клетки, из которых она может быть впоследствии выделена для дальнейших трансформаций. [c.167]

В частично диплоидной клетке рекомбинация может происходить между генами бактерии, входящими в состав F -элемента, и генами гомологичного участка бактериальной хромосомы. Единичный кроссинговер приводит к включению F -элемента в бактериальную хромосому и образованию клетки типа Hfr с дупликацией генов, содержащихся в F -элементе. Двойной кроссинговер приводит к образованию клетки F -типа, в которой произошел обмен маркерами между бактериальной хромосомой и F -элементом. [c.241]

Некоторые штаммы Е. oli содержат Х-фаг— дремлющий умеренный вирус. Его геном включен в геном бактерий и не дает о себе знать. Однако при индукции фаг размножается и [c.299]

В случае, заражения трансдуцирующим фагом клеток, дефектных по определенному гену, например gal , может произойти рекомбинация с заменой собственного дефектного гена бактерии интактным трансду-цированным геном при этом образуются рекомбинанты (трансдук-танты) gal . [c.466]

По данным Бородулиной (1935), некоторые почвенные актиномицеты оказывают угнетающее действие на ряд фитопато-генных бактерий, среди которых упоминается Ba t. aratovorum. [c.514]

Как же происходит трансдукция Проще всего было бы предположить, что фаг Р22, лизируя клетку штамма Aгg S взламывает ее геном, и при созревании фаговых частиц в них встраивается один из его обломков. Этот обломок впоследствии мог бы быть попросту навязан второй клетке-хозяину (Arg S ). На самом деле это не так. По-видимому, фаг прикрепляется к геному бактерии так, как это показано на рис. 66, после чего между свободным плечом генома фага и бактериальным геномом происходит обмен участками (кроссинговер ). Теперь фаг содержит участок бактериального генома, например Arg" (но взамен он отдал часть своего генома ). Во вновь инфицируемой клетке-хозяине, очевидно, может происходить то же самое привнесенный участок бактериального генома с Arg замещает участок хозяйского бактериального генома Arg . В результате зараженная (лизогенизированная) бактерия превращается в Arg, т. е. приобретает способность синтезировать аргинин. [c.160]

Одновременно возрастает уровень наших знаний о паразитах и болезнях насекомых, т. е. об инсектопато-генных бактериях, рпккетсиях, вирусах и других возбудителях болезней. Таким образом, появляется возможность использования возбудителей болезней против вредных насекомых. В продаже уже имеется целый ряд соответствующих препаратов. К самым современным формам борьбы с вредителями, которые пока только в немногих случаях обеспечивают ощутимый положительный результат, относятся химические, физические или биологические методы, вызывающие нарушение нормального питания и размножения вредных насекомых. [c.195]

Что касается потенциального влияния на окружающую среду, я считаю возражения против трансгенных сортов, содержащих ген Ba illus thuringiensis (Bt), особенно смехотворными. Не только в научной, но и в популярной литературе не раз описаны удивительные свойства этой бактерии — непревзойденного натурального инсектицида. Однако активисты борьбы с ГМО неустанно поносят введение гена Bt ъ любые растения, даже невзирая на то, что это позволяет резко сократить применение химикатов и, в отличие от последних, абсолютно безвредно для других животных и человека. Отчасти их возражения сводятся к опасениям, что широкое распространение растений, устойчивых к насекомым-вредителям благодаря введению в их геном гена Bt, вызовет мутацию насекомых, которая в итоге сделает применение подобных биологических инсектицидов неэффективным. Но эта цепочка рассуждений выглядит наивной. Нет никаких научных данных, которые бы заставили усомниться в том, что эта способность гена бактерии даровать растениям защищенность от насекомых-вредителей может быть утрачена, поскольку изменение таких свойств определяется программами динамического скрещивания, в которых участвуют как обычные, так и рекомбинантные ДНК, что надежно избавляет от приобретения вредных для организма качеств при мутациях. Это остается основой всех программ скрещивания и селекции растений на протяжении вот уже 70 лет. [c.36]

Эти свойства ауксотрофных мутантов Е. соИ явились дальнейшим подтверждением теории один ген — один фермент. Восстановление роста ауксотрофа при добавлении в среду какой-то одной аминокислоты, витамина или пурина свидетельствует о том, что мутация, приведшая к возникновению этого ауксотрофа из прототрофной бактерии дикого типа, связана лишь с каким-то одним геном бактерии, который контролирует один-единстЕенный фермент, катализирующий одну из стадий биосинтеза соответствующего фактора роста. [c.121]

Таким образом, по мнению Херили и Чейз, роль носителя наследственности принадлежит фаговой ДНК, и эта точка зрения прекрасно согласуется с открытием, сделанным ранее Эйвери, Мак-Леодом и МакКарти, которое мы рассматривали в гл. VII. Они установили, что при трансформации бактерий гены бактерии-донора передаются клетке-реципиенту исключительно при посредстве молекул бактериальной ДНК. Оглядываясь назад, невольно удивляешься тому, что даже в 1952 г., спустя 8 лет после открытия генетической роли бактериальной ДНК, ни в одной из многочисленных гипотез о природе фага еще не фигурировало предположение о том, что ДНК может служить генетическим материалом также у вирусов бактерий. [c.265]

С помощью теста молекулярной гибридизации можно также продемонстрировать комплементарность ДНК Е. соН и мРНК незараженных клеток. Однако результаты опыта по гибридизации бактериальной ДНК и РНК гораздо труднее интерпретировать, чем в случае индуцированной фагом РНК и фаговой ДНК, так как в бактериальной ДНК содержится гораздо больше генов, а следовательно, и гораздо большее разнообразие нуклеотидных последовательностей. Поскольку, как мы увидим в гл. XX, скорость, с которой транскрибируются разные гены бактерии, очень различается, количество молекул РНК, комплементарных разным бактериальным генам, сильно варьирует. Между тем в ДНК, добавленной к тибрпдизационной смеси, содержится равное количество всех бактериальных генов. [c.397]

В настоящее время разработаны методики химического синтеза многих непептидных и низкомолекулярных пептидных гормонов. Полипептидные и белковые гормоны выделяют путем экстракции из эндокринных желез крупного рогатого скота. Разработана методика получения некоторых гормонов (в том числе инсулина и гормона роста), основанная на принципах генной инженерии. Для этого ген, ответственный за синтез того или иного гормона, включают в геном бактерий, которые после этого приобретают способность синтезировать данный гормон. Так как бактерии активно размножаются, за короткое время оказывается возможным наработать довольно значительные количества нужного гормона (подробнее о методах генной инженерии см. главу 19). [c.309]

На рис. 17.1 приведен диапазон значений величины С для организмов, находящихся на различных ступенях эволюционного развития. На каждой ступени с увеличением сложности организации наблюдается некоторое увеличение минимального размера генома. Это правило не является абсолютным, но очевидно, что одноклеточные эукариоты (чей жизненный цикл несколько напоминает прокариотический) имеют геном небольшого размера, превосходящий, однако, по размеру геном бактерий. Сама по себе принадлежность к эукариотам не означает значительного увеличения размеров генома например, размер генома у дрожжей S. erevisiae составляет около 2,3 -10 п. н., что только в 5 раз превышает размер генома бактерии Е. соЫ. [c.222]

В отличие от человека у некоторых растений и грибов (включая дрожжи) митохондриальные гены содержат интроны, которые должны быть удалены из транскрипта с последующим сплайсингом (разд. 3.2.7). У растений интроны обнаружены также примерно в 20 генах хлоропластов. Многие интроны в генах органелл содержат родственные нуклеотидные последовательности, которые могут исключаться из РНК-транскриптов в результате реакции, катализируемой самой РНК (разд. 9.4.14). хотя в этом самосплайсинге обычно участвуют и белки. Открытие интронов в генах органелл было неожиданным с точки зрения эндосимбиотической теории происхождения энергопреобразующих органелл, гак как в генах бактерий, от предков которых могли произойти митохондрии и хлоропласты, интронов не обнаружено. [c.493]

Так как большинство генов, кодирующих белки современных митохондрий и хлоропластов, находится в ядерном геноме, можно думать, что в ходе эволюции эукариот значительная часть генов органелл была перенесена в ядерную ДНК. Это позволило бы объяснить, почему некоторые из ядерных генов, кодирующих митохондриальные белки, сходны с генами бактерий. Так, например, у курицы М-концевая аминокислотная последовательность митохондриального фермента супероксиддисмутазы гораздо больше похожа на соответствуюший сегмент супероксиддисмутазы бактерий, чем на К-концевой участок того же фермента, выделенного из цитозоля тех же эукариотических клеток. Еще одним указанием на то, что подобные переносы участков происходили в ходе эволюции, служат обнаруженные в ядерном геноме некодирующие последовательности ДНК, имеющие, вероятно, недавнее митохондриальное происхождение очевидно, что эти последовательности были интегрированы в ядерный геном как балластная ДНК. [c.500]

Бактериальная генетика с момента ее зарождения в сороковых годах нашего века, когда Ледерберг и Татум впервые продемонстрировали генетическую рекомбинацию у кишечной палочки, развивается необыкновенно быстро. В настояш,ее время работающие в этой области исследователи пришли к детальному пониманию механизмов, посредством которых гены бактерий мутируют, переносятся и рекомбинируют. Не удивительно, что рождение и развитие молекулярной биологии имеет параллели с развитием бактериальной генетики благодаря инструментам и методам, созданным специалистами в области бактериальной генетики, молекулярные биологи были обеспечены материалом для изучения. Кишечная палочка не случайно представляет собой безусловно наиболее подробно изученный на молекулярном уровне организм большинство исследований в области молекулярной биологии действительно зависит от тех генетических манипуляций, которые могут быть выполнены на этом микроорганизме. К инструментам исследований в бактериальной генетике относятся хорошо охарактеризованные мутанты, штаммы доноров и реципиентов, которые способны конъюгировать и рекомбинировать, и геномы, которые можно выделять, а затем анализировать генетически и биохимически. [c.5]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология