Какие плазмиды осуществляют синтез гемолизинов
Обновлено: 05.07.2024
Плазмиды— кольцевидные молекулы ДНК, способные к саморепликации. Их возможные состояния:
1. автономное (в цитоплазме);
2. интегрированное (в нуклеоиде).
Конъюгативные плазмиды способны к самопереносу из одной клетки в другую. Неконъюгативные плазмиды способны к переносу с помощью конътативных плазмид и бактериофагов.
· регуляторная – компенсирует нарушение функции ДНК нуклеоида
· кодирующая – вносит в генотип новую информацию
Плазмиды подразделяются на различные категории в зависимости от свойств, которые они кодируют у бактерий:
| Категории плазмид | Кодируемое свойство |
| F-плазмида (половой фактор или фактор фертильности) | Способность к переносу плазмидных и хромосомных генов при конъюгации бактерий через половые ворсинки |
| R-плазмида (фактор множественной лекарственной устойчивости) | Придает бактериям устойчивость к нескольким антибиотикам и другим лекарственным веществам |
| Плазмиды бактериоциногении | Кодируют синтез бактериоцинов (особых белков), вызывающих гибель близкородственных бактерий. Например, бактериоцины E.coli вызывают гибель патогенных энтеробактерий. |
| Ent-плазмида | Синтез энтеротоксинов |
| Hly-плазмида | Синтез гемолизинов |
| К-88, К-99 | Кодируют синтез поверхностных антигенов у бактерий |
| Биодеградативные плазмиды | Разрушение различных органических и неорганических соединений |
Изменчивость. Классификация и характеристика форм изменчивости.
Изменчивость – способность микроорганизмов изменять видовые признаки и свойства.
Может быть ненаследуемой (модификационной) и генотипической (мутации, рекомбинации).
Фенотипическая изменчивость. Модификации. Примеры.
Модификации - временные, наследственно не закрепленные изменения, возникающие как адаптивные реакции бактерий на изменения окружающей среды. Модификации находятся под контролем генома, но не сопровождаются изменениями первичной структуры ДНК и вскоре утрачиваются. Модификации проявляются в изменении морфологических, биохимических и ряда других признаков.
Биохимическую основу модификации составляет индуцибельный синтез ферментов. Так, например, кишечная палочка только в присутствии лактозы синтезирует ферменты, необходимые для ее расщепления.
Выделяют 2 вида модификационной изменчивости:
а) стабильную (длительную) модификацию. Она сохраняется в потомстве в течение нескольких поколений.
б) кратковременную модификацию. Она исчезает сразу после прекращения действия фактора, вызвавшего ее.
Модификации могут возникать под действием антибиотиков. При этом образуются L-формы, лишённые клеточной стенки. После прекращения действия пенициллина происходит реверсия – возврат к исходному фенотипу.
При выращивании многих бактерий на питательной среде с бактериостатическими концентрациями антисептиков (фенол, например) также можно получить модификации (например, утрата жгутиков).
Диссоциации у бактерий.
R-S-диссоциация бактерий - это образования двух форм бактериальных клеток, которые отличаются друг от друга по характеру образуемых ими колоний на твердой питательной среде. Один тип — R-колонии (англ. rough — неровный) — характеризуется неровными краями и шероховатой поверхностью, второй тип — S колоний (англ. smooth— гладкий) - имеет круглую форму, гладкую поверхность.
Диссоциацию большинство ученых рассматривают как закономерную форму модификации, а некоторые относят ее к мутациям. В основе диссоциации лежат изменения в структуре липополисахарида (ЛПС) клеточной стенки грамотрицательных микроорганизмов
Процесс диссоциации обычно протекает в одном направлении: от S- к R-форме. Обратный переход R- в S-форму наблюдается реже. Для большинства вирулентных бактерий характерен рост в виде S-формы колоний (исключение – чумная палочка, бациллы сибирской язвы, микобактерии туберкулеза).
В процессе диссоциации одновременно с изменением морфологии колоний меняются биохимические, антигенные, патогенные свойства бактерий, их устойчивость к физическим и химическим факторам внешней среды!
Биологическое значение S-R-диссоциации состоит в приобретении бактериями определенных селективных преимуществ. К ним относится более высокая устойчивость S-форм к фагоцитозу макрофагами, бактерицидному действию сыворотки крови. R-формы обладают большей устойчивостью к факторам окружающей среды. Они более длительное время сохраняются во внешней среде.
S-R-диссоциация во многих случаях усложняет бактериологическую диагностику инфекционных заболеваний.
В области микробиологии и молекулярной биологии , A плазмида представляет собой молекулу из ДНК отдельно от хромосомной ДНК , способной к автономной репликации и несущественной для выживания клеток. Плазмиды бывают двухцепочечными (состоят из двух дополнительных цепей) и обычно круглыми. Они обнаруживаются почти исключительно в бактериях, а иногда и в других микроорганизмах, таких как плазмида 2Mu, обнаруженная в дрожжах Saccharomyces cerevisiae ( пекарские дрожжи ), одноклеточных эукариотах . Плазмиды присутствуют в различном количестве копий: большие природные плазмиды (> 50 т.п.н.) часто присутствуют в одной или двух копиях на клетку, как хромосома. Плазмиды, сконструированные с помощью генной инженерии для биотехнологических целей (экспрессия рекомбинантного белка, клонирование генов, секвенирование ДНК), часто модифицируются, чтобы иметь гораздо большее количество копий, порядка от нескольких десятков до нескольких сотен, что позволяет усиление производства ДНК или белков.
В клетке могут сосуществовать разные плазмиды (при условии их взаимной совместимости). Некоторые плазмиды способны интегрироваться в хромосомы ; эти плазмиды называются эписомами .
Плазмиды участвуют в горизонтальном переносе генов, следовательно, между разными видами и популяциями. Они способствуют распространению генов, дающих селективные преимущества (например, устойчивость к антибиотикам, биоцидам или даже факторам вирулентности). Подвижность плазмид (путем конъюгации) внутри бактериальных популяций увеличивает спектр генов, участвующих в вирулентности, у хозяина. В свою очередь, эти гены предлагают избирательное преимущество плазмиде и бактериям-хозяевам. Таким образом, мы можем представить себе квази-повсеместную и стойкую природу плазмид в патогенных бактериях. Таким образом, находящиеся в стрессовом состоянии бактерии легче передают свои способности к устойчивости отдаленным популяциям бактерий, возможно, географически удаленным, что объясняет широкомасштабное распространение генов устойчивости к антибиотикам или биоцидам, широко распространенным людьми в окружающей среде.
Резюме
Научная история
Термин плазмида был введен американским молекулярным биологом Джошуа Ледербергом в 1952 году . Плазмида несет набор генов, обеспечивающих ее собственную репликацию, и часто гены устойчивости к антибиотикам, которые обеспечивают преимущество бактериям, которые их содержат.
Репликация и передача
Схема плазмиды, кодирующей устойчивость к данному антибиотику.
1 и 2. Ген (ы), кодирующий резистентность (ы).
3. Происхождение репликации .
Поскольку плазмиды, присутствующие в бактериях, обычно не несут гены, необходимые для прокариотической клетки , их устойчивость в линии бактерий, следовательно, зависит от различных способов стабилизации плазмид , что является результатом различных процессов отбора и условий окружающей среды. Кроме того, плазмиды могут служить синтезатором бактерий.
Плазмиды могут передаваться от одной бактерии к другой путем бактериальной конъюгации через половые пили . Во время деления клетки плазмиды распределяются между дочерними клетками совершенно случайным образом (в отличие от хромосом), поэтому, даже если вероятность остается низкой, одна из двух дочерних клеток может не иметь плазмид. Вероятность увеличивается с уменьшением количества плазмид, присутствующих в материнской клетке.
Эписомы
Сравнение неинтегрирующихся плазмид ( вверху ) и эписом ( внизу ).
1. Хромосомная ДНК .
2. Плазмиды .
3. Деление клеток .
4. Хромосомная ДНК с интегрированными плазмидами .
Эписома представляет собой плазмиду , которая может интегрировать в хромосомной ДНК клетки - хозяина. В результате он может оставаться неповрежденным в течение длительных периодов времени, дублироваться с каждым клеточным делением хозяина и становиться частью его генетической структуры. Термин больше не используется для плазмид, поскольку было установлено, что область гомологии с хромосомой, такая как транспозон , делает плазмиду эписомой. В системах млекопитающих термин эписома относится к кольцевой ДНК (такой как вирусный геном), нековалентно прикрепленной к хромосоме клетки-хозяина.
Векторы
Векторы представляют собой плазмиды, полученные в результате генетических конструкций, созданных в лаборатории, и демонстрирующие определенное количество характеристик для применения в биотехнологии . Обычно они содержат область, содержащую сайты рестрикционных ферментов для вставки фрагментов ДНК, для клонирования, секвенирования или экспрессии белка. Они также содержат ген, позволяющий отбирать бактерии, содержащие плазмиду, как правило, ген устойчивости к антибиотику. У них также иногда есть репортерные гены, позволяющие очищать или обнаруживать рекомбинантные белки : зеленый флуоресцентный белок , глутатион- S- трансферазу , полигистидиновую метку .
Векторы - важные инструменты в молекулярной биологии.
Свойства, кодируемые плазмидами
Конъюгативные плазмиды
Конъюгативные плазмиды - первые плазмиды, обнаруженные у бактерии Escherichia coli в 1950-х годах . Они также называются факторами бесплодия или F плазмиды . Эти плазмиды дают бактерии-хозяину способность синтезировать так называемые половые пили . Через эти пили бактерии-носители (доноры) могут переносить копию плазмиды F в процессе бактериальной конъюгации. Плазмиды F имеют по крайней мере одну точку начала репликации и все гены, необходимые для синтеза пилей и переноса плазмиды. Некоторые плазмиды F являются эписомами, то есть могут интегрироваться в хромосомный геном .
Плазмиды устойчивости
Плазмиды устойчивости, также называемые плазмидами или факторами R , кодируют устойчивость к антибиотикам и тяжелым металлам .
В 1959 году в Японии было обнаружено, что пациенты с бактериальной дизентерией нечувствительны к любому лечению антибиотиками . Фактически, бактерии, ответственные за это, Shigella dysenteriae , несли гены устойчивости к нескольким антибиотикам, которые ранее не встречались. Впоследствии он был обнаружен у других бактерий (таких как E. coli ), и эти плазмиды были названы R-фактором для факторов устойчивости (R-факторы, которые считались элементами, состоящими из факторов RTF или факторов передачи устойчивости. Эти описания были составлены японскими группами специалистов). (и опубликованные на японском языке) были синтезированы в статье, написанной Ватанабе в 1963 году, которая стала важной вехой в истории микробиологии, поскольку проложила путь к открытию плазмид, первое описание которых было выполнено Джошуа Ледербергом и др.
Эти плазмиды могут защищать клетку различными способами, такими как модификация мишени (мишень для действия антибиотика модифицируется, что делает бактерию устойчивой к этому антибиотику), ферментативная резистентность (бактерия производит вещество - фермент - способный непосредственно инактивировать антибиотик, денатурируя его, гидролизируя и т. д. (это относится, например, к бета-лактамазам), непроницаемость клеточной оболочки (путем модификации поринов) и активный отток (связанный с насосами оттока ) - эти два механизма оказывают влияние предотвращения проникновения внутриклеточного антибиотика или содействия его активному вытеснению из микроорганизма).
Метаболические плазмиды
Метаболические плазмиды несут гены, которые позволяют использовать определенные питательные вещества . В E. coli эти плазмиды переносят гены, например: использование цитрата в качестве источника углерода , производство серы , гидролиз мочевины . У сальмонелл наблюдается разложение лактозы , что совершенно необычно для этого рода бактерий. Большинство этих плазмид кодируют синтез одного или нескольких ферментов.
Плазмиды вирулентности
Оказывается, патогенные бактерии очень часто содержат конъюгированные плазмиды, которые участвуют в патогенности. Плазмиды вирулентности несут гены, кодирующие факторы вирулентности, которые играют роль в патогенности бактерий. Например, энтеротоксигенная кишечная палочка (ETEC), вызывающая диарею путешественников (или туристов ), содержит по крайней мере две плазмиды, одна из которых несет гены, кодирующие фактор колонизации, а другая - токсины.
Плазмиды бактериоцинов и устойчивость к биоцидам или загрязняющим веществам
Эти плазмиды кодируют синтез внеклеточного белка, биосинтез которого является летальным для продуцирующих бактерий, а также для других окружающих непродуцирующих бактерий. Однако эти плазмиды также кодируют второй внутриклеточный белок для устойчивости к этому первому токсину. В бактериоцинах действуют на жизнедеятельности бактерий.
В кишечной палочке , мы находим различные категории бактериоцинов (колицинов , кодируемых Col плазмид ) , так и, например, ColE1 ген кодирует собой эндонуклеазу и colE3 ген , а рибонуклеазы , который инактивирует рибосому .
У бактерий Roseobacter , генетическая пластичность которых признана и которые играют важную роль в круговороте углерода и серы , исследователи обнаружили плазмиду, которая также обнаружена у нескольких других родов бактерий в географически удаленных местах, что свидетельствует о «недавних горизонтальных событиях. перенос генов в мире " . Эта плазмида содержит гены детоксикации антропогенных загрязнителей; так же, как плазмиды, несущие устойчивость к антибиотикам, кажется, что это результат отбора для деятельности человека
Плазмиды — кольцевидные молекулы ДНК, способные к саморепликации. Их возможные состояния:
автономное (в цитоплазме);
интегрированное (в нуклеоиде).
Конъюгативные плазмиды способны к самопереносу из одной клетки в другую. Неконъюгативные плазмиды способны к переносу с помощью конътативных плазмид и бактериофагов.
регуляторная – компенсирует нарушение функции ДНК нуклеоида
кодирующая – вносит в генотип новую информацию
Плазмиды подразделяются на различные категории в зависимости от свойств, которые они кодируют у бактерий:
Категории плазмид
Кодируемое свойство
F-плазмида (половой фактор или фактор фертильности)
Способность к переносу плазмидных и хромосомных генов при конъюгации бактерий через половые ворсинки
R-плазмида (фактор множественной лекарственной устойчивости)
Придает бактериям устойчивость к нескольким антибиотикам и другим лекарственным веществам
Кодируют синтез бактериоцинов (особых белков), вызывающих гибель близкородственных бактерий. Например, бактериоцины E.coli вызывают гибель патогенных энтеробактерий.
Кодируют синтез поверхностных антигенов у бактерий
Разрушение различных органических и неорганических соединений
49. Конъюгация и конъюгативные плазмиды.
К конъгативным плазмидам относятся F-плазмиды, плазмиды бактериоциногении и часто R-плазмиды.
F-плазмида, или половой фактор. Контролирует синтез половых ворсинок (sex или F-pili), которые способствуют эффективному спариванию бактерий-доноров с реципиентными клетками при конъюгации. F-плазмида реплицируется в независимом от хромосомы состоянии и передается при конъюгации в клетки бактерий-реципиентов.
Перенос генетического материала (ДНК) детерминируется tra-опероном F-плазмиды (от англ. transfer — перенос), обеспечивающим конъюгативность. F-плазмиды содержат только tra-оперон, в их составе нет никаких других генов.
F-плазмида может встраиваться в бактериальную хромосому и находиться с ней в интегрированном состоянии.
Половой фактор (tra-оперон, других генов нет)
Конъюгация - однонаправленная передача генетической информации в результате непосредственного контакта между донорной и реципиентной клетками
Бактерии, имеющие F-плазмиду, называются мужскими F + -клетками. Женские (F-) клетки не имеют этой плазмиды. F-клетки – клетки, у которых F-плазмида несёт дополнительные донорские гены.
Процесс конъюгации между F + и F- клетками имеет следующие стадии:
установление контакта между донором и реципиентом с помощью половых ворсинок;
прохождение генетического материала через канал половой ворсинки от донора к реципиенту;
рекомбинация между донорской и реципиентной ДНК.
F-плазмида может находиться как в автономном состоянии в цитоплазме, так и в интегрированном с хромосомой клетки. Находясь в автономном состоянии, она контролирует только собственный перенос при конъюгации. В результате F- клетка превращается в F + клетку, содержащую F-плазмиду. Если F-плазмида интегрирована с хромосомой бактерии, то при конъюгации она контролирует перенос части хромосомной ДНК в клетку-реципиент. С помощью интегрированной F-плазмиды частота переноса хромосомных генов между бактериями существенно возрастает. Поэтому бактерии, у которых F-плазмида интегрирована с хромосомой, обозначают как Hfr (от англ. high frequency recombination), т.е. обеспечивающие высокую частоту рекомбинаций.
50. R-плазмида. Бактериоциногенный фактор. Бактериоцины. Бактериоцинотипирование. Бактериоциногенотипирование.
Бактериоциногенные плазмиды (на примере Col-плазмиды E.coli)
плазмиды, детерминирующие синтез колицинов (антибиотикоподобных веществ)
гены, детерминирующие синтез колицина
редко интегрируют в нуклеоид
при их дерепрессии бактериальная клетка синтезирует колицины и погибает (потенциально летальная плазмида)
участвуют в нормализации естественного микробиоценоза кишечника
Свойства бактериоцинов:
Представляют собой вещества белковой природы и функционируют как антибиотики с узким спектром действия.
Вызывают гибель клетки не нарушая ее целостности.
Ингибируют синтез ДНК, РНК и белка.
Обладают летальным признаком – после выделения бактериоцина бактериальная клетка может погибнуть.
Клетка, выделяющая бактериоцины, устойчива к действию гомологичных бактериоцинов извне.
Практическое значение бактериоциногении:
Бактериоциногения обеспечивает один из видов антагонистических взаимоотношений. Бактериоциногения у нормальной микрофлоры – это фактор, обеспечивающий устойчивость организма к инфекции, у патогенных микроорганизмов – это фактор их патогенности.
Бактериоциногения – это эпидемиологическая метка микроорганизма, являясь наследственным признаком, т.е. определенный штамм бактерий выделяет бактериоцины соответствующего типа.
Из живых колициногенных штаммов E. coli М17 готовят лечебный препарат – колибактерин.
Молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (или ДНК) обычно представляют собой макромолекулы, и они обязательно присутствуют в клетках как многоклеточных, так и одноклеточных организмов. Прежде всего, они содержатся в хромосомах, которые находятся в клеточном ядре. Но ДНК не всегда присутствует исключительно в виде хромосом внутри клеточного ядра. ДНК может быть представлена и в форме плазмид. Размеры этих молекул значительно меньше в сравнении с макромолекулами ДНК, но особенность этих молекул не только в этом.
Плазмиды существуют в отдельности от хромосом, и они способны осуществлять самостоятельную репликацию (или воспроизводить дочерние молекулы, проще говоря, размножаться). Плазмиды, тем не менее, не встречаются у животных, но они есть в бактериях, отдельных археях и в эукариотических клетках, коими обладают высшие растения и грибы.
Плазмиды обычно представлены в виде двухцепочечных (как ДНК) кольцевых молекул, а размеры варьируются от нескольких сотен спаренных азотистых оснований (п.о.) до 400 тысяч пар оснований, а то и 600 тысяч п.о. В клетках могут быть как одна-две копии, так и десятки копий плазмид. В одной клетке возможно сосуществование плазмид разных классов. Учёными выяснено, что плазмиды способны осуществлять репликацию, но они не являются живыми организмами.
Функции плазмид
Главной функциональной особенностью плазмид является то, что в них содержатся особые гены, отвечающие за улучшение показателей приспособленности бактерий к внешним воздействиям и раздражителям. А ещё плазмиды могут передаваться от одних бактерий к другим (при условии, что эти самые другие “бактерии-реципиенты” были того же вида, того же рода и того же семейства, что и “бактерии-доноры”), и более того, могут передаваться из клеток бактерий в клетки растений, и наоборот.
Содержащиеся в хромосомах макромолекулы ДНК на такое не способны. Таким образом подтверждается механизм горизонтального переноса генов. Если проще, то посредством молекул плазмид может передаваться генетическая информация организму, не являющемуся потомком “материнского”. Наследственная передача генетической информации, соответственно, является вертикальным переносом генов. И такой механизм передачи генов используется учёными-генетиками и применяется, к примеру, в генной инженерии, но об этом будет упомянуто ниже.
Плазмиды могут попасть в другую клетку двумя способами. Первый способ заключается в том, что “материнская” клетка напрямую вступает в контакт с другой клеткой, после чего происходит однонаправленный перенос плазмид, содержащих в себе генетический материал; этот процесс называется конъюгацией. Второй способ заключается в захвате и поглощении экзогенных (то есть, существующих во внешней среде) молекул ДНК, и это называется трансформацией.
Если подытожить, то можно заключить, что плазмиды в ходе попадания из одной клетки в другую в результате конъюгации осуществляют одну из главных своих функций: горизонтально переносят генетическую информацию из клетки в клетку. Но это не единственная функция плазмид. Эти молекулы осуществляют синтез одних элементов и веществ и расщепление других.
Так, плазмиды синтезируют патогенные для отдельных бактерий и клеток вещества, такие как гемолизины (или гемотоксины), которые повреждают оболочку эритроцитов и приводят тем самым к их гемолизу (то есть, разрушению). Ещё плазмиды осуществляют синтез энтеротоксинов, вызывающих, к примеру, пищевое отравление у животных.
Результатом деятельности плазмид становится появление смертельных для других бактерий белков, они также создают антигены, заставляющие бактерии скапливаться в результате адгезии на поверхности клеток в организмах животных (включая человека). Что же касается расщепления, то плазмиды способны разрушать некоторые другие соединения, такие как камфоры, салициловая кислота, ксилолы.
Ещё одной особенностью плазмид является стойкость к воздействию ультрафиолетового излучения, а также тяжёлых металлов и антибиотиков. Поэтому нередко бактерии с плазмидами оказываются патогенными для организма человека.
Строение плазмид
Обыкновенная плазмида, способная к размножению, включает в себя ряд элементов. К таковым относят: точку начала репликации (указывается как ori), структурные гены репликации (rep), локус (точку расположения конкретного гена) генов, что ответственны за копийность (cop), гены, отвечающие за то, как будут распределены плазмиды в ходе деления “материнской” клетки в клетках-потомках (par), а также детерминанты, контролирующих поддержание определённого числа копий (ccd).
Есть также определённое трёхчастное строение плазмид. Каждая молекулы плазмид состоит из модулей. Первый – обязательный модуль, который при репликации копируется в дочернюю молекулу. Второй модуль называется модулем распределения, и он может включать систему распределения, а то и несколько таких систем. Третий модуль называется модулем переноса, и он присутствует у конъюгативных плазмид, соответственно, он играет определённую роль в процессе конъюгации.
Виды плазмид
Учёные выявили множество видов и типов плазмид. Многие из них получили своё название благодаря функциям, которыми отличаются те или иные плазмиды. Есть так назывемые F-плазмиды, или фертильные, занимающиеся контролем плазмид к репликации. R-плазмидами называют резистентные, то есть те, что придают бактериям устойчивость к воздействию антибиотиков.
Некоторые из плазмид называются (благодаря своим специфическим функциям) плазмидами патогенности. Бактериоциногенные, или B-плазмиды ответственны за синтез летальных для других бактерий белков и других веществ; при этом, отдельно за создание бактериоцина под названием колицин отвечают Col-плазмиды. Создание гемолизинов, которые также играют определённую роль в размножении плазмид, доверено Hly-плазмидам, а энтеротоксины синтезируются Ent-плазмидами.
Результатом деятельности Ti-плазмид становится возникновение опухолей в растительных организмах, Tol-плазмидами расщепляется толуол и ксилол. Отдельные плазмиды, отвечающие за распад камфоры (Cam-плазмиды), октана (Oct-плазмиды) и салицина (Sal-плазмиды), называются плазмидами деградации.
Роль плазмид
Как уже было указано ранее, плазмиды позволяют передавать генетическую информацию не только по наследству, но и просто похожим клеткам (растительным, архейным, бактериальным, грибным). Это активно используется современными учёными-генетиками в рамках генной инженерии.
И при помощи определённых специфических свойств (о которых также упоминалось выше), за которые могут отвечать отдельные типы и виды плазмид, плазмиды придают бактериям свойства устойчивости к воздействию лекарственных средств, дают им характер патогенов для тех или иных клеток или других бактерий. Иными словами, плазмиды могут влиять на вредоносность бактерий для организма.
Конъюгированные и неконъюгированные плазмиды
Способность плазмид передаваться из одной клетки в другую во время конъюгации иначе может называться трансмиссивностью. Этот фактор влияет на то, какими могут быть плазмиды. Они могут быть как конъюгированными (конъюгативными), так и неконъюгированными (неконъюгативными), или же трансмиссивными и нетрансмиссивными. Последние не могут самостоятельно запускать конъюгацию, и передача их осуществляется пассивно как половым методом, так и в ходе конъгации, которую могут запускать только конъюгативные плазмиды.
У конъюгированных плазмид есть особые гены, называемые tra-генами. Эти гены объединены в особые же группы, называемые tra-оперонами, а они, в свою очередь, осуществляют процесс переноса плазмидной ДНК из клетки в клетку. Tra-опероны синтезируют особые полые структуры на поверхности клеток, называемые половыми пилями. Клетка-реципиент (или бактерия-реципиент) цепляется за эти пили, после чего притягивается, а после этого участок, коснувшийся участка клетки-донора (или бактерии-донора) разрывается с помощью особого белка.
Передаваемая плазмида кодирует особый фермент, хеликазу, который расплетает ту часть ДНК, что будет перенесена в другую клетку (бактерию), и одним из концов эта самая ДНК переносится в реципиента. Другой конец передаваемой части плазмиды удлиняется, и постепенно восстанавливает ту часть ДНК, что переносится в реципиента.
Этот процесс происходит в обеих клетках (или в бактериях), и в доноре, и реципиенте: и там, и там плазмида вновь становится двухцепочечной. После завершения переноса ДНК разрыв в поверхности клетки-реципиента (бактерии-реципиента) восстанавливается, и реципиент может сам становиться донором, в том числе обретает способность с помощью перенесённой плазмиды отращивать половые пили.
Кстати, tra-опероны в процессе конъюгации также защищают клетку-реципиента от сцепления с половыми пилями других клеток и бактерий.
F-плазмиды фертильности
F-плазмиды, или плазмиды фертильности являются, пожалуй, главными среди разновидностей плазмид, и причина этого очевидна: они отвечают за репликацию. F-плазмиды осуществляют удвоение ДНК в плазмидах, осуществляют контроль за синтезом половых пилей. При конюгации клетка-реципиент получает F-плазмиды фертильности даже в случае, если ранее таковыми она не располагала, при этом F-плазмида может захватывать с собой и часть других генов. В некоторых случаях F-плазмиды могут быть и в составе хромосом.
Интересно, что попавшие в клетку-реципиента (или в бактерию-реципиента) F-плазмиды становятся HFR-плазмидами.
Плазмиды устойчивости
За устойчивость бактерий к антибиотикам отвечают R-плазмиды. R в их названии означает “резистентность”, но также это происходит от особых компонентов, что содержатся в них: фактора переноса устойчивости, или RTF-фактора, а ещё r-детерминантов (или детерминантов устойчивости).
Они отвечают за создание таких ферментов и веществ, что способны разрушать антибиотики при вступлении с ними в прямой контакт. Бактерии благодаря R-плазмидам могут провоцировать возникновение заболеваний, что попросту не поддаются лечению лекарствами и даже группами лекарств (сразу до десяти), а потому такие заболевания становятся более опасными для организма. На их опасность также влияет и тот факт, что R-плазмиды тоже относятся к конъгированным.
Плазмиды вирулентности
Другое название плазмид вирулентности, или Vir-плазмид – плазмиды патогенности. Как понятно из названия, этот тип плазмид тоже придаёт бактериям повышенную опасность для организма, они делают их, соответственно, вирулентными. К ним относятся такие плазмиды, как Ent-плазмиды, Hly-плазмиды, Tox-плазмиды (ответственны за формирование токсинов).
Деградирующие плазмиды
Ещё одна группа плазмид – это деградирующие, или плазмиды биодеградации. Как упоминалось ранее, к этой группе относятся те плазмиды, что осуществляют расщепление и разложение отдельных соединений и веществ (некоторые из этих веществ можно отнести ко ксенобиотикам), и отдельные плазмиды ответственны за разрушение одних веществ, другие плазмиды, соответственно, разрушают другие вещества.
Причём они расщепляют вещества не только природного происхождения, но и антропогенного. Так, некоторые бактерии способны расщеплять нефтепродукты, и это осуществляется тоже за счёт деградирующих плазмид. Кстати, что касается подобного рода бактерий, то в актуальное время учёные проводят исследования в области генной инженерии, и одна из целей этих исследований – попытка улучшить экологическую обстановку в водоёмах и в Мировом океане.
Также плазмиды деградации играют бактериям-носителям на пользу в плане селективного преимущества в той среде, в которой находится бактерия, будь то природная среда или другой организм.
Плазмиды Col
Col-плазмиды, как уже было упомянуто выше, попадают в группу бактериоциногенных плазмид, и данный вид плазмид производит особый бактериоцин под названием колицин. Особый он потому, что присутствует у конкретной патогенной бактерии, именуемой кишечной палочкой (научное название – Escherichia coli, или E. coli).
Вообще, бактериоцины в принципе оказывают негативное воздействие на показатели жизнедеятельности клеток, особенно на штаммы тех же видов, или на штаммы родственных. Бактериоцины являются белками, которые повреждают клеточные мембраны. Уровень активности определяют рецепторы у бактерий-носителей бактериоцинов. На сегодняшний день учёные определили существование более двухсот видов бактериоцинов.
Что касается колициногенных плазмид, то синтезируемый ими колицин не даёт другим бактериям размножаться и развиваться, но при этом для тех самых бактерий, что выделяют колицин, этот бактериоцин совершенно безвреден. Бактерии E. coli (кишечной палочки) выделяют колицин множества видов, названных по буквам латинского алфавита. Col-плазмиды тоже могут быть переданы другим бактериям при конъюгации, и обычно существуют без сцепления с хромосомой, но некоторые виды Col-плазмид могут быть интегрированы в бактериальные хромосомы.
Использование плазмид
Современная наука достаточно активно занимается исследованием плазмид, В частности, генетикам удалось создать искусственные плазмиды, которые особенно полезны в генной инженерии. Такие плазмиды становятся векторами, снабжёнными целевыми кодирующими областями, и затем их размножают в бактериальных клетках, а результатом становится синтез полезного белка.
Так, к примеру, вырабатывают инсулин, крайне необходимый для страдающих диабетом. Плазмиды полезны и в разработке новых лекарственных веществ и в синтезе новых вакцин, а также при создании биологически активных добавок, а вернее – в повышении производительности тех организмов, что могут эти добавки синтезировать. Так что в медицине плазмидам нашлось место.
Также, как уже упоминалось выше, плазмиды могут быть весьма полезны в биоремедиации. Так называется комплекс действий в вопросах очистки загрязнённой среды (почвы, воды, воздуха) с помощью жизнедеятельности живых организмов. И некоторые бактерии благодаря особым деградирующим плазмидам способны разлагать субстраты, которые в принципе трудно поддаются гниению.
Плазмиды и генная инженерия
Наконец, самая перспективная отрасль генетики – генная инженерия, и она тоже не может обойтись без плазмид. Так, искусственно созданные плазмиды можно сделать векторами в области клонирования генетической информации живых организмов. Способность к репликации даёт плазмидам в этом плане преимущество, поскольку так учёные могут обеспечивать возможность того, что рекомбинантная ДНК в клетке-доноре будет также размножаться.
Генная терапия также может рассчитывать на помощь плазмид, ибо в перспективе плазмиды могут синтезировать недостающие у пациента белки, а ещё плазмиды могут быть использованы как транспорт для генов, что кодируют инструменты для редактирования ДНК, в том числе для компонентов системы CRISPR-Cas. Этот инструмент на сегодняшний день является наиболее перспективным в вопросе борьбы с тяжёлыми заболеваниями, в том числе и наследственного характера, и адресного поступления лекарственных веществ тем или иным пациентом в каждом индивидуальном случае.
Читайте также: