Презентация

Слайд 1

Генетика микроорганизмов Карачаево-Черкесская Республика г. Черкесск МБОУ Гимназия № 16 – д /с Серова Карина Александровна ученица 11 «Б» класса Руководитель: Кумукова И.М. Преподаватель биологии 2022г .

Слайд 2

Оглавление Введение Теоретическая часть 1. Актуальность выбранной темы 2. Цели и задачи исследований. Выдвижение гипотезы Основная часть 1. Методы исследования 2. Генетика микроорганизмов 3. Изменчивость микроорганизмов 4.Формы изменчивости 5.Модификационная изменчивость 6. Генотипическая изменчивость 7. Виды генотипической изменчивости Выводы Заключение Список использованной литературы

Слайд 3

Введение У микроорганизмов, как и у других живых существ, наблюдается наследование признаков, свойственных определенному виду. В опытах было показано, что, если содержать бактерии в определенных постоянных условиях, они длительно сохраняют свои свойства. Это говорит о стабильности признаков, присущих каждому виду бактерий. Потомство микробной клетки в основном наследует ее свойства, что позволяет определить, идентифицировать, любой вид микроорганизмов. Известно, что у одного и того же вида бактерий возможны отклонения морфологических и физиологических свойств, возникающие под влиянием факторов внешней среды. Например, Пастер искусственным путем получил необратимые изменения у возбудителей сибирской язвы и бешенства и создал вакцины, предохраняющие от этих заболеваний. Н.Ф. Гамалей наблюдал изменения морфологии холерного вибриона при добавлении в питательную среду хлорида лития. Это свидетельствует о том, что микроорганизмы могут изменять свои свойства в зависимости от условий существования. Исследовательская работа направлена на изучение микроорганизмов, которые играют немаловажную роль в нашей жизни. Тема, по изучению микробов, весьма актуальна в наше время в связи с тем, что многие микроорганизмы вызывают различные заболевания, поэтому необходимо находить способы борьбы с ними. Однако есть бактерии, которые используются на производстве и приносят колоссальную пользу.

Слайд 6

Законы изменчивости и передачи наследственных признаков микробами изучает генетика. В 1944 г. на модели пневмококков было показано, что веществом, ответственным за хранение наследственной информации, является ДНК. В 1953 г. расшифрована структура ДНК и раскрыт генетический код кишечной палочки. Генетика микроорганизмов - это наука о наследственности микроорганизмов, их наследуемой и ненаследуемой изменчивости. Необходимо отметить, что общая генетика явилась важной основой для развития молекулярной биологии, а генетика микроорганизмов явилась базой для изучения многих вопросов наследственности и изменчивости, т. е. для развития самой генетики . Изменчивость микроорганизмов В зависимости от формы реализации изменчивости ее подразделяют на: а) ненаследственную ( модификационную ) и б) наследственную. Ненаследственная( модификационная изменчивость) Живой организм постоянно ощущает на себе влияние факторов среды, которые способны менять физиологию и морфологию организма. Примером может быть посадка одного и того же растения в различные почвы и при различных условиях – когда они вырастут, то будут отличаться друг от друга по своим морфологическим признакам. Это и есть явление изменчивости, связанное с действием факторов окружающей среды. Конечно, такие изменения не наследуются, то есть если взять в дальнейшем их семена и посадить в плодородную почву, то выросшие растения будут похожи. Значит изменчивость, которая возникает под влиянием окружающей среды, является ненаследственной изменчивостью и называется модификационная изменчивость .

Слайд 7

Модификационная изменчивость обладает рядом свойств: - модификационная изменчивость носит групповой характер – реакция организмов на один и тот же фактор будет одинакова (примером может служить появление загара на коже человека под действием ультрафиолетовых лучей как защитное свойство кожи); - модификационная изменчивость определенна – соответствует тому фактору, который ее вызывает (физическая нагрузка ведет к развитию мышц, но не влияет на цвет его кожи); - модификационная изменчивость не беспредельна, она имеет четкие границы проявления признака на основе генотипа, то есть генетически обусловленной нормой реакции. Норма реакции – это пределы, в которых, в зависимости от условий внешней среды, может изменяться фенотипическое проявление отдельных генов или генотипа в целом. Примером проявления нормы реакции может служить зеленый окрас листьев растений, обусловленный хлорофиллом, который содержится в их клетках. Как мы уже знаем, за синтез хлорофилла отвечает определенный ген, но на синтез хлорофилла влияет также солнечный свет. При недостаточном солнечном свете листья растения будут бледными, по сравнению с растениями, растущими при ярком свете, хотя генотип у них одинаков. Норма реакции того или иного признака может быть различна, как колебания веса у человека, такие признаки носят название признаков с широкой нормой реакции . К ним относятся количественные признаки: яйценоскость, удойность, количество плодов, вес, рост. Признаки с узкой нормой реакции – это другая группа признаков, которые могут колебаться в незначительных пределах. Это качественные признаки: окрас, цвет волос, цвет глаз.

Слайд 8

Модификационная изменчивость позволяет живому организму приспособиться к той среде, в которой он живет. Она не передается по наследству, не играет никакой роли в эволюции, но она необходима для выживания этого организма. Примером служит подшерсток у животных, в зимний период времени он становится гуще. В зависимости от климата происходит линька животных, так, заяц беляк меняет зимой серую шубку на белую, но, если заяц живет в климатической зоне, где большую часть времени держится снег, он не меняет свой окрас, а его собрат, живущий в теплых бесснежных районах, весь год носит серую шубку.

Слайд 10

Наследственная (генотипическая) изменчивость Наследственность - это свойство микроорганизмов воспроизводить одни и те же сходные признаки в ряду поколений. Наследственность неразрывно связана с изменчивостью, т.е. с изменением специфических свойств под действием различных факторов. Изучение изменчивости микроорганизмов началось на первых этапах развития микробиологии в первых работах Пастера, показавшего возможность ослабить вирулентные свойства микроорганизмов при воздействии различных факторов. Наследственная изменчивость необратима, она развивается вследствие перестройки наследственного аппарата микроорганизма в результате непосредственного внешнего или внутреннего воздействия на него или внедрения чужеродного генетического материала (трансформация, конъюгация, рекомбинация и др.). В микробиологии основоположником учения об изменчивости является Луи Пастер. Наследоственная изменчиваоть обусловлена изменениями, происшедшими в ДНК. В основе наследственной изменчивости лежат 2 процесса: Мутации – наследуемые изменения последовательности азотистых оснований ДНК. Рекомбинации – обмен участками ДНК между бактериями, одна из которых является донором, а другая – реципиентом . Наследственная (генотипическая) изменчивость , связанная с мутациями, – мутационная изменчивость. Основу мутации составляют изменения последовательности нуклеотидов в ДНК, происходит структурная перестройка генов, проявляющаяся фенотипически в виде измененного признака. Наследственная изменчивость, связанная с рекомбинациями, называется рекомбинационной изменчивостью.

Слайд 11

Мутации — это стойкие наследственные изменения, вызванные выпадением или добавлением одного (или нескольких) оснований, а также изменением последовательности отдельных нуклеотидов в цепочке ДНК. Они проявляются изменением морфологии бактериальной клетки, синтеза белка, потребностей в питательных веществах, повышением устойчивости к антибиотикам, снижением или повышением вирулентности микроба.

Слайд 12

Мута́ция (лат. mutatio — изменение) — стойкое (то есть такое, которое может быть унаследовано потомками данной клетки или организма) изменение генотипа, происходящее под влиянием внешней или внутренней среды. Процесс возникновения мутаций получил название мутагенез Механизм мутаций заключается в выпадении, вставке или замене одной пары нуклеотидов либо группы нуклеотидов в молекуле ДНК, а также в изменении последовательности их расположения . Если мутантная бактериальная клетка лучше приспособлена к условиям окружающей среды, чем исходные особи, то потомство ее при размножении культуры будет занимать все большую часть популяции и постепенно вытеснит исходные клетки. В результате произойдет изменение генотипического состава и соответственно свойств данной культуры микроорганизма. По происхождению различают спонтанные и индуцированные мутации. К появлению спонтанных мутаций приводят ошибки репликации, неправильное формирование комплементарных пар оснований или структурные искажения ДНК под действием естественных мутагенов. Спонтанные мутации могут вызывать благоприятные и неблагоприятные генетические изменения. Примерный уровень спонтанного мутирования — одна мутация на каждые 106-107 клеток. Численная доля мутантов в клеточной популяции для разных признаков различна и может варьировать от 10-4 до 10-11. Несмотря на то что уровень мутаций в популяции бактерий для отдельных клеток кажется незначительным, нужно помнить, что популяция бактерий огромна, и они размножаются быстро. Следовательно, уровень мутаций с точки зрения целой популяции довольно значителен. Кроме того, появившиеся спонтанно и устойчивые к действию какого-либо антибиотика мутанты имеют при размножении преимущество по сравнению с «диким» типом бактерий и быстро образуют устойчивую популяцию.

Слайд 13

Индуцированными мутациями- называют наследуемые изменения генома, возникающие в результате тех или иных мутагенных воздействий в искусственных (экспериментальных) условиях или при неблагоприятных воздействиях окружающей среды. Индуцированные мутации возникают в клетках организма под воздействием химикатов, радиации или репликационного материала вирусов. Такие мутации проявляются чаще, чем спонтанные, имеют более серьезные последствия. Они влияют на отдельные гены и группы генов, блокируя синтез отдельных белков. Индуцированные мутации часто глобально влияют на геном, именно под воздействием мутагенов в клетке появляются аномальные хромосомы: изохромосомы , кольцевые хромосомы, дицентрики . Мутагены, помимо хромосомных перестроек, вызывают повреждения ДНК: двунитевые разрывы, образование ДНК-сшивок. Примерами индуцированных мутаций могут служить различные генетические заболевания, чаще проявляющиеся в зонах, подверженных воздействию физического или химического мутагенного фактора. Известно, в частности, что в индийском штате Керала , где годовая эффективная доза ионизирующего излучения превосходит норму в 10 раз, повышена частота рождения детей с синдромом Дауна ( трисомия по 21-й хромосоме). В китайском округе Янцзян в почве выявлено большое количество радиоактивного монацита Нестабильные элементы в его составе (церий, торий, уран) распадаются с выделением гамма-квантов . Воздействие коротковолнового излучения на жителей округа привело к большому количеству рождений детей с синдромом кошачьего крика ( делеция большого участка 8-й хромосомы), а также повышенной заболеваемости раком.

Слайд 16

Генетическая рекомбинация – взаимодействие между двумя геномами, которое приводит к образованию рекомбинаций ДНК и формированию дочернего генома, сочетающего гены обоих родителей. Особенности рекомбинаций у бактерий определяются отсутствием истинного полового процесса и мейоза у прокариот и гаплоидным набором генов. В процессе рекомбинации бактерии условно делятся на клетки-доноры , которые передают генетический материал, и клетки-реципиент ы, которые этот материал воспринимают. В клетку-реципиент проникает не вся, а только часть хромосомы клетки-донора, т.е. один или несколько генов. Образуется только один рекомбинант , генотип которого представлен в основном генотипом реципиента с включением фрагментов хромосомы донора.

Слайд 17

Конъюга́ция (от лат. conjugatio — соединение) — однонаправленный перенос части генетического материала ( плазмид или бактериальной хромосомы) при непосредственном контакте двух бактериальных клеток. Открыт в 1946 году Джошуа Ледербергом и Эвгардом Татумом . Явление конъюгации было открыто и хорошо изучено у кишечной палочки ( Escherichia coli ), но в дальнейшем конъюгация была описана у множества как грамположительных , так и грамотрицательных бактерий . Посредством конъюгации бактерии обмениваются генетическим материалом, поддерживая своё генетическое разнообразие . Конъюгативные плазмиды также кодируют белки, противодействующие прикреплению пилей других бактерий к клеточной стенке данной. Поэтому клетки, уже содержащие трансмиссивные плазмиды , на несколько порядков реже выступают в роли реципиентов при конъюгации. Плазмидой кодируется эндонуклеаза , разрезающая одну из нитей её ДНК в определённой точке ( oriT ). Затем разрезанная цепь раскручивается и 5'-концом переносится в клетку-реципиент. Выдвигалось предположение, что ДНК передаётся по каналам в половых пилях , но к настоящему времени показано, что перенос идёт через поры в клеточной стенке. В первом сегменте поступающей в клетку реципиента нити ДНК расположены антирестрикционные гены.Эти гены должны транскрибироваться в реципиенте сразу же после своего поступлениятуда , чтобы обеспечить накопление белков, блокирующих процесс разрушения ДНК рестриктазами .Наконец , переданная цепь замыкается в кольцо и на её основе восстанавливается двунитевая структура ДНК плазмиды . Весь процесс длится несколько минут.

Слайд 18

Трансформация — это обмен генетической информацией у бактерий путем введения в бактериальную клетку-реципиент готового препарата ДНК (специально приготовленного или непосредственно выделенного из клетки-донора). Чаще всего передача генетической информации происходит при культивировании реципиента на питательной среде, содержащей ДНК донора. Для восприятия донорской ДНК при трансформации клетка-реципиент должна находиться в определенном физическом состоянии (компетентности), которое достигается специальными методами обработки бактериальной популяции. При трансформации передаются единичные (чаще 1) признаки. Трансформация является самым объективным свидетельством связи ДНК или ее фрагментов с тем или иным фенотипическим признаком, поскольку в реципиентную клетку вводится чистый препарат ДНК. В естественных условиях трансформация даёт возможность бактериям получить извне гены, которые могут помочь адаптироваться к данным условиям. Таким образом, трансформация является одним из механизмов горизонтального переноса генов, наряду с конъюгацией (обменом клетками генетическим материалом при физическом контакте), и трансдукции, при которой фрагмент ДНК переносится фагом. Так как компетентность может вызываться повреждениями ДНК и часто происходит под действием агентов, вносящих повреждения в ДНК, то трансформация может служить адаптивным механизмом, способствующим репарации ДНК. Получая фрагмент ДНК извне бактерия может использовать его в качестве матрицы для репарации повреждений путём гомологичной рекомбинации. Трансформация стала рутинным методом молекулярной биологии для наработки большого количества требуемой плазмиды . Чтобы искусственно ввести клетки в состояние компетентности, существует два основных подхода: электропорация , при которой клетки поглощают ДНК после кратковременно приложенного напряжения, и химическая трансформация, при которой на клетки действуют разнообразными солями двухвалентных ионов.

Слайд 19

Трансдукция — перенос бактериофагом в заражаемую клетку фрагментов генетического материала клетки, исходно содержавшей бактериофаг. Трансдуцирующий бактериофаг обычно переносит лишь небольшой фрагмент ДНК хозяина от одной клетки (донор) к другой (реципиент). Трансдукция — это опосредованная фагами передача ДНК между бактериальными клетками. Ключевой этап этого процесса — упаковка переносимой ДНК в головку фага во время литической фазы его жизненного цикла, то есть когда клетка погибает, высвобождая наружу вирусные частицы. Как правило, при сборке вирусных частиц в головку фага попадает его собственная ДНК, но изредка случаются ошибки, когда в головку фага попадают фрагменты бактериальной ДНК, которые могли образоваться, например, при вызванном фагом разрушении бактериальной хромосомы. Фаговые частицы, содержащие фрагменты бактериальной ДНК, называют трансдуцирующими частицами. Они могут заражать клетки как нормальные фаги, так как имеют все необходимые для этого гены. Когда после прикрепления к клетке фаг впрыскивает в неё свою геномную ДНК, он впрыскивает и бактериальную ДНК, содержащуюся в его головке. Любопытно, что трансдукция возможна и во время литического цикла. К трансдукции способны не все фаги. К ней способны лишь те фаги, которые вызывают фрагментацию бактериальной геномной ДНК на фрагменты нужного размера, чтобы они поместились в капсид . Иногда в вирион попадает не геномная ДНК бактерии, а плазмида , которая после попадания в следующую заражённую клетку продолжит удваиваться. Фрагменты генома, переносимые фагами, напротив, к репликации неспособны; их удвоение возможно лишь в том случае, если они смогут интегрироваться в хромосому бактерии-реципиента . Трансдукцию применяли для картирования генов бактериальных хромосом. Метод основан на том, что фрагменты бактериальной ДНК, переносимые при трансдукции, достаточно велики и могут содержать целый ряд генов, поэтому близко расположенные гены могут при трансдукции переноситься одновременно ( котрансдукция ). Чем меньше гены сцеплены, тем меньше наблюдается котрансдукция . На основе этой информации можно восстановить порядок следования генов на бактериальной хромосоме.

Слайд 20

Заключение. Итак, подводя итог всему вышесказанному, можно сделать вывод, что у микроорганизмов, как и у других живых существ, наблюдается наследование признаков, свойственных определенному виду. В опытах было показано, что, если содержать бактерии в определенных постоянных условиях, они длительно сохраняют свои свойства. Это говорит о стабильности признаков, присущих каждому виду бактерий. Потомство микробной клетки в основном наследует ее свойства, что позволяет определить, идентифицировать, любой вид микроорганизмов. Однако известно, что у одного и того же вида бактерий возможны отклонения морфологических и физиологических свойств, возникающие под влиянием факторов внешней среды. Микроорганизмы служат излюбленными объектами для решения общих вопросов генетики, биохимии, биофизики, космической биологии и др. Культуры бактерий применяются для количественного определения аминокислот, витаминов, антибиотиков. Плодородие почв в значительной мере связано с жизнедеятельностью бактерии, минерализующих растительные и животные остатки с образованием соединений, усваиваемых с.-х. растениями. Вместе с тем, синтезируя живое вещество клеток, бактерии накапливают большие количества органических соединений в почве. В верхних слоях окультуренной почвы на площади в 1 га содержится несколько тонн бактериальных клеток. Живущие в почве азотфиксирующие бактерии обогащают почву азотом. Исключительно велика роль клубеньковых бактерий, фиксирующих газообразный азот. Заражение семян бобовых растений нитрагином — препаратом, содержащим клетки клубеньковых бактерий, повышает урожай растений и накопление азота в почве. Разные виды бактерии применяют при получении из молока кисломолочных продуктов, масла и сыра .

Слайд 21

Список используемой литературы . 1. Браун В. Генетика бактерий. М., 1968 2. Пехов А.П. Генетика микроорганизмов. М, 1977 3. Дубинин Н.П. Общая генетика. М., 1970 4. Генетика микроорганизмов -картинки