Genetika mikroorganizama

Genetika mikroorganizama je nauka koja se bavi proučavanjem genetskog sastava i uticaja različitih faktora na genetske osobine mikroorganizama. Od prvog otkrića mikroorganizama istraživače su interesirali mehanizmi koji određuju različite osobine mikroorganizama, njihov oblik, građu, metabolizam i mehanizme kojim oni vode borbu za opstanak u prirodi. Saznanja koje je ova nauka do sada pružila omogućila su ogroman napredak u korištenju mikroorganizama u različitim oblastima ljudske djelatnosti kao što su medicina, veterina, poljoprivreda, industrijska mikrobiologija. Zahvaljujući ovoj nauci, mikroorganizmi su se počeli koristiti kao usmjereni – genetski programirani- za proizvodnju različitih lijekova, hormona ili visoko vrijednih životnih namirnica. U medicini, posebno, genetika mikroorganizama se bavi proučavanjem nastanka rezistentnih mikroorganizama na različite lijekove i dezinfekciona sredstva i nastanka promjenjene virulencije različitih sojeva mikroorganizama.

Istorijat Pronalazak mikroskopa omogućio je naučnicima da posmatraju morfološke osobine različitih mikroorganizama pa je većina istraživača mislila da su mikroorganizmi neograničeno promjenljivi. Mislilo se da štapićaste bakterije (bacilli) mogu preći u loptaste (coccae) i obrnuto jer se radilo sa nečistim kulturama. Na osnovu takvih zapažanja Negeli 1877 godine postavio teriju Teoriju pleomorfizma kojom je pretpostavljao da bakterije najrazličitijih oblika pripadaju jednoj jedinoj vrsti (species).Ovu teoriju ubrzo je istisnula teorija monomorfizma koju su postavili R. Koch i njegovi učenici.R. Koch i njegovi učenici su razvili tehniku čistih kultura i u njima su redovno vidjeli bakterije istih ili sličnih struktura koji su za pojedine vrste bili stalni pa su predpostavili da su osobine bakterija nepromjenljive. Bakterije novih oblika koje su vidjeli u kulturama objašnjavali su kao kontaminante ili involutivne oblike ili kao druge vrste bakterija.Međutim, grupa naučnika među kojima i Pasteur nisu nikada vjerovali da su bakterije nepromjenljive. Almquist u Švedskoj, Lehman i Neumann u Njemačkoj i Th Smit u USA 1893 godine postavljaju ponovo teoriju pleomorfizma kojom naglašavaju da se bakterije mjenjaju unutar nasljednih osobina. One mogu mijenjati svoju veličinu, morfologiju, antigensku građu, biohemijsku aktivnost ali unutar roda ili vrste (disocijacija bakterija). Ovi istraživači su utvrdili da su promjene bakterija uslovljene njihovim osobinama:

1.Bakterije su mnogo sitnije od viših živih bića i građene su samo od jedne ćelije, nisu povezane u tkiva ili organe pa mnogo tjesnije dolaze ukontakt sa drugim agensima i mnogo su jače izložene uticajim spoljne okoline. Zbog stalnog «bombardovanja» iz spoljne sredine one se kreću (Brownovo kretanje), imaju veliku reaktivnu površinu.2.Bakterije se razmnožavaju neuporedivo brže nego ostala živa bića. Vrijeme generacije kod nekih bakterija traje samo 20 minuta pa se dnevno izmjeni po 100 generacija.

Bakterijski genomBakterijski genom se može definisati kao skup svih gena koji su smješteni u molekuli DNK bakterije.Proteini prisutni u bakteriji odlučuju o svim osobinama bakterijske ćelije. Za život bakterije potrebne su strukturne i funkcionalne proteinske molekule (npr. enzimi, transportni proteini).Proteini su građeni od lineranog rasporeda aminokiselina (primarna struktura proteina), koji se u ograničenim razmjerama u unutrašnjosti bakterijske ćelije samostalno pretvaraju u funkcionalne proteine. Informacije o aminokiselinskom rasporedu svakog proteina su

pohranjene u rasporedu nukleotida, koje čine ćelijsku DNK. Dio ćelijske DNK, koji omogućava izgradnju pojedninog proteina, naziva se gen, a čitava ćelijska DNK se naziva genom.Izražavanje (ekspresija) gena je proces u kojem se informacija, pohranjena u rasporedu nukleotida u DNK, prevede u protein. To omogućava transportna RNK (tRNK), koja se specifično veže za određenje aminokiseline i prenese ih do mjesta biosinteze proteina na ribozomima, ribozomskih RNK (rRNK), koje su pored brojnih proteina sastavni dio ribozoma, i informacione RNK (messenger, mRNK) kao matrice, pomoću koje se na ribozomima određeni raspored nukleotida prenese u raspored aminokiselina, što čini primarnu strukturu proteina. Prepisivanje rasporeda nukleotida DNK u raspored nukleotida RNK naziva se transkripcija - prepisivanje, a prevođenje informacije iz rasporeda nukleotida RNK u raspored aminokiselina proteina se naziva translacija – prevođenje.Genom, koji je ukupna osnova nasljednih osobina bakterijske ćelije, je kod bakterija mali i jednostavno građen. Tako je kod crijevne bakterije Escherichiae coli genom sastavljen od jedne kružne molekule DNK duge oko 1 mm, koja je sa malim molekulama poliamina učvršćena i savijena u bakterijski hromozom, koji zauzima dio citoplazme (nukleotid) bakterijske ćelije. Pored hromozomske DNK bakterija posjeduje nekoliko destina do nekoliko hiljada plazmida, koji su hiljadu puta manje kružne molekule od bakterijskog hromozoma. Veći dio bakterijske DNK zauzimaju geni, dijelovi DNK, koji su u prosjeku dugi od oko 1.000 baznih parova (bp) sa zapisom za neki genski produkt, odnosno za molekulu RNK odgovarajućeg proteina. Procjenjuje se da Escherichia coli ima genom sastavljen od 4,7 bp (parova baza) koji sadrži oko 4.000 različitih gena.

Genom Mycobacterium tuberculosis

Struktura bakterijskog genaSvaki gen je sastavljen od rasporeda nukleotida u kojem je kodiran zapis za proteine i iz regulacijskog rasporeda nukleotida, koji sadrže signale za početak, uspješnost i kraj izražavanja genske poruke.

Strukturni dio gena je odsječak DNK u čijem rasporedu nukleotida je pohranjena informacija o strukturi proteina. Po tri nukleotide ovog gena čine triplete, nazvani kodoni, sa specifičnim zapisom za aminokiseline, koje su gradivni elementi proteina. Startni kodon je triplet ATG (adenin, timin, gvanin), koji kod bakterija kodira aminokiselinu N-formilmetionin. Za prevođenje rasporeda nukleotida u raspored aminokiselina, koji se odvija na ribozomima, potrebno je da se strukturni gen prepiše u raspored ribonukleotida na mRNK. Tada se startni kodon ATG prepiše u AUG (adenin, uracil, gvanin). Pri tome je vrlo značajan prepis rasporeda od 8 do 13 nukleotida ispred startnog kodona, koji sadrži 4 do 9 nukleotida dug regulacijski zapis što omogućava matrici mRNK da se veže na ribozome i tako ispostavi kodon AUG za početak sinteze proteina. Zadnji triplet strukturnog dijela gena se sastoji od 3 stop kodona: TAA, TAG i TGA. Stop kodoni ne kodiraju aminokiseline i zbog toga su znak za okončanje sinteze proteina na ribozomima. Prepis gena u potrebnu mRNK se ne završava sa stopkodonima nego se produžuje za više od 10 nukleotida, što čini regulaciju završetka sinteze proteina.Vrlo značajna regulacijska osobina gena je raspored nukleotida pred mjestom na kojem započinje prepisivanje DNK u mRNK. Na taj raspored, koji se zove promotor, veže se enzim RNK polimeraza i počinje na jednom od oba lanca DNK sintetizirati RNK komplementarnog rasporeda.Kod bakterija su strukturini geni, kao i proteini koji su povezani u grupne biološke procese potrebne za žvot bakterije, raspoređeni jedan iza drugog u tzv. genske grozdove. Svaki genski grozd nadzire jedan promotor. To omogućava da se tokom izražavanja (ekspresije) gena prepisuje skupa u jednoj cjelini neprekinuta molekula mRNK, koja se naziva policistronska. Genski grozd, promotor i preostali regulacijski raspored nukleotida ispred i iza promotora čine jednu transkripcijsku cjelinu koju nazivamo operon. Većina operona sadrži 2 do 6 različitih strukturnih gena. Neki operoni posjeduju i po 20 ili više strukturnih gena. Preostali regulacijski raspored nukleotida ispred i iza promotora su vezna mjesta za proteine koja aktiviraju ili koče početak prepisivanja DNK i time reguliraju djelovanje promotora.

Izražavanje (ekspresija) bakterijskih genaEnzim za sintezu RNK je RNK-polimeraza, koja se velikom brzinom (1.000 nukleotida u jednoj sekundi) pomiče na DNK i traži promotor. Kada ga svojim oblikom prepozna prema obliku DNK i rasporedu nukleotida na tom mjestu, čvrsto se veže sa njim te utiče na strukturu DNK i razgrađuje je. Promjene u promotoru prepoznaju sada i drugi, pomoćni proteini, kao što je npr. topoizomeraza koja se veže i učestvuje u razvijanju dvostrukolančane DNK i odvajanju njenih lanaca tako da se svaki od dva lanca dvostrukolančane DNK može ponašati kao matrica za sintezu komplementarne RNK. U toj kompleksnoj strukturi DNK je odvijena i udaljena prosječno 17 nukleotida. Enzim RNK-polimeraza je sastavljen od više proteinskih podjedinica, od kojih svaka ima svoju ulogu – od prepoznavanja posebnih oblika promotora, vezanja na njeg i odvajanja oba lanca DNK i pomicanja naprijed i sinteze RNK. RNK-polimeraza se pomiče duž DNK i sintetizira RNK brzinom 30 do 60 nukleotida u sekundi, tako da se prosječno bakterijski gen prepiše (faza transkripcije) u mRNK za jedan minut.Sinteza RNK se zaustavi kada RNK-polimeraza dođe do terminacijskog rasporeda. Na tom mjestu se prekida veza između RNK-polimeraze i DNK te matrične DNK i novonastale RNK. RNK-polimeraza se odlijepi i spremna je da započinje slijedeći ciklus transkripcije.Kako prokarioti nemaju ćelijsko jedro, bakterijski hromozom pliva u citoplazmi i nije fizički odvojen od ribozoma. Zato, u fazi transkripcije, nastala mRNK dolazi kao «vlaga» do ribozoma i počne se prevoditi u proteine (faza translacije – prevođenja). Tako se translacija i transkripcija u bakterijskoj ćeliji odvijaju skoro istovremeno.Na svaku molekulu mRNK se pričvrsti grozd od 10 do 100 ribozoma, koji se pomiču uzduž nastajuće mRNK. Na taj način

iz svakog ribozoma «raste» nanovo sintetizirana molekula proteina. Tako može jedna matrica mRNK da služi za sntezu 10 do 100 molekula određenog proteina.Proces translacije je dosta komplikovan. U njemu učestvuje najmanje 50 proteina i ribozomskih RNK (rRNK) koje čine ribozome, više od 20 enzima koji u citoplazmi vežu pojedine aminokiseline na više od 20 specifičnh transportnih RNK (tRNK), više od 10 različitih enzima i drugih proteinskih faktora koji su potrebni za početak sinteze proteina (inicijacija), njihovo produživanje (elongacija) i kraj (terminacija). Učestvuju također brojni enzimi za posttranslacijske promjene kao što su odcjepljenje i oblikovanje početnog i krajnjeg dijela proteina te pripajanje različitih funkcionalnih grupa (fosfatne, metilne, karboksilne, ugljikohidratne grupe) do konačnog oblikovanja «zrelog» proteina. Bakterija upotrijebljava oko 90% energije za sintezu proteina jer se u svakom trenutku u njoj sintetizira na hiljade proteina koji su joj potrebni da savlada sve životne potrebe.Proces izražavanja (ekspresije) gena je strogo nadziran, pri čemu pored RNK-polimeraze, koja se veže na promotor, učestvuju još neki proteini koji se vežu u neposrednoj blizini. Ti proteini se nazivaju faktori specifičnosti i pomažu RNK-polimerazi da prepozna u pravom trenutku pravi promotor, da se na njeg veže i omogući izražavanje gena.Druga vrsta regulacijskih proteina su represori, koji prepoznaju raspored nukleotida i koji se vežu na poseban raspored nukleotida tik iza promotora, obično ispred strukturnog gena. Taj raspored nukleotida se naziva operator. Represori svojim vezanjem blokiraju promotor i RNK-polimerazu te se ona ne može pomicati u strukturni dio gena i sintetizirati RNK. Ovaj način nadzora nad izražavanjem gena se naziva negativno uravnjanje.Primjer genskog uravnjanja je uravnjanje operona lac kod Escherichiae coli. Strukturni geni lac A, lac Y i lac Z se prepišu u policistronsku m-RNK. Grupna regulacijska jedinica posjeduje promotor (P) koji je vezivno mjesto za enzim RNK-polimerazu i operator (O), koji je vezivno mjesto za specifičnu represorsku bjelančevinu. Ispred promotora se nalazi poseban gen I, koji nosi zapis za represorsku bjelančevinu a njega nadzire poseban vlastiti promotor. Ovaj promotor je stalno aktivan što ima za posljedicu neprekinutu sintezu represorske bjelančevine. Ona se sa velikim afinitetom veže na operator (O) na promotoru (P) i tako blokira njegovu aktivnost. Kada se bakterija nađe u okolini gdje postoji mnogo hrane (npr. laktoza) ova hrana djeluje kao induktor ekspresije gena. Kako se sa velikim afinitetom veže za represorsku bjelančevinu, ova represorska bjelančevina se odlijepi sa promotora i oslobodi put RNK- polimerazi za sintezu m-RNK. To omogućava nastajanje enzima koji metaboliziraju molekule hrane. U slučaju kada je manjak hrane, represorska bjelančevina ponovo zaposjeda promotor i blokira nastavljanje sinteze m-RNK koja više nije potrebna.Ulogu represora imaju bjelančevine za negativno uravnjanje ekspresije gena, a ulogu aktivatora imaju bjelančevine pozitivnog uravnjanja ekspresije gena. Vežu se na posebne nukleotide ispred promotora i svojim vezivanjem utiču na oblik rasporeda promotora tako da se RNK-polimeraza može brže i lakše vezati za promotor i nastaviti sintezu RNK.

Sinteza bjelančevina se odvija na ribozomima, kojih se u bakteriskoj ćeliji Escherichiae coli nalazi oko 15.000 i koji zauzimaju najmanje jednu četvrtinu suhe materije ove bakterije. Svaki ribozom je sastavlje od veće i manje podjedinice; veća podjedinica je sastavljena iz dvije molekule r-RNK (3.200 nukleotida) i 34 različite bjelančevine, manja podjedinica je sastavljena iz jedne molekule r-RNK (1.540 nukleotida) i 21 bjelančevine. Svaki od pomenutih sastavnih dijelova ima određenu ulogu u usklađivanju komplikovanih procesa vezivanja i usmjeravanja matrične m-RNK, preuzimanju različitih t-RNK, koje donose određene aminokiseline, pri povezivanju aminokiselina u peptidne lance i pri pomicanju ribozoma po m-RNK do kraja sinteze bjelančevine. Sinteza bjelančevina protiče vrlo brzo: svake sekunde se poveže 15 aminokiselina. Kako su bakterijske bjelančevine građene od prosječno 300 aminokiselina to sinteza jedne bjelančevine traje 20 sekundi. Na svaku m-RNK

može da se veže po više grozdova ribozoma koje nazivamo poliribozomima, što omogućava da se istovremeno izgradi veliki broj molekula iste bjelančevine.Za svaku od 20 različitih aminokiselina postoji najmanje po jedna transprotna RNK (t-RNK) a za neke aminokiseline postoji i po pet t-RNK. To su male, 73 do 93 nukleotida duge molekule, koje zbog unutrašnjeg sparivanja baza imaju oblik lista djeteline a u prostoru se savijaju tako da je svaka t-RNK različitog oblika. Svaku od t-RNK prepozna za nju specifičan enzim koji na nju veže određenu aminokiselinu. To omogućava veliku specifičnost jer svaka t-RNK ima triplet nukleotida t.j. antikodon koji omogućava da t-RNK dođe na tačno određeno mjesto na m-RNK, gdje se nalazi komplementarni dio antikodonu t-RNK t.j. kodon na m-RNK. Tako svaka aminokiselina bude prenesena na pravo mjesto. Isto tako se omogućava tačan prenos genske informacije iz rasporeda nukleotida u raspored aminokiselina u bjelančevini koja je konačan produkt ekspresije gena.

Promjene bakterijskog genoma

Svaki gen sa proteinom čiju proizvodnju kodira je svojevrsna biološka inovacija koja organizmu pomaže da preživi. Osnovna uloga nukleinskih kiselina je tačno čuvanje svih evolucijski dobijenih inovacija (gena) koji omogućavaju preživljavanje organizma u svakodnevnoj borbi za opstanak. Zato su potrebni precizni mehanizmi koji prenose gensku informaciju na potomstvo. Međutim, u evoluciji je korisno da dolazi i do manjih promjena u genskom sastavu, ovisno od evolucijskih zahtjeva u kojim se organizam nalazi. Sa tim manjim promjenama u genima organizam može lakše da preživi. Zato svaka vrsta mora imati uravnotežene mehanizme koji čuvaju genski sastav ali također omogućavaju manje genske promjene. U odnosu na višećelijske organizme, bakterijska ćelija koja ima vrlo kratko vrijeme generacije, je odličan model za posmatranje ponašanja genskog sastava i njegovog prenošenja na potomstvo. Genske promjene koje omogućavaju bakterijama njihovo preživljavanje u različitim uslovima se mogu u kratkom vremenu primjetiti.Promjene bakterijskog genoma mogu biti uzrokovane mutacijama. Posebna osobina bakterija je da u svoj genom mogu pridobiti gene od drugih bakterija na različit način prenosa bakterijske DNK (konjugacijom, trnsdukcijom, transformacijom).

MutacijeMolekula nukleinske kiseline koja može da se autonomno podvoji (replikuje) se naziva replikon. Pored bakterijskih hromozoma tu spadaju i bakterijski plazmidi i bakteriofagi. Promjene rasporeda nukleinskih baza u replikonu se nazivaju mutacije.Mutacije obično dijelimo na hromozomske mutacije kod koji dolazi do većeg preuređenja hromozoma (invezija, dupliranje, delecija) i na tačkaste mutacije gdje dolazi do promjena jedne ili više nukleotida u DNK. Tačakaste mutacije mogu nastati substitucijom (jedan nukleotid zamjeni drugi), delecijom (jedan ili više nukleotida se odstrani iz DNK) ili insercijom (jedan ili više nukleotida se umetne – insertuje u DNK).Obzirom na funkciju posljedica mutacije može da bude nikakva jer mutirani gen i dalje obavlja istu funkciju kao i ranije ali posljedica može da bude i izražena, odnosno da dolazi do promjene u krajnjem produktu ekspresije mutiranog gena. Mutirani gen može vršiti ekspresiju proteina sa promjenjenim rasporedom aminokiselina pa takve mutacije nazivamo nekorektnim mutacijama. Međutim, mutacije mogu biti i terminacijske kada mutirano mjesto postaje stopkodon za sintezu odgovarajućeg proteina ili aberantne mutacije kada dolazi do sinteze proteina sa promjenjenim rasporedom aminokiselina.Uticaj mutacije na fenotip je ovisan od vrste mutacije, njenog uticaja na ekspresiju nekog gena, važnosti mutiranog genskog produkta u ćelijskom metabolizmu a također i od drugih gena (polimorfni aleli), koji mogu nadomjestiti funkciju mutiranog gena.

Mutacije bakterijskih gena najčešće uzrokuju promjene pojedinih enzimskih reakcija u ćelijskom anabolizmu ili katabolizmu (na primjer sinteza pojednih aminokiselina, razgradnja pojednih šećera). Neki od takvih poremećaja mogu bakterijama pomagati da razviju otpornost prema lijekovima (mutacija koja dovodi do sinteze izmjenjenih penicillin vezujućih bjelančevina). Međutim, mutacije mogu dovesti do promjene bakterijske strukture (kapsula, flagele) i funkcije (pokretljivost, adherencija, konjugacija, otpornost prema fagocitozi) pa se može reći da mutacije dovode do promjene patogenosti mutiranog bakterijskog soja.Prema uzroku mutacije dijelimo na spontane i inducirane. Spontane obično nastaju prilikom replikacije DNK. Pomicanje elektrona u bazama nukleinske kiseline (npr. prelaz keto u enolski oblik baze) može uzrokovati nastanak neprirodnoh baznih parova (A-C ili G-T). Mutirani lanac DNK se potom normalno replikuje pa nastane mutirani bakterijski soj. Bakterijska ćelija posjeduje genske elemente (insercijske sekvence, transpozoni) koji su sposobni da se inkorporiraju u hromozomsku DNK ili na drugo mjesto u DNK. Ova promjena promjeni gensku informaciju i obično dovede do sinteze nefunkcionalnog proteina. Spontane mutacije su srazmjerno rijetke, obična jedna na milion ćelija u generaciji. Neki dijelovi DNK mogu češće spontano mutirati od drugih.Inducirane mutacije su one koje su izazvane fizičkim ili hemijskim mutagenima. Među hemiskim je poznato da azotasta kiselina (HNO2), koja se veže na adenin i tako ga promjeni da se umjesto sa timinom sparuje sa citozinom. Promjenjeni lanac DNK se zatim replicira i nastaje mutirani soj. Slične učinke imaju brojni analozi nukleinskih baza (2-aminopurin, 5-bromuracil) koji se ugrađuju u novonastalu DNK, a zatim nakon replikacije takve DNK sparaju se sa pogrešnim bazama. Mnogi hemijski mutageni (akridini, alikilirajuće matrije) se vežu za DNK i izazivaju oštećenja (mikrodelecije, mikroinsercije). Fizički mutageni (jonizirajuća zračenja) sa svojom velikom energijom izbijaju elektrone iz molekula. Na takav način izazivaju nastanak reaktivnih joniziranih molekula koje mogu da razgrađuju fosfofiestarske veze među nukleinskim bazama (delecija DNK). Ultravioletni zraci nemaju energije za izbijanje elektrona ali njihove fotone absorbuju nukleinske baze (posebno timin i citozin) i u tako uzbuđenom stanju formiraju dimere T-T ili C-C.Bakterijska ćelija posjeduje brojne mehanizme koji mogu da odstrane mutirane dijelove DNK. Escherichia coli ima najmanje 30 gena koji popravljaju mutiranu DNK (pogrešno sparivanje, deaminacije, metilacije). Efekat neugodnih mutacija se može popraviti na nivou istog gena (reverzna mutacija) ili sa mutacijom drugog gena koji popravi štetan efekat prve mutacije.

Prenos gena među bakterijama

Spontane mutacije su vrlo rijetke i ne omogućavaju tako velike genske promjene da bi se bakterije uspješno mogle prilagoditi (mehanizmi prirodne selekcije) promjenama u oklini. U tu namjenu su bakterije razvile mehanizme za međusobnu izmenu kraćih segmenata DNK mehanizmima transformacije, konjugacije i transdukcije. Kada tuđi segment DNK (donorska DNK) dođe u bakterijsku ćeliju ona ga može razgraditi restrikcionim enzimima (restrikcijska endonukleaza) ili može opstati kao samostalan ekstrahromozomski genetički materijal u vidu kružnog genetičkog materijala (plazmid) a može se inkorporirati (rekombinirati) u bakterijski hromozom.Rekombinacija se najčešće događa na onim mjestima bakterijskog hromozoma koja imaju podoban raspored nukleotida koji odgovara rasporedu nukleotida tuđoj DNK. Obično se to dešava kod gena koji imaju grupnu evolucijsku bazu kada mogu obadvije dvostrukolančane DNK naleći jedna na drugu, nakon čega se pojedini lanci od svake dvostrukolančane DNK razgrade a preostali dio lanca zamjeni mjesto na donorskoj DNA ili na bakterijskom hromozomu. Krajnji produkt ovog procesa je recipročna zamjena (homologna rekombinacija

– crossing over) homolognog genskog segmenta između donorske DNK i hromozoma bakterije. Ovim procesom upravljaju enzimi koje kodiraju geni (geni rec A) ćelije domaćina, što govori da je to uobičajen proces izmjene gena među srodnim bakterijama. Uslov za homolognu rekombinaciju je velika srodnost donorske i bakterijske DNK što omogućava da se može pojedini gen iz donorske DNK recipročno zamjeniti sa homolognim genom bakterijskog genoma.Kod nehomologne rekombinacije ne dolazi do recipročne zamjene gena nego dolazi do insercije (umetanja) segmenta donorske DNK u hromozom domaćina. Donorska DNK u tom slučaju mora kodirati enzime koji omogućavaju inserciju u bakterijski hromozom. Insercija se može dogoditi samo na specifičnim mjestima bakterijskog hromozoma, koji imaju potreban raspored baza, pa se naziva specijalizirana rekombinacija. Na taj način se u bakterijski hromozom ugrađuju bakteriofagi i mobilni genski elementi (transpozoni).

Tranformacija

Grifit 1928. godine izveo eksperimente sa Streptococcus pneumoniae na miševima. Streptococcus pneumoniae tipa 2 bez kapsule je avirulentan i ne može izavati oboljenje miševa dok je Streptococcus pneumoniae tipa 2 sa kapsulom virulentan i može izazvati oboljenje. Grufit je inokulisao miševe: jednu grupu sa živim Streptococcus pneumoniae tipa 2 koji je imao kapsulu i zamorci su obolili. Drugu geupu zamoraca je inokulisao sa Streptococcus pneumoniae tipa 2 bez kapsule i zamorci nisu obolili. Treću grupu zamoraca je inokulisao sa mrtvim Streptococcus pneuminiae tipa 2 sa kapsulom i živim Streptococcus pneumoniae tipa 2 bez kapsule. Zamorci su obolili a iz zamoraca je Grifit izolovao žive Steptococcus pneumonia tipa 2 sa kapsulom. Izveo je zaključak da se sa mrtvog Streptococcus pneuminiae tipa 2 sa kapsulom prenio gen za kapsulu na žive Streptococcus pneumoniae tipa 2 bez kapsule mehanizmom transforamcije. Da bi to potvrdio Grifit je inokulisao mševe sa Streptococcus pneumoniae tip 2 bez kapsule (avirulentni) i ekstraktom ubijenih streptococcus pneumoniae tipa 3 sa kapsulom. Životinje su obolile a iz životinja je izolovao živ Streptococcus pneumoniae tip 3 sa kapsulom.Transformacija je proces pri kojem ćelija recipijent primi jedan dio rastvorljive DNA donatora koja se nađe u ćelijskoj ovojnici mrtvih bakterija. DNA donatora hidrolitički razgradi ćelijske ovojnice ćelije recipijenta i kombinira se sa DNA recipijenta. Jedan lanac DNK donatora se kompetitivno ugradi sa komplementarnim lancem ćelije domaćina dok se drugi lanac DNA donatora razgladi enzimima. Tako nastane genetska izmjena na DNK domaćina koja kodira stvaranje kapsule bakterije.Samo kompetentne ćelije u određenom procesu svog razvoja mogu transformacijom primiti mali broj nukleotida ćelije donatora. Ćelije donatora i ćelije recipijenta u procesu transformacije moraju biti genetički srodne.Transformacija je u prirodi rijetko zastupljena, češće se može izvesti u laboratorijskim uslovima.

Konjugacija (Ledeberg i Tatum 1946)

Konjugacija je proces pri kome ćelija donator prenese dio svog genoma u ćeliju recipijent. Pri ovom procesu se prenese veći dio genoma nego pri procesu transformacije.Međućelijsku konjugaciju determiniše F-plazmid. (Ledeberg, Cavalli 1942). To je «sex plazmid» i može biti ekstrahromozomalno ili intrahromozomalno u ćeliji. Iz nje može izaći bez bilo kakve štete za ćeliju.

Bakterijska ćelija koja ima F plazmid je F+ ćelija ili muška ćelija. Bakterijska ćelija koja nema F plazmid je F- ćelija ili ženska ćelija. F plazmid upravlja produkcijom seksualnih pila dužine 1-2 m. Konjugacijom se kroz pilus prenese DNK F plazmida u drugu ćeliju.DNA F plazmida se Crosingoverom integriše u hromozom recipijenta te tako nastale ćelije nazivamo Hfr-donatorima. (High frequency of recombination).Ćelija Hfr donator obrazuje piluse preko kojih ubrizgava svoj F-plazmid u ćeliju recipijenta a pri tome i manji ili veći dio svog hromozoma. To ubrizgavanje je konstantno i ide brzinom od 10 parova baza na minut na 37 0C.Gram pozitivne bakterije imaju drugačiji način konjugacije. F+ ćelija Enterococcus faecalis ima namjesto spolnog pilusa adhezijske molekule preko kojih prenese dio DNK na ćeliju primaoca. Obično u tom procesu signal dolazi sa ćelije primaoca koja izluči posebnu supstancu koja ima osobine soplnog atraktanta (feromon). Pojedine vrste feromona ukazuju kakvu vrstu plazmida treba ćelija primaoc. U odgovoru na feromon ćelija F+ sintetizira adhezijske molekule za konjugaciju i zatim prenese potreban plazmid ćeliji primaocu. Konjugacija kod gram pozitivnih bakterija ima poseban značaj jer su brojni faktori virulencije kod ovih bakterija (rezistencija na antibiotike, stvaranje adhezina, nekih endotoksina) kodirani plazmidima koji se na ovaj način prenose.

Plazmidi i transpozoniTo su ekstrahromozomski genetički elementi.

PlazmidiSastoje se od dvolančane DNK u vidu prstena. Autonomno se replikuju. Mogu da se integrišu u hromozom domaćina. Nisu bitni za život ćelije u normalnim uslovima ali su bitni za život ćelije u nenormalnim uslovima. Oni mogu upravljati mnogim procesima koji su za život ćelije bitni u nenormalnim uslovima.

Konjugaktivnost plazmidaKonjugativni plazmidi – nose genetičku informaciju za spostveni prenos (transfer geni – skraćeno tra-geni). Obično raspolažu sa najmanje 15 takvih gena.Nekonjugativni plazmidi – mali plazmidi, nemaju informaciju za sopstveno prenošenje ali se mogu prenositi pomoću konjugativnih plazmida.

Klasifikacija plazmidaInkopatibilni i kompatibilni plazmidi.Inkopatibilni plazmidi su blisko srodni plazmidi koji ne mogu egzistirati istovremeno u jednoj ćeliji. Obično su veliku i determinišu istu osobinu – produkciju pila ili dr.Kompatibilni plazmidi nisu međusobno srodni a redoslijed nukleotida je različit.Prijenos plazmida konjugacijom je redovan način prenošenja kod gram negativnih bakterija.Kod gram pozitivnih bakterija prijenos plazmida je najčešće preko bakteriofaga.

Vrste plazmida:F-plazmid je genetični element koji kodira proteine koji omogućavaju ćeliji proces konjugacije. Naziva se i sex- ili transfer plazmid. On se autonomno replikuje u ćeliji. Bakterije koje ga posjeduju nazivaju se F+ bakterije a ćelija muška ćelija.Col-plazmid – određuje funkciju proizvodnje colicina (bakteriocina).R-plazmidi – određuju rezistenciju bakterija na antibiotike. Mnogi R-plazmidi su sastavljeni iz dviju samostalnih genetskih skupina: geni RTF i geni R. Geni RTF (resistance transfer factor) kodiraju proteine za replikaciju i konjugaciju plazmida. Geni R (resitance) su po osobinama transpozoni i mogu se ugrađivati i replicirati na različitim mjestima u plazmidu i

hromozomu bakterije. Zato se može dogoditi da se više različiti R gena skupi na istom plazmidu R pa da sa različitim genima omogući nastanak multiple rezistencije na antibiotike. Takav plazmid se može prenositi na srodne bakterije. Kod gram negativnih bakterija izvor multirezistentnih plazmida se često nađe među saprofitnim bakterijama, posebno one koje su pod stalnim selekcijskim pritiskom od strane antibiotika.

Novonastala rezistentna bakterija

Mutacije

Načini nastajanja rezistentnih mikroorganizama

Osjetljiva bakterija

Rezistentna bakterija

Transfer gena rezistencije

Transpozoni (Hedge i Jacob 1974 god)Transpozoni su genske skupine koje kodiraju svoje prepisivanje i prenos na druga mjesta unutar istog hromozoma ili plazmida. Transpozon je sastavljen iz središnog dijela gojeg čine različiti geni a najčešće geni koji kodiraju rezistenciju prema antibioticima. Na oba kraja središnjeg dijela nalaze se insercijske sekvencije. Insercijsku sekvenciju gradi identičan raspored nukleotida na oba kraja ali u ubrnutom redoslijedu. Encimi koje kodira sam transpozon, povezuju njegovu sekvenciju sa komplementarnim rasporedom nukleotida negdje u hromozomu, zatim omogućavaju replikaciju i ugradnju transpozona u hromozom. Na taj način se prepiše transpozom na drugo mjestu u hromozomu. Insercija transpozona može poremetiti raspored nukleotida u genu i izmjeniti njegovo djelovanje.Transpozoni se replikuju samo u sklopu replikacije plazmida.

Insertion Sequence-IS6110-RFLP

IS6110PvuII

baza par 1 1355461 641 885

proba

M. tuberculosis DNA

IS6110 is a IS6110 is a konzervirani regionkonzervirani region DNA DNA koji je karakterističan za koji je karakterističan za bakterijebakterije M. tuberculosis M. tuberculosis complex (complex (M. tuberculosis, M. bovis, M. M. tuberculosis, M. bovis, M.

microti, microti, ii M. africanumM. africanum).).

BrojBroj IS6110 IS6110 kopijakopija i njihova lokalizacija na hromozomui njihova lokalizacija na hromozomu variravarira memeđđu u različitim vrstamarazličitim vrstama, , memeđđutim ostaje stabilan unutar jedne vrste.utim ostaje stabilan unutar jedne vrste.

DNA fingerprinting DNA fingerprinting sasa IS6110 RFLP IS6110 RFLP je upotrebljiva zaje upotrebljiva zaepidemiološka istraživanja povezanosti vrstaepidemiološka istraživanja povezanosti vrsta..

Insercijska sekvenca IS6110 na DNA Mycobacterium tuberculosis

Transdukcija (Zinder i Lederberg, 1952)

Transdukcija je mehanizam prenošenja gena pomoću virusa koji parazitiraju u raznim vrstama bakterija a nazivaju se bakteriofagi. Oni prenose manji ili veći fragment hromozomske DNK bakterije domaćina u bakteriju recipijenta koja je na taj fag osjetljiva. Po pravilu, kada bakteriofag uđe u osjetljivu bakteriju on e u njoj intenzivno razmnožava, bakterija propadne i iz nje se oslobode razmnožavanjem bastali bakteriofagi. Međutim, tokom sinteze dijelova bakteriofaga pri razmnožavanju u bakterijskoj ćeliji, dijelovi bakterijske DNK se mogu naći u u virusnoj kapsidi bakteriofaga. Takvi nenormalni bakteriofagi u svojoj kapsidi namjesto virusne DNK imaju bakterijsku DNK. Oni mogu de sa unesu u druge bakterijske ćelije i pri tome unesu bakterijsku DNK u drugu bakteriju. Takav unos u drugoj bakterijskoj ćeliji ne dovodi do promjena koje uzrokuje pravi bakteriofag (razaranje ćelije ili lizogenija) nego se unesena bakterijska DNK razgradi i propadne ili se može integrirati u genom ćelije što nazivamo generalizirana transdukcija. Kod generaliziane transdukcije je značajno da se pri sastavljanju bakteriofaga u kapsidu uključi značajan dio bakterijskog genoma.Neke vrste bakteriofaga se po ulasku u bakteriju ugrade na specijalna mjesta bakterijskog hromozoma i postanu profagi. Bakterija koja ima ugrađen profag u svom hromozomu se naziva lizogena bakterija jer može pri aktivaciji profaga da propadne (lizira) zbog replikacije bakteriofaga. Tokom replikacije bakteriofagi mogu u svoj genom uključiti manje dijelove bakterijske DNK koji se nađu na mjestu inegracije bakteriofaga. Ovi bakteriofagi pri ulasku u novu bakteriju mogu da prenesu i ove manje dijelove bakterijskog genoma.

Kontrola promjena u bakterijskom genomuMeđusobna izmjena kratkih dijelova DNK među bakterijama omogućava da bakterijski soj u kratkom vremenu dobije gen koji mu omogućava lakše i bolje preživljavanje u promjenjenoj okolini. Nasuprot prednostima koje omogućava prenošenje gena među bakterijama, ne može se govoriti o prostom prenošenju genskih informacija. Bakterije posjeduju enzime (restrikcijske endonukleaze) koje snažno ograničavaju ugradnju tuđe DNK u vlastitu DNK. Svaka skupina bakterija ima svoje restrikcijske enzime. Pojedini restrikcijski enzimi prepoznaju specifičan raspored na DNK dužine 4 do 7 nukleinskih baza. Na primjer raspored GAATTC prepoznaje restrikcijski enzim EcoR1. Nukleinske baze na restrikcijskim mjestima moraju biti promjenjene, obično metilirane, onda ih restrikcijski enzim hidrolizira (presječe) na tom mjestu DNK. Svaka bakterija ima promjenjena (metilirana) mjesta na DNK koja prepoznaju njeni restrikcijski enzimi. Ako se u bakteriju prenese DNK nesrodne bakterije, koja nema jednake restirkcijske enzime, takva DNK najvjerovatnije nema potreban raspored metiliranih nukleotida pa je restrikcijski enzimi razgrade.Restrikcijski enzimi omogućavaju bakteriji pogodne biološke posljedice u vidu genske segregacije i stabilnosti unutar različitosti vrsta koje su kod višećelijskih organizama omogućene spolnim razmnožavanjem.

Rekombinantna DNK i kloniranjeKada tuđu DNK unesemo u ćeliju primaoca mi želimo da se tuđa DNK u njoj održi, umnoži i prenosi na potomstvo. Ako se tuđa DNK ugradi u genom ćelije primaoca sve naše želje su ispunjene. Ako do ugradnje ne dođe (što je pri kolniranju u Escherichii coli skoro pravilo), nastaju poteškće ako fragmenti tuđe DNK ne posjeduju takozvane dijelove početka replikacije (orgin of replication – ori) koji je prisutan u svakoj bakterijskoj ćeliji. Tada to fragmenti DNK nisu replikoni.: u ćeliji primaoca se ne repliciraju pa se u nekoliko generacija razgrade. Rješenje ćemo naći ako tuđe fragmente DNK pripojimo na potreban, u primaocu aktivan replikon u vektoru za kloniranje.

Vektori za kloniranje su molekule DNK koji su srazmjerno mali genetički i fizikalno dobro opredjeljeni samostalni replikoni. Njihovo dobijanje mora biti jednostavno. Posjeduju gene čiji su produkti upotrebljivi za jednostavnu selekciju bakterijskih ćelija. Moraju sadržavati mjesta za prepoznavanje za što veći broj restrikcijskih enzima. Veoma je dobro ako se u blizini tih mjesta za prepoznavanje (koja omogućavaju ugradnju tuđe DNK) nalazi moćan promotor koji ćeliji primaocu omogući perpis i translaciju ugrađene genske informacije u potreban bjelančevinski produkt. Kao vektore za kloniranje možemo upotrijbiti plazmide ili bakteriofage ili njihove kombinacije koje nazivamo kozmidi.Postupak kod kloniranja se odvija najčešće na slijedeći način:Za tu svrhu se najčešće koristi neki plazmid. Iz plazmida se izdvoji njegova DNK koja je kružnog oblika.U DNK plazmida se unese odabrani gragment DNK neke bakterije.(na primjer Shigella otporna na Tetracikline).DNK plazmida i fragment DNK Shigellae se pocjepaju uzdužno DNK endonukleazom koja cjepa dvolančanu DNK na dva komplementarna lanca.Tako se od DNK plazmida i od fragmenta DNK Shigellae dobiju linearni lanci sa svojim lepljivim krajevima (3' i 5').Dobivene linearne jednolančane DNK se međusobno slijepe enzimom DNK ligazom.pa se dobije plazmid koji ima u svojoj DNK i DNK starog plazmida i DNK fragmenta DNK Shigellae.Ovaj plazmid se sada transformacijom unese u osjetljivu na Tetracikline Escherichiu coli mješanjem sa mladom kulturom Escherichiae coli. Tako pomješana kultura se zasije na podlogu sa tetraciklinima. Osjetljiva Escherichia coli neće porasti a one Escherichiae coli koje su u sebe primile novi plazmid će porasti jer su rezistentne na Tetracikline. Tako dobiven soj Escherichiae coli se naziva genetski rekombiniran soj ili klon Escherichiae coli otporan na Tetracikline. Na ovaj način se mogi izabirati bilo kakvi fragmenti gena (geni toksičnosti ili geni za produkciju nekih enzima) i unositi u novu ćeliju koja će imati željene karakteristike.

Bakteriofagi ili fagi (Twort,1915, d'Herelle 1917-1930)

Bakteriofagi su virusi koji parazitiraju u bakterijskim ćelijama. Oni posjeduju samo jednu vrstu nukleinskih kiselina DNK ili RNK.Po svom obliku mogu biti sverični ili filamentozni. Tipičan fag se sastoji od glave i repa. Glava je građena od produžene niti DNK u kojoj se nalazi manji ili veći broj gena. DNK glave je obavijena proteinskim omotačem. Dužina glave u prosjeku iznosi 100nm a širina 50 nm.

Crtež faga T serije

Vrste bakteriofagaVirulentni fagi – se razmnožavaju u bakterijskoj ćeliji, sazriju, liziraju ćeliju i iz nje se oslobađaju.Umjereni fagi – se razmnožavaju u ćeliji i u njoj ostaju ne lizirajući je kao profagi. Takva ćelija u kojoj se nalazi umjereni fag naziva se lizogenična ćelija a proces integracije profaga u hromozom ćelije lizogenija. Pri diobi takve ćelije i fag se sa njom dijeli tako da i ćelije kćerke ostaju lizogenične.Takvu ćeliju može napasti nesrodan fag i također inkorporisati svoju DNK u hromozom lizogenične ćelije.Mutacijom u fagu oni mogu postati virulentni i lizirati ćeliju te se oslobode fagi koji na sebi ponesu i nešto DNK drugog faga i hromozoma bakterije.

Dokazivanje bakteriofagaBakterifage najčešće dokazujemo u vodi za piće (Coli fagi) jer je njihovo prisutvo znak fekalnog zagađenja vode za piće. Kako su bakteriofagi vrlo specifiči za pojedine sojeve bakterija to osjetljivost pojednih sojeva na pojedine bakteriofage koristimo u svrhu fagotipizacije (fagotipovi Echerichiae coli). Dokazivanje bakteriofaga se može koristiti kao indirektan metod za prisustvo za njih specifičnih bakterija. Ako u sputumu bolesnika nađemo Mycobacteriofage specifične za Mycobacterium tuberculosis onda nam je to indirektan dokaz da u sputumu postoji Mycobacterium tuberculosis. Metode za dokazivanje bakterofaga su različite ali se najčešće bakteriofagi dokazuju na slijedeći način:Ispitivana tečnost se profiltruje kroz bakterijski filtar. Profiltriranoj tečnosti se doda mlada kultura nekog soja bakterija, pomješa i razlije na polučvrsti agar.Ako u ispitivanoj tečnosti nije bilo bakteriofaga onda će na polučvrstom agaru porasti kolonije bakterija pomješane kulture homogeno. Međutim, ukoliko je bilo bakteriofaga onda će oni stvoriti plakove na podlozi.(Vidi sliku)

Fagotipizacija

Objašnjenje pojmova:

Regulacijski geni su geni koji određuju početak i kraj sinteze nekog specifičnog proteina.U strukturnom i regulacijskom genu se mogu dogoditi promjene koje će se odraziti na njihovu funkciju.Modifikacije su fenotipske promjene ali u okviru zadanog genotipa. One su najčešće uzrokovane induktorom, odnosno promjenama u spoljnoj sredini (Obilje hrane, pH, prisustvo antibiotika). Ne naslijeđuju se.Mutacija je promjena unutar genotipa, odnosno unutar regulacijskog i strukturnog gena i ona se naslijeđuje. Mutacije se mogu javiti u jednom ili više gena. Mutant – je bakterijska ćelija koja ima mutiran gen.Postoje različite mutante bakterija :-Mutante sa povećaom sposobnošću na inhibitorne agense spoljne sredine,-Mutante koje su otporne na bakteriofage,-Mutante koje steknu sposobnost produkcije toksina,-Mutante koje zahtjevaju izmjenjenu ishranu,-Mutante sa povećanom ili smanjenom sposobnošću fermentacije, oksidacije ili izmjenjene osobine proizvodnje nekih produkata,-Mutante sa izmjenjem sposobnošću stvaranja flagela, kapsule ili spora i dr.Molekulska baza mutacija1.Pogrešno vezivanje baza,2.Insercija,3.Delecija,4.Prekidanje veze Dezoksiriboza-fosfat.Mutacije po načinu nastanka1.Spontane mutacije,2.Indukovane mutacije3.Povratne mutacijeIzolacija mutantiMetod pečata ili replika metodRazlike između modifikacija i mutacija1.Modifikacije su promjene koje nastaju samo u fenotipu, odnosno u izraženim osobinama bakterija pod uticajem sredine i ograničene genotipom. Mutacije su promjene u genima koje se mogu ali ne moraju manifestovati.2.Modifikacije zahvataju odjednom sve ćelije jedne populacije. Mutacije zahvataju veoma mali broj bakterijskih jedinki.3.Promjene nastale modifikacijom su reverzibilne, one nestanu čim nestane agens koji ih je izazvao. Međutim, mutacije ne nestaju kada prestane sa svojm djelovanjem agens koji ih je izazvao.Adaptacija bakterijaAdaptacija je sposobnost bakterija da svrsishodno reaguju na uticaje spoljne sredine.Adaptacija modifikacijomAdaptacija mutacijom.Najvažniji tipovi varijacija bakterijaBakterije mogu izmjeniti sve svoje osobine kao što su: morfologija, struktura ćelija, biohemijske osobine, virulencija, antigenska građa.A.Morfološke varijacije:A1.Varijacije bakterijskih ćelija:-OH-O varijacije – varijacije u sposobnosti formiranja flagela (Proteus, Salmonella),-Varijacije kapsule – na hranilištima nemaju kapsulu a u čovjeku imaju,

-Varijacije u formiranju spora – Bacil antraksa stvara spore na 22 st.C, na 37 sporije a na 42 gubi sposobnost staranja spora. Ako se duže inkubira na 42 stC on potpuno izgubi sposobnost stvaranja spora (mutacija).-Varijacije u stvaranju ćelijskog zida – ako se kultivišu na podlozi sa Penicillinom i sa povećanom koncentracijom saharoze. Ali ako se te bakterije kultivišu ponovo na podlozi bez Penicillina i sa diaminopimelinskom kiselinom u izotoničnom rastvoru saharoze ponovo će stvarati ćelijski zid. Tako nastaju L-oblici bakterija.-Filtrabilni oblici bakterija – Mycobacterium tuberculosis, Salmonellae,-Involutivni oblici –u starim kulturama bakterija se sreću ovi oblici koje izgube morfološke karakteristike.A2.Varijacije kolonija bakterija:-S-R varijacije – S-glatke (smooth) i R – hrapave (rough) kolonije.-Sluzave kolonije – sastavljene od bakterija sa kapsulom.-D kolonije (dwarf) patuljast – nakn liječenja antibioticima.-G klonije – kolonije filtrabilnih bakterija koje su kokoidnog oblika.-L kolonije – jako sitne 0,01 do 0,6 milimetara, neravne, granulirane površine.B.Fiziološke varijacije bakterijaB1.Biohemijske varijacije – varijacije u biohemizmu i ishrani i fermentacionim procesima. -Nutricione varijacije – varijacije u ishrani, odnosno u obimu namirnica koje mogu koristiti. To su varijacije koje prevode auksotrofe u prototrofe -Metaboličke varijacije –varijacije koje dovode do varijacija u metaboličkim putevima bakterija.(Varijacija u produkciji pigmenta i drugih proizvoda) -Varijacije u osjetljivosti bakterija prema antibakterijskim agensima,B2.Imunološke varijacije –to su često i morfološke varijacije (gubitak flagela, kapsule).B3.Varijacije u virulenciji –patogene bakterije su one koje imaju spoosbnost da izazivaju različita oboljenja. Međutim uslovi njihovog uzgajanja mogu da smanje ili da povećaju stepen njihove patogenosti –virulenciju.Prenošenje genaGeni bakterija se mogu prenositi iz jedne u drugu bakteriju iste ili različite vrste.Ćelija koja daje gene naziva se ćelija davalac ili donator a ćelija koja prima primalac ili recipijent.Geni se mogu prenijeti između bakterija i bakterijskih virusa – bakteriofaga. Pri tome davalac ili primalac gena biti ili bakterija ili bakteriofag.Genetska rekombinacija – to je proces pri čemu se kombinuje hromozom bakterijske ćelije sa genom od ćelije donatora. Taj proces se odvija na tri načina: transformacijom, konjugacijom i transdukcijom koji se jednim imenom nazivaju paraseksualni procesi.Obrazovanje bakterijskog zigotaEndogenot – hromozom bakterije primaocaEgzogenot – manji ili veći dio hromozoma bakterije davaoca.Egzogenot se može integrisati u endogenot ako egzogenot ima homologan redoslijed baza kao i kod jednog dijela endogenota. Pri tome će se dalje ćelija dijeliti davajući potomstvo sa integrisanim hromozomom.Ukoliko Egzogenot nema homologan raspored baza i nema genetskih elemenata za autonomnu replikaciju on će ostati u ćeliji i nakon diobe ćelije uvjek će jedna ćelija imati egzogenot –abortivno prenošenje gena.Egzogenot može biti i razgrađen. Ta pojava se naziva restrikcija.Restrikcija i modifikacija DNAU bakterijama skoro svih vrsta postoje dva enzima koji razgrađuju i modifikuju bakterijsku DNA. Na taj način bakterijska DNA biva zaštićena od mnogobrojnih uticaja na nju. Od ovih enzima i zavisi sudbina egzogenota.