BACTERIOLOGIE CURS 4Dr.Gurau Gabriela

Genetica bacterian

GENERALITTIEreditatea nsusirea general biologic a tuturor vieuitoarelor de atransmite caracterele specifice speciei la urmasi Variabilitateaapariia unor caractere diferite de cele ale genitorilorintereseaz medicina n mod deosebitd nastere unor tulpini bacteriene noi:virulenterezistente la chimioterapicese adapteaz mai bine condiiilor de mediunlocuiesc bacteriile mai puin adaptabile.

SUPORTUL EREDITATIIreprezentat de ADN se transmite la descendeni prin replicare sidiviziune fr modificri genetice toi descendenii bacteriei vor fi identici ntre ei si cu bacteria mam modificarea materialului genetic prinncorporarea unui fragment de material genetic exogen(recombinare genetic)mutaie spontan sau indus adugarea, pierderea,substituirea sau inversarea ordinii unor baze

ADNmacromolecul format din 2 catene polinucleotidice, antiparalele si complementare, rsucite n dublu helix catenele unite prin puni de hidrogen ntre bazele azotate opuse

functiile ADN ca material genetic: depozitarea informaiei genetice replicarea transcrierea si traducerea genetic protejarea materialului genetic propriu reglarea activitii celulare controlul activitii celulare

replicarea ADNsinteza unor noi molecule, identice

necesar unitatea dereplicare independent REPLICON

REPLICONmolecul de ADN bicatenar, circularcaracterizat prin:o secven nucleotidic specific marcnd nceperea replicriigene care codific sinteza unor proteine specificeo secven nucleotidic semnal pentru terminarea replicriiexemple de repliconi: cromozomul si plasmidele bacteriene, genomul bacteriofagilor etc.

GENOM suma genelor unui organism

GENOTIP totalitatea informaieigenetice a unui organism

FENOTIP suma caracterelorobservabile, specifice unui organism,produse de genotip n interaciune cumediul ambiant

VARIABILITATEA BACTERIANmodificarea comportamentului celulei bacteriene sau a descendenilor ei variante:VARIABILITATE FENOTIPICmodificri morfologice sau fiziologice de tip adaptativ;nu se transmit ereditar;genomul nu este afectatVARIABILITATE GENOTIPICmodificri definitive ale materialului geneticse transmit descendenilor

MECANISMELE VARIATIEIGENOTIPICE

mutaie

transfer genetic + recombinare genetic

MUTATIAmodificare accidental n secvenanucleotidic a unei gene modificri alemesajului genetic apar prin:substituii la nivelul materialului geneticinversiiinseriideleii

MUTATIAmutaia spontan:apare n condiii de mediu obisnuite, fr intervenia unui factor decelabil mutaia indus:se produce sub aciunea unor factori fizici sau chimici = factori mutageni mutaia punctiform:alterarea unui singur nucleotid, a unui singur codon

MUTATIAmutaia extins:afecteaz secvene mai mari ale uneia sau mai multor gene, alterrile depsind limitele unui codon mutaia regresiv (retromutaie):afecteaz celule mutante; determin revenirea acestora la tipul iniial restabilind secvena nucleotidic originar mutaii supresoare:permit exprimarea funciei anterioare a genei desi persist o modificare a secvenei bazelor nucleotidice

MECANISME DE TRANSFER ALEMATERIALULUI GENETICTransformarea

transfer mediat de bacteriofagi (transducia,conversia lizogenic)

conjugare

TRANSFORMAREAbacteria accept ADN liber de la o alt bacterie donor sau din alte surse 1928 Griffith experienereferitoare la virulenapneumococilor fa desoarecele alb ADN ptrunde n celul Recombinare genetic nlocuirea unei secvenenucleotidice omologe Dobndirea unui caractergenetic nou

TRANSDUCTIAtransferul unui fragment genetic cromozomal sau extracromozomal prin intermediul unui bacteriofag bacteriofagul = transductor bacteria receptoare = transductant

TRANSDUCTIATransductia specializat(restrictiv)- transfer al unui numr restrns de gene din vecintatea situsului de legare a profagului n cromozomul bacterianTransductia generalizat(nerestrictiv)- transfer a oricrei gene indiferent de pozitia ei n genom, ncorporate accidental n fag- realizat de un nr. mare de fagi neintegrati

TRANSDUCTIAInfecia donorului replicarea fagului si degradarea ADN-ului celulei gazd asamblarea particulelor fagice eliberarea fagilor infecia receptorului recombinare

Conjugareatransferul de material genetic de la o bacteriedonoare la una receptoare printr-un proces demperechere, ce se realizeaz prin contactul directdintre cele dou celule.

se pot transmiteplasmidegene cromozomiale (prin intermediul factorului F+)

CONJUGAREAlegarea a 2 celule prin pili de sex

conjugare efectiv:- punte specific de conjugare donor - acceptortransfer:endonucleaza cliveaz o caten a ADN circular d.c. ntr-un specifictransferul catenei n celulareceptorsinteza:pe ambele catene de AND (rmas si transferat) se sintetizeaz prin complementaritate structura dublu catenar

- celula receptor = transconjugant

ORGANIZAREA GENOMULUIBACTERIAN

2 categorii de determinani genetici:genele eseniale localizate n structura cromozomului bacteriangenele accesorii extracromozomiale prezente n structuraplasmidelorelementelor genetice transpozabile

PLASMIDELEelemente genetice extracromozomiale capabile de replicare independent de cromozom (replicon) conin informaie genetic neesenial pentru viaa bacteriei pot exista:indefinit numai n stare autonom (libere n citoplasm) factor R, Colalternativ n stare autonom sau integrate n cromozomul celulei gazd

PLASMIDELEclasificare dup caracterele exprimate fenotipic plasmide care codific:rezistena la ageni antibacterienisinteza unor ageni antimicrobienisinteza de hemolizine, enterotoxine, factori de colonizare etc. (patogenitate)enzime ale unor ci metabolice particulareplasmide criptice nu se cunosc caracterele somatice exprimate

FACTORUL F(factorul de sex, factorul de fertilitate) controleaz capacitatea unor bacterii de a fi donatoare de material genetic codific structurile (pilul F) si enzimele necesare transferului de ADN au caracter de mascul donatoare de material genetic (factorul F)

FACTORUL F(factorul de sex, factorul de fertilitate)

bacterii F- fr factor F celule femele receptoare de material genetic bacterii F+ - cu factor F autonom n citoplasm celule mascule donatoare de material genetic Celul mascul F+factor F autonom n citoplasm

FACTORUL F(factorul de sex, factorul de fertilitate)

bacterii Hfr(high frequency of recombination)

au factor F integrat n cromozomul bacterian

donatoare de material genetic cu mare frecven de conjugare si recombinare;

transferul unui numr variabilde gene cromozomale mai rar chiar transferul factorului F

FACTORUL F(factorul de sex, factorul de fertilitate)bacterii F

au o structur plasmidic de tip special = factor de fertilitate recombinant

a fost anterior integrat ntr-un cromozom, s-a desprins ncorpornd unele gene cromozomale

caracterul ncrucisrii Fcu F-F- devine FF rmne F

Mecanismul de transfer al materialului geneticntre bacterii F+ si F-realizarea de puni de conjugare transferul ADN caracterul ncrucisrii F+ cu F-F- devine F+F+ rmne F+

Transfer sczut al genelor cromozomale ale donorului

Mecanismul de transfer al materialului geneticntre bacterii Hfr si F-realizarea de puni de conjugare transferul ADN recombinare homolog caracterul ncrucisrii Hfr cu F-F- rar devine HfrHfr rmne Hfr

Transfer crescut al unor gene cromozomale ale donorului

PLASMIDELE R(de rezistent la antibiotice)confer rezisten simultan la 1-8antibiotice alctuite din:gene de rezisten determinant de rezisten = rgene care formeaz factor detransfer al rezistenei RTF RTF plasmid de conjugare transfer de gene-cele 2 tipuri de elemente pot exista independent sau se pot asocia- transferul plasmidelor R prin conjugare- prin transducie mediat de fagi

PLASMIDELE Col codific proprietatea unor bacterii de a sintetiza bacteriocine sunt transferabile de la tulpinile Col+ la cele Col- prin:transformare genetictransducie fagicconjugare

ELEMENTE GENETICETRANSPOZABILEsecven specific de ADN care si menineintegritatea fizic, structural, genetic,funcional n cursul translocaiei de la o poziie la alta pe acelasi genom sau pe genomuri diferite 3 categorii:secvene de inserie IStranspozoni Tnbacteriofagi

Secventele de insertienu au nici o gen si nici o alt funcie n afar de cea de inserie dup inseria lor pot apare :modificri n expresia unor genemodificri n rata incidenei deleiilor n zonele adiacente situsului lor de inserie

Transpozonipoart gene care conferbacteriei funcii noi:rezistena la antibioticecapacitatea de sintez aunor enzimeproducere de enterotoxinesinteza antigenelorbacteriene de suprafa,etc.

Bacteriofagivirusuri care paraziteazbacteriile se cunosc 6 grupemorfologice debacteriofagi cei mai bine studiai -bacteriofagii T aibacilului coli.

bacteriofag T normalbacteriofag dup injectarea ADN n celula gazd; capsida goal; coada contractat

Bacteriofagiformai din:cap hexagonalalctuit dintr-un nvelis proteic caracteristic virusurilor (capsida)adposteste acidul nucleicun gtprelungire numit picior(coad)cilindru rigid nvelit ntr-un manson proteic asemntor miozineise termin cu o plac hexagonal ce conine o enzim de tipul lizozimului.de placa bazal se prind 6 fibre cu rol n fixarea bacteriofagului pe suprafaa bacteriei.

Replicarea bacteriofaguluiCICLUL LITIC al bacteriofagilor fagi viruleniatasarecontracie mansonptrundere acid nucleic n celulsinteza componeni fagiciasamblareiesire din celul

Ciclul replicativ al bacteriofagului 1. Atasarea bacteriofagului pe suprafaa peretelui bacterian-prin receptori de perete, specifici.-Aceast specificitate este de tip enzimatic -st la baza lizotipiei2. Contracia mansonului proteic; bacteriofagul si injecteaz numai ADN n celula bacterian

Ciclul replicativ al bacteriofagului 3. Genomul fagic va determina sinteza de noi bacteriofagi identici cu cel de la care a provenit ADN ADN se replic prin replicare semiconservativ ribozomii bacterieni vor sintetiza proteinele capsidale si ale cozii.4. Asamblarea noilor bacteriofagi5. Iesirea vor prsi celula bacterian care se lizeaz

Replicarea bacteriofaguluiCICLUL LIZOGEN al bacteriofagilor fagi temperai uneori genomul bacteriofagului se va integra n cromozomul bacterian ncadrndu-se si funcional n acesta. el nu se mai replic dect n acelasi timp cu cromozomul bacterian, deci n timpul diviziunii bacteriene si se numeste profag

Lizogenie

consecintele lizogeniei pentru bacteriebacteria lizogenizat este imun la infecia cu acelasi bacteriofag, dar nu pentru ali bacteriofagi profagul codific el nsusi unele caractere pe care le dobndeste astfel bacteria lizogen.exemplu clasic n acest sens este toxigeneza la bacilul difteric care este codificat de un profag ce se afl n cromozomul bacterian.Tulpinile de bacili difterici care nu sunt lizogenizate de acest profag, nu sunt capabile s secrete toxina si sunt, deci nepatogene, transducia, mecanism de transfer genetic de la o bacterie la alta, mediat de bacteriofagi

Importanta practic a bacteriofagilor Cercetri biologiceutilizai ca model n studiul proceselor biologice fundamentale:replicarea ADNfunciile genelormorfogeneza viral Studii de inginerie geneticvectori pentru clonare geneticadjuvani n procesele de secvenare

Importanta practic a bacteriofagilorTerapie si prevenie

administrarea unei mixturi de bacteriofagi pentru tratarea si prevenirea infeciilor intestinaleconcept vechi, azi studiat cu atenieanimale fagi care atac doar EHEC

Importanta practic a bacteriofagilorEpidemiologietipizare bacterian LIZOTIPIELIZOTIP = FAGOVARn epidemii identificarea sursei de infecie, cii de transmiterepentruSalmonella TyphiSalmonella ParatyphiStaphylococcus aureusPseudomonas aeruginosa etc.

Recombinarea secventelor de ADNIndiferent care este mecanismul prin care are loc transferul sau transpoziia de material genetic inserarea ADN la noul sediu are loc prin recombinare recombinare = formarea de noi combinaii genetice ntr-un genom se poate petrece prinschimb de segmente homologeintegrare suplimentar de ADN

Recombinarea secventelor de ADNRecombinarea legitim sau homologare loc atunci cnd un fragment de ADN provenit de la celula donoare, sauchiar din alt molecul de ADN se inser ntr-o regiune a ADN receptor ce se aseamn din punct de vedere chimic cu cea a ADN-ului donor, deci prezint o homologie de bazeeste ntlnit n transformaren unele forme de transducie si conjugareimplicate mai multe enzime dintre care recA-proteina si recBC nucleaza recombinarea legitim se mai numeste recA-dependent Recombinarea nelegitim sau heterologconst n integrarea de ADN suplimentar ntr-un repliconeste recA-independentexemple de recombinare heterolog suntintegrarea plasmidului Fintegrarea unor profagi n cromozomtranspoziia elementelor genetice mobile