Genetika bakterií

KBI/MIKPMgr. Zbyněk Houdek

Bakteriofágy jako extrachromozomální genomy

� Genom bakteriofága uvnitř bakterie –profág.

� Byly objeveny v bakteriích už v r. 1915

James A. Sullivan

� Byly objeveny v bakteriích už v r. 1915 Twortem.

� Parazitické org. – nemají vlastní metabolismus, rozmnožují se v bakteriích, které jim poskytují energii, stavební látky a enzymy.

� Mají různou hostitelskou specifitu.

Genom bakteriofága

� Obsahuje 3-160 genů (5 x 103 – 5 x 104

nukleotidů).� Kódují – kapsidu (vláknitá, ikosaedrální, � Kódují – kapsidu (vláknitá, ikosaedrální,

bičík a příchytná vlákna), důležité enzymy (reverzibilní transkriptázu –RNA viry).

Životní cyklus bakteriofága

� Nasednutí na receptor na povrchu bakterie (různé struktury vnější mem., potřebné jsou Ca2+ nebo Mg2+ ionty).Vpravení NK do bakterie, kdy kapsida � Vpravení NK do bakterie, kdy kapsida zůstává vně b.

� Pomnožení bakteriofága – replikace profága, syntéza složek kapsidy atd.

� Lyze bakteriální b. – lytická infekce –virulentní bakteriofágy.

Lyzogenní infekce

� Pokud dojde k syntéze specifického represoru jako 1. bílkoviny – klidový stav bakteriofága.Může být uložen v bakteriálním � Může být uložen v bakteriálním chromozomu (specifické místo chromozomu) nebo mimo něj.

� Může dojít ke změně fenotypu bakterie – lyzogenní konverze.

� Mírné nebo temperované fágy.� Lytická infekce � mutageny.

Maturace bakteriofága

� NK a složky kapsidy jsou v bakterii syntetizovány nezávysle na sobě.

� Po dosažení určité konc. těchto � Po dosažení určité konc. těchto sloučenin dojde k sestavování bakterifágů.

� Pokud je přítomno více druhů bakteriofágů � rekombinace jejich genomů � hybridní charakter fágů = hybridní mísení.

Plak

� Lytický cyklus fága zničí 1 b. a rozšíří se na další.

� Na pevné živné půdě se pak v kolonii b. vytvoří prázdné místo = plak (dvůrek – 1-10 vytvoří prázdné místo = plak (dvůrek – 1-10 mm).

� Postupně může být zaplněn bakteriemi rezistentními k fágu.

� Pseudoplak – místo se sníženým růstem b. vzniká při lytickém cyklu vláknitých fágů.

Fagotypizace

� Profágy v lyzogenních bakteriích zabraňují infekci dalšími stejnými nebo příbuznými fágy.

� Charakterizace lyzogenních bakterií ( většinou salmonely, shigely a stafylokoky) pomocí salmonely, shigely a stafylokoky) pomocí standardních sestav fágů.

� Pokud jsou napadeny příbuznými fágy jako jsou ty sestavené, pak bakterie přežijí a naopak.

Bakteriofág MU

� Mutátor nebo příbuzný fág D 108 –viry E. coli.

� Lyzogenní i lytický průběh životního cyklu.cyklu.

� Profág se vloží do genomu hostitele � mutace.

� Transponovatelné elementy –lyzogenní cyklus - zvláštní reduplikace � replikace a zároveň translokace na různá místa ch. hostitele.

Plazmidy

� Jejich genom kóduje vlastní replikaci – vegetativní.� Transférovou (distribuci kopií do dceřinných buněk).

� Autonomně přenosné plazmidy – tvorba konjugačních pilli.pilli.

� Plazmidy mají různé spektrum hostitelů.� Označují se písmenem p a 2 velkými písmeny a

číslem (pCV 9).� Kriptické plazmidy – nemění fenotyp bakterií.� Velké p. – 2 na bakterii� Malé p. – až 100 kopií.

Replikace plazmidů

� Vegetativní r. - začíná v místě ori V� zajišťuje přežití v buňce� distribuci plazmidů buněk dceřinných.� distribuci plazmidů buněk dceřinných.

� Transférová r. – tra+ plazmidy, které jsou schopné autonomního přenosu do jiné b.� Tvoří F pilus = sex pilus, přes který prochází

zreplikovaná nová NK, která se v nové b. opět zreplikujě na 2 řetězce.

� Příjemce = transkonjugant.

� Inkompatibilita p. – vzájemná neslučitelnost příbuzných plazmidů � v b.

Inzerční sekvence – sobecké geny

� Inzerční sekvence – úseky DNA (750-1500 bp), které končí 20-40 bp s se stejným složením, ale opačným pořadím (invertované repetice).� Vzájemná vazba� Vzájemná vazba� G. pro vlastní replikaci a pro vložení do genomu �

� Posun čtení gen. kódu a předčasné ukončení translace

� G. pro vytvoření represoru� Nejjednodušší subcelulární org. � Zachovat sebe sama, ale nemění fenotyp b.

Transpozony – skákavé geny

� Transponovatelné elementy dlouhé několik tis. nukleotidů – g. translokace, represe transkripce a nepotřebné transkripce a nepotřebné informace (rezistence k antibiotikům a chemoterapeutikům, těžkým kovům, UV záření, tvorbu enterotoxinů a adherenčních fimbrií).

Integrony

� Delší úseky DNA – úseky DNA, které se mohou také intracelulárně přemísťovat do různých míst DNA.

G. pro integrázu, promotor a integrační � G. pro integrázu, promotor a integrační místo

� G. řídící rezistenci k sulfonamidům

� Je součástí Tn a některých plazmidů

Rekombinace

� Nové uspořádání znaků uvnitř genomu nebo mezi 2 genomy.

� Na určitých místech nebo kdekoliv – generalizovaně.kdekoliv – generalizovaně.

� Homologické genomy – pomocí rec genů = legitimní rekombinace� Pomocí transponovatelných

elementů.