18/10/2014

1

Genetica bacterian

Obiective instrucionale

Cunoaterea structurii genomului bacterian

Cunoaterea principalelor mecanisme de variabilitate genetic:

mutaia

Transfer orizontal (transformare, conjugare, transducie, conversie lizogenic)

studiaz ereditatea i variabilitatea la bacterii;

genomul bacterian este reprezentat de

- ADN cromozomal (include gene eseniale)

- ADN plasmidic (conine gene care codific caractere de tulpin);

genotip = totalitatea informaiei nscris n genomul bacterian;

fenotip = suma caracterelor observabile consecutiv interaciunii genotipului cu mediul ambiant.

Genomul bacterian

cromosom

nucleoid

16x106 perechi baze, 6000 gene

controleaz structura, creterea, multiplicarea normal a bacteriei

plasmide

elemente genetice extracromosomale, mai mici

replicare autonom

ADN circular

dispensabile

supravieuirea bacteriei n condiii modificate de mediu

plasmide de virulen

plasmide care codific enzime ale unor ci metabolice particulare

plasmide care codific sinteza unor ageni antimicrobieni

plasmide de rezisten la ageni antimicrobieni

plasmide criptice

episomi

plasmide (sau genome profagice) integrate linear n crs. bacterian

Replicarea ADN-ului bacterian

Repliconi: uniti ADN cu replicare independent in vivo.

Molecule ADN d.c. circulare, legate de un situs membranar de replicare (cromozom, plasmide, bacteriofagi).

Originea replicrii;

Gene care codific iniiatorii;

Gene exprimate fenotipic;

Sfritul replicrii.

Variaia fenotipic vs. variaia genotipic

Variaia fenotipic indus de interaciunea genomului cu factorii de mediu

reversibil

nu se transmite ereditar

Variaia genotipic modificare brusc a unuia/m.m. caractere ale unui individ

rar

se transmite ereditar

mecanisme:

mutaia

transferul ADN recombinare genetic

Mutaia

modificare n secvena nucleotidic a unei gene codon diferit secven de a.a. diferit

eveniment rar, spontan imprevizibil i stabil

mutaiile acumulate de-a lungul a miliarde de ani, sub efectul seleciei naturale, explic evoluia speciilor

noile gene aprute prin mutaie se numesc alele i ocup acelai locus genetic ca gena de origine

Modalitile mutaiei

Substituii i inversii nucleotidice modific un singur codon (punctiforme)

codon sinonim mutaie imperceptibil codon nou mutaie cu sens greit

a.a. nou nafara situsului fc. al polipeptidului mutaie muta.a. nou n situsul fc. fc. pierdut/modificat

codon non-sens (stop) mutaie non-sens, mutaie polar

Inserii i deleii 1/m.m. nucleotide - cu decalarea citirii mesajului genetic

microinserii/microdeleii mutaie cu schimbare de proiect protein total nou

macroinserii mutaie cu pierderea funciei

macrodeleii mutaii letale/ apariia de genuri noi de bacterii

Rata mutaiei = probabilitatea de apariie spontan a unei mutaii ntr-o populaie bacterian

rata mutaiei este foarte sczut (10-7 10-9)

poate crete n prezena unor ageni mutageni (chimici sau fizici)

Frecvena mutaiei = proporia unui anumit mutant ntr-o populaie bacterian frecvena mutantului poate crete ca urmare a seleciei

- relative (mutantul are un timp de generaie mai scurt)

- absolute (prin prezena unui factor de mediu favorabil mutantului dar defavorabil restului populaiei)

Transferul genetic se realizeaz n sens unic, de la o bacterie donor la una receptor

exogenot = materialul genetic transferat

endogenot = materialul genetic propriu

Recombinarea procesul ce duce la restructurarea ADN, la formarea de gene noi

Transferuri genetice

transformare

conjugare

transferul prin bacteriofagi

transducia

conversia lizogenic

Transformarea

o bacterie accept ADN liber provenit de la bacteria donor (stare de competen)

ADN transformant rezult din liza spontan a bacteriilor donatoare

fenomenul a fost descoperit prin experimentri pe oarece cu S. pneumoniae n 1928 i explicat dup dou decenii mai trziu

rol redus n evoluia natural a bacteriilor

Conjugare

- transfer genetic consecutiv contactului fizic ntre dou bacterii cu polaritate sexual diferit

- bacteria donor(sex masculin) posed un plasmid conjugativ (factorul F+) cu gene ce codific sinteza de pili sexuali, prin care se ataeaz la receptori specifici de pe suprafaa unei celule receptor ( F-, de sex feminin)

- sunt transferate plasmide conjugative i plasmide non-conjugative

- consecutiv acestui tip de conjugare rezult dou celule F+

- plasmidul F poate purta gene adiionale (ex., gene de R la antibiotice) care pot fi transferate

Conjugare

- plasmidul F integrat n cromozom poate conduce la transfer de gene cromozomale

(ntre o bacterie Hfr i una F-)

- transferul ncepe din vecintatea locului de inserie a plasmidului F, care este ultimul transferat

- cel mai frecvent bacteria receptor ramne F-

Transferuri genetice mediate de bacteriofagi

Transducia

transfer fragment ADN de la bacterie D la bacterie R prin intermediul unui bacteriofag (temperat)

cotransducia (max. 2% crs. bacteriei D) este limitat la gene bacteriene vecine

Conversia lizogenic

apariia unui nou caracter la bacterii care gzduiesc un profag

bacteriile lizogene manifest noul caracter ct timp gzduiesc profagul

e.g., toxigeneza unor bacterii, sinteza AgO ale salmonelelor

Semnificaii biologice ale variaiei genetice a bacteriilor

variaiile genetice creeaz indivizi cu caractere noi

mutaiile scurteaz timpul de generaie (pierdere structuri i funcii)

transferurile genetice prelungesc timpul de generaie (1-m.m. caractere suplimentare)

modificrile mediului creeaz avantaje sau dezavantaje pentru diferite variante

selecia relativ

pozitiv pentru mutantele cu timp de generaie mai scurt dect al populaiei parentale

negativ cnd transferul genetic crete timpul de generaie al variantei

selecia absolut factor de mediu favorabil unei variante dar letal pentru populaia parental

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

18/10/2014

2

Genetica bacterian

Obiective instrucionale

Cunoaterea structurii genomului bacterian

Cunoaterea principalelor mecanisme de variabilitate genetic:

mutaia

Transfer orizontal (transformare, conjugare, transducie, conversie lizogenic)

studiaz ereditatea i variabilitatea la bacterii;

genomul bacterian este reprezentat de

- ADN cromozomal (include gene eseniale)

- ADN plasmidic (conine gene care codific caractere de tulpin);

genotip = totalitatea informaiei nscris n genomul bacterian;

fenotip = suma caracterelor observabile consecutiv interaciunii genotipului cu mediul ambiant.

Genomul bacterian

cromosom

nucleoid

16x106 perechi baze, 6000 gene

controleaz structura, creterea, multiplicarea normal a bacteriei

plasmide

elemente genetice extracromosomale, mai mici

replicare autonom

ADN circular

dispensabile

supravieuirea bacteriei n condiii modificate de mediu

plasmide de virulen

plasmide care codific enzime ale unor ci metabolice particulare

plasmide care codific sinteza unor ageni antimicrobieni

plasmide de rezisten la ageni antimicrobieni

plasmide criptice

episomi

plasmide (sau genome profagice) integrate linear n crs. bacterian

Replicarea ADN-ului bacterian

Repliconi: uniti ADN cu replicare independent in vivo.

Molecule ADN d.c. circulare, legate de un situs membranar de replicare (cromozom, plasmide, bacteriofagi).

Originea replicrii;

Gene care codific iniiatorii;

Gene exprimate fenotipic;

Sfritul replicrii.

Variaia fenotipic vs. variaia genotipic

Variaia fenotipic indus de interaciunea genomului cu factorii de mediu

reversibil

nu se transmite ereditar

Variaia genotipic modificare brusc a unuia/m.m. caractere ale unui individ

rar

se transmite ereditar

mecanisme:

mutaia

transferul ADN recombinare genetic

Mutaia

modificare n secvena nucleotidic a unei gene codon diferit secven de a.a. diferit

eveniment rar, spontan imprevizibil i stabil

mutaiile acumulate de-a lungul a miliarde de ani, sub efectul seleciei naturale, explic evoluia speciilor

noile gene aprute prin mutaie se numesc alele i ocup acelai locus genetic ca gena de origine

Modalitile mutaiei

Substituii i inversii nucleotidice modific un singur codon (punctiforme)

codon sinonim mutaie imperceptibil

codon nou mutaie cu sens greit a.a. nou nafara situsului fc. al polipeptidului mutaie muta.a. nou n situsul fc. fc. pierdut/modificat

codon non-sens (stop) mutaie non-sens, mutaie polar

Inserii i deleii 1/m.m. nucleotide - cu decalarea citirii mesajului genetic

microinserii/microdeleii mutaie cu schimbare de proiect protein total nou

macroinserii mutaie cu pierderea funciei

macrodeleii mutaii letale/ apariia de genuri noi de bacterii

Rata mutaiei = probabilitatea de apariie spontan a unei mutaii ntr-o populaie bacterian

rata mutaiei este foarte sczut (10-7 10-9)

poate crete n prezena unor ageni mutageni (chimici sau fizici)

Frecvena mutaiei = proporia unui anumit mutant ntr-o populaie bacterian frecvena mutantului poate crete ca urmare a seleciei

- relative (mutantul are un timp de generaie mai scurt)

- absolute (prin prezena unui factor de mediu favorabil mutantului dar defavorabil restului populaiei)

Transferul genetic se realizeaz n sens unic, de la o bacterie donor la una receptor

exogenot = materialul genetic transferat

endogenot = materialul genetic propriu

Recombinarea procesul ce duce la restructurarea ADN, la formarea de gene noi

Transferuri genetice

transformare

conjugare

transferul prin bacteriofagi

transducia

conversia lizogenic

Transformarea

o bacterie accept ADN liber provenit de la bacteria donor (stare de competen)

ADN transformant rezult din liza spontan a bacteriilor donatoare

fenomenul a fost descoperit prin experimentri pe oarece cu S. pneumoniae n 1928 i explicat dup dou decenii mai trziu

rol redus n evoluia natural a bacteriilor

Conjugare

- transfer genetic consecutiv contactului fizic ntre dou bacterii cu polaritate sexual diferit

- bacteria donor(sex masculin) posed un plasmid conjugativ (factorul F+) cu gene ce codific sinteza de pili sexuali, prin care se ataeaz la receptori specifici de pe suprafaa unei celule receptor ( F-, de sex feminin)

- sunt transferate plasmide conjugative i plasmide non-conjugative

- consecutiv acestui tip de conjugare rezult dou celule F+

- plasmidul F poate purta gene adiionale (ex., gene de R la antibiotice) care pot fi transferate

Conjugare

- plasmidul F integrat n cromozom poate conduce la transfer de gene cromozomale

(ntre o bacterie Hfr i una F-)

- transferul ncepe din vecintatea locului de inserie a plasmidului F, care este ultimul transferat

- cel mai frecvent bacteria receptor ramne F-

Transferuri genetice mediate de bacteriofagi

Transducia

transfer fragment ADN de la bacterie D la bacterie R prin intermediul unui bacteriofag (temperat)

cotransducia (max. 2% crs. bacteriei D) este limitat la gene bacteriene vecine

Conversia lizogenic

apariia unui nou caracter la bacterii care gzduiesc un profag

bacteriile lizogene manifest noul caracter ct timp gzduiesc profagul

e.g., toxigeneza unor bacterii, sinteza AgO ale salmonelelor

Semnificaii biologice ale variaiei genetice a bacteriilor

variaiile genetice creeaz indivizi cu caractere noi

mutaiile scurteaz timpul de generaie (pierdere structuri i funcii)

transferurile genetice prelungesc timpul de generaie (1-m.m. caractere suplimentare)

modificrile mediului creeaz avantaje sau dezavantaje pentru diferite variante

selecia relativ

pozitiv pentru mutantele cu timp de generaie mai scurt dect al populaiei parentale

negativ cnd transferul genetic crete timpul de generaie al variantei

selecia absolut factor de mediu favorabil unei variante dar letal pentru populaia parental

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

18/10/2014

3

Genetica bacterian

Obiective instrucionale

Cunoaterea structurii genomului bacterian

Cunoaterea principalelor mecanisme de variabilitate genetic:

mutaia

Transfer orizontal (transformare, conjugare, transducie, conversie lizogenic)

studiaz ereditatea i variabilitatea la bacterii;

genomul bacterian este reprezentat de

- ADN cromozomal (include gene eseniale)

- ADN plasmidic (conine gene care codific caractere de tulpin);

genotip = totalitatea informaiei nscris n genomul bacterian;

fenotip = suma caracterelor observabile consecutiv interaciunii genotipului cu mediul ambiant.

Genomul bacterian

cromosom

nucleoid

16x106 perechi baze, 6000 gene

controleaz structura, creterea, multiplicarea normal a bacteriei

plasmide

elemente genetice extracromosomale, mai mici

replicare autonom

ADN circular

dispensabile

supravieuirea bacteriei n condiii modificate de mediu

plasmide de virulen

plasmide care codific enzime ale unor ci metabolice particulare

plasmide care codific sinteza unor ageni antimicrobieni

plasmide de rezisten la ageni antimicrobieni

plasmide criptice

episomi

plasmide (sau genome profagice) integrate linear n crs. bacterian

Replicarea ADN-ului bacterian

Repliconi: uniti ADN cu replicare independent in vivo.

Molecule ADN d.c. circulare, legate de un situs membranar de replicare (cromozom, plasmide, bacteriofagi).

Originea replicrii;

Gene care codific iniiatorii;

Gene exprimate fenotipic;

Sfritul replicrii.

Variaia fenotipic vs. variaia genotipic

Variaia fenotipic indus de interaciunea genomului cu factorii de mediu

reversibil

nu se transmite ereditar

Variaia genotipic modificare brusc a unuia/m.m. caractere ale unui individ

rar

se transmite ereditar

mecanisme:

mutaia

transferul ADN recombinare genetic

Mutaia

modificare n secvena nucleotidic a unei gene codon diferit secven de a.a. diferit

eveniment rar, spontan imprevizibil i stabil

mutaiile acumulate de-a lungul a miliarde de ani, sub efectul seleciei naturale, explic evoluia speciilor

noile gene aprute prin mutaie se numesc alele i ocup acelai locus genetic ca gena de origine

Modalitile mutaiei

Substituii i inversii nucleotidice modific un singur codon (punctiforme)

codon sinonim mutaie imperceptibil

codon nou mutaie cu sens greit

a.a. nou nafara situsului fc. al polipeptidului mutaie muta.a. nou n situsul fc. fc. pierdut/modificat

codon non-sens (stop) mutaie non-sens, mutaie polar

Inserii i deleii 1/m.m. nucleotide - cu decalarea citirii mesajului genetic

microinserii/microdeleii mutaie cu schimbare de proiect protein total nou

macroinserii mutaie cu pierderea funciei

macrodeleii mutaii letale/ apariia de genuri noi de bacterii

Rata mutaiei = probabilitatea de apariie spontan a unei mutaii ntr-o populaie bacterian

rata mutaiei este foarte sczut (10-7 10-9)

poate crete n prezena unor ageni mutageni (chimici sau fizici)

Frecvena mutaiei = proporia unui anumit mutant ntr-o populaie bacterian frecvena mutantului poate crete ca urmare a seleciei

- relative (mutantul are un timp de generaie mai scurt)

- absolute (prin prezena unui factor de mediu favorabil mutantului dar defavorabil restului populaiei)

Transferul genetic se realizeaz n sens unic, de la o bacterie donor la una receptor

exogenot = materialul genetic transferat

endogenot = materialul genetic propriu

Recombinarea procesul ce duce la restructurarea ADN, la formarea de gene noi

Transferuri genetice

transformare

conjugare

transferul prin bacteriofagi

transducia

conversia lizogenic

Transformarea

o bacterie accept ADN liber provenit de la bacteria donor (stare de competen)

ADN transformant rezult din liza spontan a bacteriilor donatoare

fenomenul a fost descoperit prin experimentri pe oarece cu S. pneumoniae n 1928 i explicat dup dou decenii mai trziu

rol redus n evoluia natural a bacteriilor

Conjugare

- transfer genetic consecutiv contactului fizic ntre dou bacterii cu polaritate sexual diferit

- bacteria donor(sex masculin) posed un plasmid conjugativ (factorul F+) cu gene ce codific sinteza de pili sexuali, prin care se ataeaz la receptori specifici de pe suprafaa unei celule receptor ( F-, de sex feminin)

- sunt transferate plasmide conjugative i plasmide non-conjugative

- consecutiv acestui tip de conjugare rezult dou celule F+

- plasmidul F poate purta gene adiionale (ex., gene de R la antibiotice) care pot fi transferate

Conjugare

- plasmidul F integrat n cromozom poate conduce la transfer de gene cromozomale

(ntre o bacterie Hfr i una F-)

- transferul ncepe din vecintatea locului de inserie a plasmidului F, care este ultimul transferat

- cel mai frecvent bacteria receptor ramne F-

Transferuri genetice mediate de bacteriofagi

Transducia

transfer fragment ADN de la bacterie D la bacterie R prin intermediul unui bacteriofag (temperat)

cotransducia (max. 2% crs. bacteriei D) este limitat la gene bacteriene vecine

Conversia lizogenic

apariia unui nou caracter la bacterii care gzduiesc un profag

bacteriile lizogene manifest noul caracter ct timp gzduiesc profagul

e.g., toxigeneza unor bacterii, sinteza AgO ale salmonelelor

Semnificaii biologice ale variaiei genetice a bacteriilor

variaiile genetice creeaz indivizi cu caractere noi

mutaiile scurteaz timpul de generaie (pierdere structuri i funcii)

transferurile genetice prelungesc timpul de generaie (1-m.m. caractere suplimentare)

modificrile mediului creeaz avantaje sau dezavantaje pentru diferite variante

selecia relativ

pozitiv pentru mutantele cu timp de generaie mai scurt dect al populaiei parentale

negativ cnd transferul genetic crete timpul de generaie al variantei

selecia absolut factor de mediu favorabil unei variante dar letal pentru populaia parental

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

18/10/2014

4

Genetica bacterian

Obiective instrucionale

Cunoaterea structurii genomului bacterian

Cunoaterea principalelor mecanisme de variabilitate genetic:

mutaia

Transfer orizontal (transformare, conjugare, transducie, conversie lizogenic)

studiaz ereditatea i variabilitatea la bacterii;

genomul bacterian este reprezentat de

- ADN cromozomal (include gene eseniale)

- ADN plasmidic (conine gene care codific caractere de tulpin);

genotip = totalitatea informaiei nscris n genomul bacterian;

fenotip = suma caracterelor observabile consecutiv interaciunii genotipului cu mediul ambiant.

Genomul bacterian

cromosom

nucleoid

16x106 perechi baze, 6000 gene

controleaz structura, creterea, multiplicarea normal a bacteriei

plasmide

elemente genetice extracromosomale, mai mici

replicare autonom

ADN circular

dispensabile

supravieuirea bacteriei n condiii modificate de mediu

plasmide de virulen

plasmide care codific enzime ale unor ci metabolice particulare

plasmide care codific sinteza unor ageni antimicrobieni

plasmide de rezisten la ageni antimicrobieni

plasmide criptice

episomi

plasmide (sau genome profagice) integrate linear n crs. bacterian

Replicarea ADN-ului bacterian

Repliconi: uniti ADN cu replicare independent in vivo.

Molecule ADN d.c. circulare, legate de un situs membranar de replicare (cromozom, plasmide, bacteriofagi).

Originea replicrii;

Gene care codific iniiatorii;

Gene exprimate fenotipic;

Sfritul replicrii.

Variaia fenotipic vs. variaia genotipic

Variaia fenotipic indus de interaciunea genomului cu factorii de mediu

reversibil

nu se transmite ereditar

Variaia genotipic modificare brusc a unuia/m.m. caractere ale unui individ

rar

se transmite ereditar

mecanisme:

mutaia

transferul ADN recombinare genetic

Mutaia

modificare n secvena nucleotidic a unei gene codon diferit secven de a.a. diferit

eveniment rar, spontan imprevizibil i stabil

mutaiile acumulate de-a lungul a miliarde de ani, sub efectul seleciei naturale, explic evoluia speciilor

noile gene aprute prin mutaie se numesc alele i ocup acelai locus genetic ca gena de origine

Modalitile mutaiei

Substituii i inversii nucleotidice modific un singur codon (punctiforme)

codon sinonim mutaie imperceptibil codon nou mutaie cu sens greit

a.a. nou nafara situsului fc. al polipeptidului mutaie muta.a. nou n situsul fc. fc. pierdut/modificat

codon non-sens (stop) mutaie non-sens, mutaie polar Inserii i deleii 1/m.m. nucleotide - cu decalarea citirii mesajului genetic

microinserii/microdeleii mutaie cu schimbare de proiect protein total nou

macroinserii mutaie cu pierderea funciei

macrodeleii mutaii letale/ apariia de genuri noi de bacterii

Rata mutaiei = probabilitatea de apariie spontan a unei mutaii ntr-o populaie bacterian

rata mutaiei este foarte sczut (10-7 10-9)

poate crete n prezena unor ageni mutageni (chimici sau fizici)

Frecvena mutaiei = proporia unui anumit mutant ntr-o populaie bacterian frecvena mutantului poate crete ca urmare a seleciei

- relative (mutantul are un timp de generaie mai scurt)

- absolute (prin prezena unui factor de mediu favorabil mutantului dar defavorabil restului populaiei)

Transferul genetic se realizeaz n sens unic, de la o bacterie donor la una receptor

exogenot = materialul genetic transferat

endogenot = materialul genetic propriu

Recombinarea procesul ce duce la restructurarea ADN, la formarea de gene noi

Transferuri genetice

transformare

conjugare

transferul prin bacteriofagi

transducia

conversia lizogenic

Transformarea

o bacterie accept ADN liber provenit de la bacteria donor (stare de competen)

ADN transformant rezult din liza spontan a bacteriilor donatoare

fenomenul a fost descoperit prin experimentri pe oarece cu S. pneumoniae n 1928 i explicat dup dou decenii mai trziu

rol redus n evoluia natural a bacteriilor

Conjugare

- transfer genetic consecutiv contactului fizic ntre dou bacterii cu polaritate sexual diferit

- bacteria donor(sex masculin) posed un plasmid conjugativ (factorul F+) cu gene ce codific sinteza de pili sexuali, prin care se ataeaz la receptori specifici de pe suprafaa unei celule receptor ( F-, de sex feminin)

- sunt transferate plasmide conjugative i plasmide non-conjugative

- consecutiv acestui tip de conjugare rezult dou celule F+

- plasmidul F poate purta gene adiionale (ex., gene de R la antibiotice) care pot fi transferate

Conjugare

- plasmidul F integrat n cromozom poate conduce la transfer de gene cromozomale

(ntre o bacterie Hfr i una F-)

- transferul ncepe din vecintatea locului de inserie a plasmidului F, care este ultimul transferat

- cel mai frecvent bacteria receptor ramne F-

Transferuri genetice mediate de bacteriofagi

Transducia

transfer fragment ADN de la bacterie D la bacterie R prin intermediul unui bacteriofag (temperat)

cotransducia (max. 2% crs. bacteriei D) este limitat la gene bacteriene vecine

Conversia lizogenic

apariia unui nou caracter la bacterii care gzduiesc un profag

bacteriile lizogene manifest noul caracter ct timp gzduiesc profagul

e.g., toxigeneza unor bacterii, sinteza AgO ale salmonelelor

Semnificaii biologice ale variaiei genetice a bacteriilor

variaiile genetice creeaz indivizi cu caractere noi

mutaiile scurteaz timpul de generaie (pierdere structuri i funcii)

transferurile genetice prelungesc timpul de generaie (1-m.m. caractere suplimentare)

modificrile mediului creeaz avantaje sau dezavantaje pentru diferite variante

selecia relativ

pozitiv pentru mutantele cu timp de generaie mai scurt dect al populaiei parentale

negativ cnd transferul genetic crete timpul de generaie al variantei

selecia absolut factor de mediu favorabil unei variante dar letal pentru populaia parental

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30