genetica bacteriana

download genetica bacteriana

of 43

  • date post

    18-Jan-2016
  • Category

    Documents

  • view

    11
  • download

    0

Embed Size (px)

description

microbiologie

Transcript of genetica bacteriana

  • Genetica bacteriana

  • Genetica bacteriana

    Genetica studiul caracterelor ereditare si al variatiei acestora

    Gena secventa ADN care codifica un produsspecific (ARN, proteina)

    Genom totalitatea genelor unui organism

  • Structura ADN

    Bailey , Scott Diagnostic Microbiology, 12th ed

  • Genetica bacteriana

    Genomul bacterian

    Cromozom

    Plasmide

    Episomi plasmide sau gene profagiceintegrate linear in cromosomul bacterian

  • Cromozomul bacterian

    molecula unica de ADN d.c. circular

    Contine genele care codificatoate caracterele esentialementinerii viabilitatii

    Atasat unui situs membranarde replicare

    1-2 mm lungime (cromozomul E coli - 1300 m lungime, dimensiunilebacteriei 1m x 3m)

    2000 4000 gene

    500 5000 kbJawetz, Melnick, Adelberg`s Medical Microbiology, 24 th ed

  • Plasmide

    Elemente genetice extracromosomale

    Atasate unui situs membranar de replicare

    Autonomie replicativa

  • Plasmide

    Gene necesare pentru autonomia replicativa

    Gene care codifica structuri exprimate in fenotipulgazdei Fact de virulenta (toxine, adezine etc)

    Enzime ale unor cai metabolice particulare

    Sinteza unor agenti antimicrobieni (bacteriocine)

    Factori de rezistenta la agenti antimicrobieni (beta-lactamaze)

    Criptice

    Gene care codifica structurile implicate in conjugareabacteriana (la plasmide conjugative)

  • Bacteriofagi (fagi)

    virusuri care se replica in celule bacteriene

    specificitate de specie

    Structura

    Cap - capsida (ADN sau ARN, 3-200 gene)

    Coada

    Teaca contractila

    Fibrele cozii

  • Bacteriofagi

    Fag virulent: stadiul de fag infectios si fag vegetativ

  • Bacteriofagi

    Fag temperat: fag infectios, profag si fag vegetativ

  • Bacteriofagi

    Bacterie lizogena bact care gazduieste un profag(dupa un numar nedeterminat de diviziuni va genera fagi maturi)

    Genomul profagic se replica sincron cu cel bacterian

    In stadiul de profag genele vegetative sunt represate, fiind exprimate doar genele responsabile de replicarea genomului; uneori si gene exprimate in fenotipul bacterian

    Conversie lizogenica aparitia unui caracter nou (ex producerea de toxina) la bacterii care gazduiesc un profag

  • Bacteriofagi

    Derepresia genelor vegetative in functie de statusulbacteriei, stimuli externi (UV etc)

    Integrarea profagului in cromosom aleatorie sausitus specifica

  • Genomul bacterian

    Cromozom

    Plasmide

    Episomi plasmide sau gene profagiceintegrate linear in cromosomul bacterian

  • Elemente transpozabile

    elemente genetice mobile (jumping genes)

    fragmente de ADN capabile sa se insere si sa treaca de la cromozom la plasmide si invers

    nu exista independent in celula

    Secvente de insertie vs transpozomi

    structura secv scurte (20-40 pb), inversate, dispuse la capetele

    elementului; recunoscute de transpozaze

    gene care codifica transpozaze

    gene care codifica factori specifici (patogenitate, rezistenta la antibiotice) si se exprima in fenotipul gazdei; prezente doar la transpozomi, nu si la SI

  • Elemente transpozabile

    Harvey, Cornelissen, Fisher Microbiology, 3rd ed

    Consecinte integrare aleatorie - alterarea secventei genei in care se insera transfer intercelular (prin plasmide sau fagi) - factor major in producerea variabilitatii genetice in populatiibacteriene (ex. rezistenta la antibiotice)

  • Replicarea ADN-ului bacterian

    in cursul diviziunii celulare

    semiconservativa

    Bidirectionala

    Etape derularea ADN

    Desfacerea celor 2 catene ADN parental origineareplicarii giraza si helicaza

    Sinteza noilor catene ADN model semiconservativ ADN polimeraza

    Terminarea replicarii

  • Replicarea ADN

    Bailey , Scott Diagnostic Microbiology, 12th ed

  • Expresia informatiei genetice

    in toate celulele vii, continuu (replicarea ADN doar in cursul diviziunii celulare)

    Structura genei secv promotor

    Cadru de citire (ORF)

    secv terminator

    Operon ansamblu de gene care au acelasi promotorsi terminator, iar reglarea transcrierii acestor gene se face prin intermediul aceleiasi secvente, numitaoperator

    ex. - gene care codifica enzime implicate in aceeasi calemetabolica

  • Expresia informatiei genetice

    Bailey , Scott Diagnostic Microbiology,

    Transcriere are loc in citoplasma

    ARN polimeraza recunoastesecventa promotor

    sinteza ARNm complementar

    unidirectionala 5` 3`

    ARNm bacterian policistronic(codifica produsele genelorgrupate intr-un operon)

    ARN polimeraza recunoastesecventa terminator

    ADN-ul bacterian nu contineintroni

  • Expresia informatiei genetice

    Bailey , Scott Diagnostic Microbiology,

    Translatie sinteza proteinelor, pe baza secventei ARNm(un codon 3 nucleotide codifica un aminoacid)

    Codul genetic universal si redundant (43 = 64 codoni; 61 codifica20 aminoacizi)

  • Expresia informatiei genetice

    Bailey , Scott Diagnostic Microbiology,

    Translatie

    Etape

    Initierea asocierea subunit ribosomale, ARNm, ARNtformilmetionina (codon start AUG), factori de initiere

    Elongarea Polisomi mai multi ribosomi pe acelasi ARNm

    Terminarea codon stop (UGA, UAG sau UAA)

    Procese post-translationale

  • Reglarea expresiei informatiei genetice

    Reglarea expresiei genice - responsabila de variatiafenotipica (nu toate genele sunt permanent exprimatefenotipic)

    gene care codifica produsi esentiali pentru viabilitateacelulei in orice conditii de mediu (gene constitutive) exprimate continuu

    gene care codifica produsi necesari doar in anumiteconditii expresia lor este controlata la nivel Transcriptional

    Translational

    Post-transcriptional

  • Reglarea expresiei informatiei geneticela nivel transcriptional

    Bailey , Scott Diagnostic Microbiology,

    Represia = inhibitia transcrieriiunor gene in prezenta unui produsmetabolic

    - genele care codifica enzimeleimplicate in sinteza unui anumitprodus nu sunt transcrise in prezentaacelui produs

    - Produsul (corepresor) formeaza un complex cu represorul (proteinareglatoare) si se fixeaza pe regiuneaoperator, astfel fiind blocatatranscrierea genelor operonului

  • Reglarea expresiei informatiei geneticela nivel transcriptional

    Bailey , Scott Diagnostic Microbiology,

    Inductia- genele care codifica enzime

    implicate in catabolizarea unuianumit substrat sunt transcrise doarin prezenta acestuia

    - Represorul se fixeaza pe regiuneaoperator si blocheaza transcriereagenelor operonului

    - Substratul (inductorul) formeazaun complex cu represorul si reduce afinitatea represorului pt regiuneaoperator, astfel fiind indusatranscrierea

  • Reglarea expresiei informatiei genetice

    Exemple

    Represia unor gene vegetative in cursul sporularii; inductia acelorasi gene declanseaza germinarea (prinmodificarea specificitatii ARN polimerazei)

    Inductia sintezei unor -lactamaze de catre antibiotice -lactamice

    Inductia unor pompe de eflux de catre subst toxice(antibiotice, dezinfectante etc)

    Inductia (in prezenta lactozei) a enzimelor care degradeaza dizaharidul

    Represia sintezei unor aminoacizi in conditiile prezenteilor in mediu

  • Reglarea expresiei informatiei genetice

    Exista interactiuni complexe intre diferitelemecanisme reglatorii

    Diversitatea si interdependenta mecanismelorreglatorii necesare pentru adaptarea rapidasi adecvata a microroganismului la variateconditii de mediu

  • Variatia bacteriana

    Fenotipica Indusa de interactiunea

    genomului cu factori de mediu

    Reversibila

    Nu se transmite ereditar

    Prin controlul la niveltranscriptional, translational sauposttranslational

    Genotipica Modificare brusca,

    (spontana sau indusa)

    Ireversibila

    transmisibila ereditar

    prin

    Mutatii

    Transfer de ADN

    Recombinare genetica

  • Mutatii

    Modificare in secventa nucleotidica a unei gene Spontane - erori in cursul replicarii ADN

    ADN polimeraza realizeaza 1 eroare la 109 baze/celula/ciclu de replicare)

    Induse de agenti mutageni fizici (radiatii ionizante, UV) chimici (acid nitros, analogi nucleozidici, benzopiren etc); cresc rata mutatiilor de 10 1000 ori

    Mecanisme de reparare a ADN-ului: repararea prin excizie Prezenta si manifestarea mutatiilor bacteriene favorizate

    de Marimea populatiilor bacteriene Caracterul diploid al genomului bacterian

  • MutatiiTipuri

    Substitutii modifica un singur nucleotid dintr-un codon, care astfel poate deveni codon sinonim nu se modifica aminoacidul codificat

    nou modificarea secventei de aminoacizi (mutatie cu sens gresit)

    non-sens - sinteza unui peptid incomplet (mutatie non-sens); daca mutatia non-sens este in prima genastructurala a unui operon mutatie polara

    GAG GAA GAG GTG GAG UAG

    Glu Glu Glu Val Glu stop

  • Mutatii

    Microinsertii, microdeletii insertia sau deletia a unul sau mai multe nucleotide (mutatii cu schimbarede proiect)

    AUG GCU ACC GUC AUG AGC UAC CGU C..

    Met Ala Tre Val Met Ser Tyr Arg -

  • Mutatii

    Consecinta: modificarea unui caracter/ functii

    Reversia fenotipica

    Reversie genotipica f rar

    S