Wykład 12 17,01,2013r.
T : Lekooporność bakteryjna c.d.
Ze względu na mechanizm nabywania oporności, wyróżnia się:
a) oporność naturalną (wrodzoną)
b) oporność nabytą
- pierwotną ---> oporność chromosomalna
- wtórną ---> oporność pozachromosomalna (koniugacja, transformacja, transdukcja)
Transformacja ---> bakterie po jakimś czasie giną w danym środowisku. Pewne fragmenty genu
bakterie nauczyły się pobierać ze środowiska.
Koniugacja ---> dwie komórki bakteryjne wchodzą ze sobą w ścisły kontakt. Bakterie spotykają się
ze sobą i wymieniają materiał genetyczny.
Transdukcja ---> uczestniczą bakteriofagi. Przyczepiają się częścią ogonkową do ściany komórki
innej bakterii i wpuszczają swój materiał genetyczny
MECHANIZMY OPORNOŚCI DROBNOUSTROJÓW NA ANTYBIOTYKI I CHEMIOTE-
- RAPEUTYKI:
* brak miejsca uchwytu enzymu, procesu metabolityczneo, struktury komórkowej
* miejsca uchwytu niewrażliwe lub zablokowane
* zwielokrotnienie liczby miejsc uchwytu dla leku
* wytwarzanie zastępczych preparatów/procesów metabolicznych (by-pass)
* bariera transortu leku do miejsca docelowego w komórce
* transport leku poza komórką
* unieczynnienie leku przez wiązanie ze strukturami komórkowymi
* enzymatyczna inaktywacja leku
T2: Genetyka bakterii. Horyzontalne przekazywanie genów wśród bakterii.
Ewolucja bakterii oparta jest nie tylko na mutacjach własnych genomów, ale również na
otrzymywaniu i włączaniu do DNA segmentów pochodzących od przedstawicieli innych gatunków.
* Horyzontalne przekazywanie genów  wymiana DNA między bakteriami
* Wertykalne przekazywanie genów  dziedziczenie genów przez potomstwo
HORYZONTALNE PRZEKAZYWANIE GENÓW :
- przyczyna naturalnej ewolucji bakterii.
Przekazywanie DNA i utrwalenie w genomie biorcy może:
- prowadzić do uzyskania pozytywnej cechy
- nie wywołać żadnej nowej cechy
- spowodować zniszczenie komórki (w przypadku przerwania ciągłości genomu)
Horyzontalny transfer genów może odbywać się w warunkach:
* naturalnych
* labolatoryjnych ---> mechanizm wykorzystywany w inżynierii genetycznej (klonowanie genów)
Bakterie w sposób preferencyjny nabywają i zatrzymują niektóre geny. Dotyczy to zwłaszcza
genów nie zagrażających biorcy, lecz korzystnych dla niego.
ZNACZENIE HORYZONTALNEGO TRANSFERU :
* ewolucja chorobotwórczych bakterii
* rozprzestrzenianie się oporności na lek
* nabywanie nowych cech chorobotwórczości bakterii, np.: zdolność do produkcji toksyn,
enzymów
* powstawanie bakterii zdolnych do rozkładu związków zanieczyszczających środowisko
* problem spójności schematów klasyfikacji gatunków bakterii
PRZEKAZYWANIE GENÓW:
* W szerokim zakresie gospodarzy  miedzy różnymi gatunkami, rodzajami
* W wąskim zakresie gospodarzy  w obrębie tego samego gatunku
RODZAJE HORYZONTALNEGO PRZEKAZYWANIA GENÓW:
TRANSFORMACJA  pobranie wolnego DNA ze środowiska
TRANSDUKCJA  przekazywanie DNA za pośrednictwem bakteriofagów
KONIUGACJA  bezpośrednie przekazanie DNA z komórki do komórki
TRANSFORMACJA :
* Naturalna ---> zachodząca w środowisku naturalnym, pobieranie jednoniciowego DNA
* Sztuczna ---> "zmuszanie"bakterii do pobierania nienaruszonego dwuniciowego DNA, przez szok
osmotyczny, cieplny lub elektryczny.
Transformacja bakteryjna prowadzi do trwałej zmiany zapisu genetycznego komórki, na skutek
pobrania cząsteczek DNA ze środowiska naturalnego lub poz
ywki. Zmiana genomu bakterii po
transformacji jest trwała i dziedziczona przez komórki potomne. Metodę tę zastosowano po
pierwszych udanych próbach wprowadzenia obcego genu do bakterii ---> dowód na to, ze DNA jest
nośnikiem informacji genetycznej. Transformacja jest wykorzystywana w wielu doświadczeniach z
użyciem zekombinowanego DNA.
ETAPY TRANSFORMACJI NATURALNEJ:
* komórka biorcy pobiera ze środowiska krótkie, rzadko dłuższe niż 50kpz fragmenty DNA
pochodzące z komórki dawcy
* związanie dwuniciowego DNA na powierzchni komórki bakteryjnej
* przecięcie i strawienie jednej nici DNA przez enzymy bakteryjne
* transport jednoniciowego DNA do wnętrza komórki dzięki systemowi aktywnego transportu -
kompleks białek oddziałujących z DNA
* włączenie DNA do chromosomów biorcy
* fenotypowe procesy zewnętrznego wytwarzania nowej cechy
Zjawisko naturalnej transformacji jest rzedko spotykane wśród bakterii bytujących w organizmie
człowieka czy zwierząt, występuje np.: u Strptococcus pneumoniae, Neisseria gonoerhoeae.
E.coli bytujące w jelicie nie transferuje w sposób naturalny. Bakterie glebowe i wodne są podatne
na naturalną transformację.
TRANSDUKCJA:
+ Transdukcja zachodzi przy kontakcie bakteriofaga z komórką bakteryjną.
+ Swoisty bakteriofag absorbuje się za pomocą wyrostków na powierzchni wrażliwej komórki.
+ DNA fagowy wnika do wnętrza bakterii.
+ Białkowa osłonka główki i ogonek pozostaje na zewnątrz komórki
PROCESY TRANSDUKCJI:
1. Infekcja lityczna:
Po wniknięciu DNA fagowy może pozostać w cytoplazmie, rozpoczyna się synteza nowych
łańcuchów DNA , białka osłonki i ogonka faga. Wewnątrz bakterii może sformułować się kilkaset
nowych fagów. Komórka ulega rozpadowi. Uwolnione fagi zakażają nowe komórki bakteryjne,
rozpoczyna się namnażanie faga i niszczenie komórki.
2) Lizogenia:
DNA fagowy nie pozostaje w cytoplazmie tylko wnika do genoforu bakterii, ulega integracji  staje
się profagiem. Komórka rozwija się normalnie, ale wykazuje oporność na ponowne zakażenie tym
samym fagiem. Każda komórka potomna otrzyma zmodyfikowany genofor.
Komórki z wbudowanym DNA faga  komórki lizogenne. Proces prowadzący do ich powstania
nazywa się lizogenią.
DNA faga może ulec oddzieleniu od genoforu bakterii, przejść do cytoplazmy  dochodzi wówczas
do namnażania fagów i zniszczenia bakterii.
KONWERSJA LIZOGENNA:
Obecność profaga w komórce może wpływać na fenotyp bakterii (np.: właściwości wirulentne)
* Corynebacterium diphteriae wywołujący błonicę ---> egzotoksyna błonicza - fag. B
* Streptococcus pyogenes (gr.A) wywołujący płonicę --> egzotoksyna erytrogenna A,B,C - fag.T12
* Vibro cholerae wywołujący cholerę ---> enterotoksyna CT - fag. CTX
* Bakterie EHEC ---> cyktotoksyna Stx - Stx1 (lizogenizacja fagiem H19J),
cytotoksyna Stx - Stx2 (lizogenizacja fagiem 933W)
KONIUGACJA:
Bezpośrednie przeniesienie DNA z komórki do komórki. Podczas koniugacji dwie bakterie (dawca i
biorca) wchodzą z ścisły kontakt ze sobą. W kontakcie obu komórek uczestniczy grupa duża grupa
bialek, tworzących połączenie między konigującymi komórkami. Cytoplazma łączy się w miejscu,
w którym nastapiła fuzja osłon komórkowych. Przeniesienie DNA zachodzi za pośrednictwem
plazmidów i transpozonów koniugacyjnych.
Im dłużej koniugują komórki przed przerwaniem mostka, tym więcej przenosi się genów.
PLAZMIDY KONIUGACYJNE :
(samoprzenoszące się)
Tylko część plazmidów niesie geny kodujące białka, które tworzą połączenia koniugacyjne i
umożliwiają przekazywanie DNA. Są to plazmidy koniugacyjne. Plazmidy te są duże (30 kpz.).
Po utworzeniu ścisłego kontaktu między komórkami dawcy i biorcy (uczestniczą w tym białka
kodowane przez plazmid) następuje fuzja błon.
KONIUGACYJNE PRZEKAZYWANIE PLAZMINOWEGO DNA:
* Utworzenie ścisłego kontaktu między komórkami dawcy i biorcy (uczestniczą w tym białka
kodowane przez plazmid).
* Fuzja błon.
* Nacięcie jednej nici DNA w origin koniugacyjnym (oriT, ang. origin of transfer).
* Przyłączenie jednego końca nici do białka znajdujżcego się w miejscu fuzji.
* Przekazanie drugiego końca do cytoplazmy biorcy
* Replikacja brakujących nici DNA (w komórce dawcy i biorcy).
* Uwolnienie końców plazmidów z mostka koniugacyjnego.
* Sklejenie końców nici  utworzenie kolistej formy plazmidów.
PLAZMIDY MOBILIZOWANE :
Niektóre plazmidy nie mogą przenosić się do komórki biorcy, ponieważ nie mają genów
koniecznych do utworzenia fuzji. Mają one geny kodujące białka, które przecinają plazmid w oriT.
Plazmidy takie korzystają z fuzji do której doprowadził drugi plazmid.
KONIUGACYJNE PLAZMIDY MOBILIZUJ
PLAZMIDY MOBILIZOWANE
TRANSPOZONY KONIUGACYJNE:
* Transpozony koniugacyjne istnieją w formie zintegrowanej z chromosomem bakteryjnym.
* W odpowiedzi na niektóre sygnały transpozony wycinają się z chromosomu, tworzą zamknięte
kółka podobne do plazmidów.
* Kolista forma przejściowa jest nacinana w miejscu oriT i przeniesiona do biorcy
* W biorcy kolista forma włącza się do chromosomu biorcy
* Transpozony mogą mobilizować plazmidy niezdolne do samodzielnego przeniesienia się.