Wykład 3

Wykład 3 (2006-10-17)

PLAZMIDY

W komórkach bakterii oprócz DNA wyst. niezależna cząsteczka zwana plazmidem, 1000 - 2000 kpz - 10X mniej od chromosomu (który ma zakodowane podstawowe funkcje komórki). Plazmid ma zakodowane cechy pojedyncze, które umożliwiają przeżycie w obecności np. antybiotyków. Jeśli zajdą warunki niekorzystne przeżyją te bakterie które mają plazmid.

PLAZMIDY

Infekcyjne (samoprzekazywalne)

Nieinfekcyjne (nie przekazują się w koniugacji, ale z udziałem plazmidu infekcyjnego może zostać przekazany - przeniesienie związane jest z wytworzeniem pili płciowej, która połączy kom dawcy i biorcy, replikacją i przekazaniem kopii)

PLAZMIDY SĄ RÓŻNICOWANE ZE WZGLĘDU NA GENY W NICH ZLOKALIZOWANE:

F- FACTOR - czynniki płciowe, u bakterii brak płciowości, ale ten czynnik (90 - 100 kpz; 1-3 kopie) ma zdolność przekazu w koniugacji, więc ma geny warunkujące transfer np. związane z syntezą pili. Nie ma on innych genów poza F. niektóre plazmidy wbudowują się do chromosomu bakteryjnego i nazywamy je czynnikami episomalnymi. Gdy plazmid jest wbudowany może przenieść całą kopię chromosomu dawcy do biorcy - przyczyna zmienności mikroorganizmów.
PLAZMIDY R - mają geny kodujące odporność na UV, antybiotyki czy środki dezynfekcyjne, sulfonamidy
PLAZMIDY COL - kodują syntezę bakteriocyn - związków hamujących wzrost wrażliwych szczepów tego samego gatunku lub gatunków blisko spokrewnionych. Wytwarzane są przez Escherichia Coli - wytwarza colicyny, Cloacae - cloacyny
PLAZMIDY WIRULENCYJNE - mają geny kodujące chorobotwórczość bakterii, jest to zespół wielu czynników kodowanych przez geny z chromosomu lub plazmidu; np. plazmid wytwarza enterotoksynę, koduje wytwarzanie czynników adhezyjnych, koduje wytwarzanie sideroforu (bakterie potrzebują dużo Fe, siderofory to delatory, wytwarzane są do środowiska, zabierają Fe z białek, powstają kompleksy siderofor - Fe, rozpoznają je receptory w komórce, i Fe jest pobierane do środka komórki.
PLAZMID METABOLICZNY - odpowiada ze dodatkowe właściwości np. wykorzystanie laktozy, kamfory, toluenu jako źródło węgla. Mogą hydrolizować mocznik z udziałem ureazy, zdolność wiązania azoty cząsteczkowego N₂. plazmidy duże występują w liczbie kopii 1-3, nieprzekazywalne, niskocząsteczkowe w dużej liczbie kopii.

Między dwoma plazmidami występują interakcje, w wyniku których powstaje dodatkowa trzecia cecha. Plazmidy mogą być wektorami do wprowadzania obcych genów do DNA i produkcji leków.

TWORZENIE ENDOSPOR - form przetrwanych nie służących do rozmnażania tylko do przeżycia:

endospory
egzospory
cysty

ad. a) Największe znaczenie mają endospory - najlepiej przystosowane do złych warunków. Są częściej wykorzystywane i występują w naszym środowisku i są chorobotwórcze.

Bacillus i Clostridium, pierwsze to tlenowce lub względne beztlenowce, a drugie bezwzględne beztlenowce występujące w glebie. Endospory przenoszone są w powietrzu, są powszechne i uciążliwe dla człowieka, bo mogą występować w kosmetykach, jedzeniu i powodują ich psucie. O ile bakterię łatwo zabić wysoką temperaturą, to endospor nie da się tak zabić

Właściwości endospor:

- ciepłoodporność

- zwiększona zdolność życia w niskich temp, w wysuszeniu

- są zdolne żyć przy naświetleniu UV

- odporne na środki dezynfekcyjne

! tworzenie endospor trwa 16 -20 h i jest spowodowane sytuacją głodową! A nie złymi warunkami (np. zimnem- odporność na nie zdobywa bakteria po przejściu w endosporę!)

ad. b) egzospory i cysty - bakterie je wytwarzają, nie są chorobotwórcze. Egzospory powstają przez pączkowanie - podział nierównomierny, tworzy je metylosinus?. Część mniejsza zmienia się w sporę podobną do endospor, niektóre nie są ciepłooporne. Cysty - cała komórka otacza się grubą ścianą, co chroni przed wyschnięciem, UV, ale nie przed wysoką temperaturą. Mixospory - cysty u myxobakterii

TWORZENIE ENDOSPOR

Komórka bakterii dzieli się przez podział prosty, poprzeczny na 2 identyczne komórki, dzieli się protoplast i ściana.

ENDOSPORY - po replikacji DNA, nierównomiernie dzieli się protoplast na część większą i mniejszą mające kopie chromosomu. Z części mniejszej powstaje endospora, a większa otacza mniejszą a częściowo degeneruje. Mniejsza część nazywana jest presporą.

Między dwie warstwy błon odkładany jest Peptydoglikan (jak w ścianie komórkowej tylko luźniejszy - ma mniej mostków poprzecznych) tworzący kortex.

W kolejnych etapach na powierzchni endospory odkładane są białka tworząc płaszcz z reszt cysteinowych. Magaz jest 2 - pikolinian wapnia, produkowane są białka chroniące DNA, na zewnątrz odkładana jest warstwa białka zwana egzosporium, cytoplazma ulega odwodnieniu, zagęszczeniu. Chromosom się zmniejsza. Na końcu dochodzi do lizy i uwolnienia endospory do środowiska.

Kw. 2-pikolinowy odgrywa rolę w ciepłooporności, oraz białka chroniące DNA, odwodnienie protoplastu, większa aktywność protein.

Występują zwolnione procesy komórkowe w endosporze, która może żyć nawet 100 tyś. Lat w uśpieniu. W warunkach korzystnych dochodzi do geminacji - kiełkowania; depolimeryzacja związków wielkocząsteczkowych, uwolnienie kw.2-pikolinowego, utrata oporności na złe warunki środowiska, rozluźnienie warstw ochraniających i powstanie komórek wegetatywnych zdolnych do podziałów.

Tylko gatunki bakterii gram (+) tworzą endospory; kształt endospory przed lizą dzieli bakterie:

PORÓWNANIE KOMÓREK PRO I EUKARIOTYCZNEJ

	Prokariota	Eukariota
Jądro komórkowe	-	+
Błona	-	+
Histony związan z DNA	-(bacteria)/ +(archea)	+
Liczba chromosomów	Przeważnie 1	Więcej niż 1
Introny w genach	Rzadko	Powszechnie
Mitoza	-	+
Mitochondria	-	+
Chloroplasty	-	+/-
Cholesterol w błonie	- (ale u Mukoplazm tak)	+
ER	-	+
AG	-	+
Peptydoglikan w ścianie	+/(Archea Pseudomurei)	-
Rybosomy cytoplazm.	70S (50S+30S)	80S (60S+40S)
Podjednostki rRNA	16S; 23S; 5S	18S; 28S; 5S; 5,85S
Lizosomy i peroksysomy	-	+
Ruchliwość cytoplazmy	-	+
Endo/ egzocytoza	-	-/+
f.oddechowe zw z błoną	+	-
Endospory	+/-	-
Gazowe wakuole	+/-	-
Plazmidy	Występują powszechnie	Rzadko
Operony	+	-

FILOGENEZA I TAKSONOMIA ORGANIZMÓW PROKARIOTYCZNYCH

wiek ziemi to ok. 4,6 mld lat
pierwsze organizmy 3,5 - 3,8 mld lat temu (znamy je w formie stromolitów)
w stromolitach zachowały się szczątki prokariota - bezwzględnych beztlenowców
ok. 2,5 - 3 mld lat temu pojawiły się sinice, co zmieniło ilość O₂ w atmosferze. To spowodowało zróżnicowanie sinic.
Pierwsze eukarionty powstały 1,4 mld lat temu, wg. Hipotezy endosymbiotycznej: stara bakterie weszła w symbiozę z kom archeonu (kom. archeonu znajdowała się w cytoplazmie bakterii), potem utraciła swoją niezależność, zostałą otoczona błoną, a jej DNA przeszło do jądra bakterii. Bakterie tlenowe Riketsja weszły w endosymbiozę z bakterią wewnątrzkomórkowo i stały się mitochondriami. Prastare sinice dały początek chloroplastom.
Hipoteza endosymbiotyczna jest potwierdzona przez badania molekularne. rRNa uznawana jest za konserwatywną, nie ulega zmianom w toku ewolucji i na jej podstawie można określić pokrewieństwo między organizmami.
Plochloron - symbiont osłonic, żyje w ich jamie kloacznej, ma chlorofil a jak u sinic i b który nie występuje u prokariota
u wiciowców Cyanophora wykryto cyanelle - sinice ze ścianą peptydoglikanową, choć brak LPS. Molekuły zaliczają je do sinic.

Taksonomia składa się z trzech działów:

- klasyfikacja - tworzy system

- nazewnictwo

- identyfikacja gatunków - określenie przynależności szczepu do gatunku

Taksonomie na początku miały charakter sztuczny, potem wprowadzono cechy biochemiczne (zachowanie się w różnych warunkach zdolność do rozkładu węglowodanów) i dzielono gatunki różnie co dawało niestabilność.

Dopiero wprowadzenie taksonomii numerycznej w 1950 r. ustabilizowało taksonomię i podzieliło ją na fenogatunki, ale okazało się, że bakterie są też zróżnicowane genetycznie.

pierwszą cechą genetyczną była zawartość molowa par guanina + cytozyna w chromosomie. Było ich 25-80% pz. Okazało się, że szczepy z tego samego gatunku mają zróżnicowaną ilość pz G+C, a ta różnica nie powinna być większa niż 3%
ważna jest sekwencja, niektóre gatunki należące do różnych rodzajów mogłyby należeć do jednego, a tak nie jest

TECHNIKA HYBRYDYZACJI

izolacja DNA z rożnych gatunków, potem się je szczepi razem i w odpowiednich warunkach prowadzi renaturację. Jeśli RNA obu organizmów wykazuje podobną sekwencję to dochodzi do odnowienia 2-niciowego. Sczepy zaliczane do jednego gatunku wykazują wysokie podobieństwo DNA obu osobników w 70-80%.
Przyjęcie tego kryterium było sensowne dla gatunków, ale nie do określenia powiązań między gatunkami tego samego rodzaju, bo podobieństwo DNA - DNA wynosi 20%.
Dlatego stosuje się sekwencjonowanie genów konserwatywnych 16S rRNA. Jeśli podobieństwo jest mniejsze niż 97% to nie mogą być one zaliczane do tego samego gatunku.

Sekwnecjonowanie genów konserwatywnych - pomiędzy A i B jest niewielka różnica, ale między A i D duża bo wcześniej się rozdzieliły

16S rRNA

Escherichia coli; Metanococcus vannielli; Saccharomyces cerevisiale

Dwie z tych grup domenowych wykazują budowę prokariota a trzecia eukariota.

Występują tu sekwencje różnicujące umożliwiające rozróżnianei organizmów

Pierwsze sekwencjonowania miały miejsce w latach 70 tych, w latach 60tych podzielono organizmy na 5 królestw, ale brak było szczegółowych kryteriów podziału.