Наряду с хромосомой в бактериальной клетке могут присутствовать плазмиды – стабильно наследуемые внехромосомные генетические элементы.
В большинстве случаев плазмиды бактерий представляют собой двухцепочечные суперскрученные ковалентнозамкнутые кольцевые молекулы ДНК. Существуют также линейные плазмиды, на которые
нуклеазы не действуют, поскольку их концевые участки защищены специфическими белками. У некоторых плазмид имеется теломероподобные концы, в которых соединяются ковалентнозамкнутые двухцепочечные ДНК. Ферменты, уч-щие в замыкании таких концов плазмид, наз-ся теломеразами.
Плазмиды не являются жизненно важными структурами бактериальной клетки.
Одним из основных свойств плазмид является способность к автономной репликации (сайт начала репликации – ori и набор генов, необходимых для ее осуществления). Плазмиды со строгим контролем репликации удваиваются синхронно с бактериальной хромосомой и за счет использования одних и тех же репликативных комплексов, в которых главную роль играет ДНК-полимераза III. Таких плазмид в бактериальной клетке может насчитываться от одной до трех копий в расчете на одну копию бактериальной хромосомы молек.масса которых превышает 20 МД. Репликация плазмид с ослабленным контролем происходит с участием ДНК-полимеразы I. В каждой бактериальной клетке содержится в среднем 40–50 копий таких плазмид. В связи с этим плазмиды с ослабленн. контролем репл-ции еще наз. мультикопийными. Молек.м. не более 15–20 МД.
Способность передаваться из клетки в клетку при конъюгации, или трансмиссивность. Конъюгативные плазмиды способны передаваться из одной клетки в другую, их молекулярная масса обычно превышает 25 МД и они имеют гены, ответственные за перенос (tra-гены), объединенные в tra-опероны. Гены tra-оперонов детерминируют ряд свойств: синтез половых пилей, которые необходимы для образования конъюгативных пар; сам перенос ДНК и постконъюгативный синтез ДНК, что придает клетке донорные свойства. Плазмиды с широким кругом клеток-хозяев называются космополитными или промискуитетными. Н-р.RP4. Неконъюгативные плазмиды не содержат tra-генов,и поэтому они неспособны самостоятельно передаваться от одних клеток к другим. Неконъюгативные плазмиды – это мелкие плазмиды с молекулярной массой менее 25 МД. Однако неконъюгативные плазмиды могут быть перенесены в реципиентные клетки с помощью конъюгативных плазмид. Перенос неконъюгативных плазмид с помощью конъюгативных называется мобилизацией. При этом неконъюгативная плазмида является мобилизуемой, а конъюгативная – мобилизующей. Мобилизация может осуществляться из-за наличия в плазмидах IS-элементов и транспозонов, которые обеспечивают объединение двух плазмид друг с другом, т. е. образование коинтегратов. В реципиентных клетках коинтеграты распадаются на два. Плазмиды, которые могут находиться как в автономном, так и в интегрированном состоянии по отношению к хромосоме клетки-хозяина, получили название эписом. При интеграции конъюгативной плазмиды в хромосому образуются доноры типа Hfr, способные с высокой частотой передавать хромосомные гены в клетки реципиента. Свойство плазмид - несовместимость. Родственные плазмиды не могут сосуществовать в одной клетке, поскольку они несовместимы. Несовместимость плазмид обусловливается или блокированием репликации ДНК родственной плазмиды, или блокированием распределения дочерних молекул ДНК по клеткам. Конъюгативным плазмидам присуще еще одно свойство – поверхностное исключение, приводящее к тому, что при наличии в клетке плазмиды определенного типа, контролирующей соответствующий признак, при конъюгации другая плазмидная ДНК с трудом преодолевает барьер клеточной стенки. Плазмиды придают клеткам различные фенотипические признаки: 1) устойчивость к антибиотикам, ионам тяжелых металлов, мутагенам (R-плазмиды); 2) способность вызывать биодеградацию камфоры, ксилола, нафталина, салицилата, толуола, n-алканов и соединений (ксенобиотиков). Плазмиды биодеградации или D-плазмиды;
3) способность синтезировать антибиотики, бактериоцины, пигменты, инсектициды, гемолизины, токсины, фибринолизины, сероводород, поверхностные антигены; 4) способность использовать в качестве источника углерода различные углеводы и необычные аминокислоты;
5) способность вызывать образование опухолей у растений (Ti-плазмиды);
6) способность конъюгировать с реципиентными штаммами бактерий или донорные свойства;
7) способность осуществлять рестрикцию и модификацию ДНК и др.
Однако существует большое количество плазмид, фенотипические свойства которых неизвестны, такие плазмиды получили название криптических.
F плазмида представляет собой конъюгативную эписому клеток E. coli K-12 со строгим контролем репликации. Размер ее кольцевой ДНК составляет 94,5 т. п. н. Попадая в F–-клетки, эта плазмида изменяет их фенотипические свойства и клетки приобретают половые пили, а также чувствительность
к фагам MS2, f1, f2, Q., становятся донорами ДНК, перестают поддерживать развитие фагов Т3 и Т7. При конъюгации таких клеток блокируется проникновение в них донорной ДНК (проявляется свойство поверхностного исключения). За конъюгативные свойства F-плазмиды отвечает tra-область, в которую входят 24 гена, сгруппированные в три оперона. Автономную репликацию F-плазмиды детерминируют rep-гены. За распределение моле-кул плазмидной ДНК по дочерним клеткам отвечают гены области par,
вблизи которой находится ген pif, обеспечивающий исключение развития в клетке фагов Т3 и Т7. Структурными компонентами, с помощью которых осуществляется интеграция F-плазмиды в бактериальную хромосому, являются элементы IS2, IS3 и Тn1000. Клетка после интеграции в ее ДНК F-плазмиды приобретает свойства Hfr-клетки и способна с высокой частотой ориентированно передавать генетический материал в реципиентные клетки. F-плазмида, интегрированная в хромосому, может из нее исключаться. При неправильном исключении F-плазмиды образуется F’-плазмида, т. е. F-плазмида, содержащая в своем составе гены бактериальной хромосомы.
Плазмида ColE1 относится к классу неконъюгативных плазмид с ослабленным контролем репликации. Размер плазмиды ColE1 равен 6,65 т. п. н. В составе плазмиды содержится сайт ori, с которого начина-
ется однонаправленная репликация, гены сеа, отвечающие за синтез колицина Е1, гены imm, обеспечивающие клетке иммунитет к действию этого колицина, а также ген kil, детерменирующий синтез белка, который вносит нарушения в структуру внешней мембраны, что обусловливает освобождение колицина Е1 из бактерий в окружающую среду без разрушения клеток. Ген rop регулирует количество копий плазмиды в клетке. Синтез колицина в норме репрессирован, но индуцируется агентами, влияющими на ДНК. Плазмида СolЕ1 при наличии в клетке конъюгативной плазмиды может передаваться в реципиентные клетки, т. е. происходит ее мобилизация. У плазмиды СolЕ1 за процесс мобилизации отвечают четыре белка, кодируемые областью mob (mobilization).
Образование коинтеграта между плазмидой СolЕ1 и конъюгативной плазмидой не происходит, так как плазмида СolЕ1 не имеет в своем составе ни IS-элементов, ни транспозонов. При
такой мобилизации перенос конъюгативной плазмиды в реципиентную
клетку может и не происходить.
R-плазмиды представляют собой двухцепочечные кольцевые молекулы ДНК. Молекулярная масса R-плазмид различна – от 3 до 300 МД. Большая часть известных R-плазмид клинических изолятов грамотрицательных бактерий конъюгативна, у грамположительных штаммов выделяют как конъюгативные, так и неконъюгативные R-плазмиды.
Плазмиды резистентности могут контролировать устойчивость к одному или нескольким антибиотикам.
Первая группа – гены, ответственные за передачу плазмиды путем конъюгации (гены tra), они образуют так называемый «фактор переноса устойчивости» (RTF, resistense transfer factor). Область RTF по своей молекулярной структуре гомологична tra-оперону F-фактора E. coli. Вторая группа – гены, обусловливающие собственно резистентность (r-det).
Ti-плазмиды. Эти плазмиды обнаружены в клетках вирулентных штаммов бактерий Agrobacterium tumefaciens, вызывающих раковое заболевание растений, получившее название «корончатый галл».
Ti-плазмиды – кольцевые молекулы ДНК длиной до 500 т. п. н. и молек.м. в среднем 1,3·108 Д. Относятся к классу конъюгативных плазмид. Т-ДНК, встраивается в хромосому инфицируемого растения. В таком состоянии Т-ДНК вызывает образование опухоли, гиперпродукцию фитогормонов, а также синтез ряда производных аминокислот, которые называются опинами. Опины, выделяемые клетками опухоли, бактерии используют в качестве источников углерода и азота.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему