Генетика – тірі организмдердің тұқым қуалаушылығы мен өзгергіштігі туралы ғылым. Бұл микробиологияның жас саласы, бұл саладағы алғашқы жұмыстар 1940-ші жылдардың басында пайда болды. Микроорганизмдердің генетикасында классикалық генетикада қолданылатын барлық терминдер мен анықтамалар қолданылады.

Микробиологияның осы саласы дамығаннан бастап қазіргі уақытқа дейін өте танымал. Мұның бірінші себеп – бактериялар генетикасының негізгі принциптерін барлық өсімдіктер мен жануарлар организмдеріне (көп жасушалы және бір жасушалы) бір дәрежеде қолдануға болады. Барлық тірі организмдер тұқым қуалайтын белгілердің детерминанттары ретінде бірқатар қасиеттеріне ұқсас. Организмдер гендердің табиғатына, олардың ДНК-да орналасуына, ұрпаққа берілу тәсілдеріне, тұрақтылыққа, сондай-ақ белгілердің дамуын анықтайтын процестерді бақылау әдісіне ұқсас.

Екіншіден, бактериялардың көбею жылдамдығы мен популяцияларының тығыздығы жоғары болғандықтан тұқым қуалаушылықтың табиғатын зерттеу объектілері бактериялармен ауыстырылады (мысалы тышқан, дрозофила шыбыны, жүгері). Оларды өсіру процесі салыстырмалы түрде қарапайым екендігі де маңызды. Барлық осы қасиеттер генетикалық талдауды қысқа мерзімде жүргізуге мүмкіндік береді. Бактериялар үлкен кеңістікті алмағандықтан көптеген жеке тұлғалар (особьтар) зерттелінеді. Микробтық жасушаны қолдану биологиялық құбылыстарды жасушалық деңгейде зерттеуге мүмкіндік береді.

 

6.1 Прокариоттардың генетикалық аппараты құрылымының ерекшеліктері

 

Бактериялардың генетикалық жүйесі басқа организмдердің генетикалық жүйесінен ерекшеленеді. Микробтардың генетикалық аппаратының құрылымдық ерекшеліктері:

1) негізгі (хромосомдар) және қосымша (плазмидтер) хромосомнан тыс генетикалық цитоплазманың ішінде болады сонымен қатар олар одан мембраналармен шектелмейді, бірақ цитоплазмалық мембранадағы арнайы рецепторлармен байланысты. Хромосомалық ДНҚ ұзындығы бактериялық жасушаның ұзындығынан бірнеше есе көп болғандықтан, ол ерекше түрде оралған. Ол ілмектер түрінде оралған супер спираль түрінде болады. Бұл форма хромосоманың жеке оперондарының тұрақты транскрипциясына мүмкіндік береді және оның репликациясына кедергі келтірмейді;

2) бактерияларда гендердің бір жиынтығы бар, яғни олар гаплоидты және ДНҚ мазмұны тұрақсыз. Қолайлы жағдайларда ол массасы бойынша 2,4,6 және тіпті 8 хромосомаларға тең мәндерді көрсете алады. Ал вирустар мен плазмидалардан басқа басқа организмдерде ДНҚ құрамы бөлінгенге дейін тұрақты және екі есе артады;

3) табиғи жағдайда бактерияларда генетикалық ақпараттың берілуі тек аналық жасушадан еншілес жасушаларға (тігінен) ғана емес, сонымен қатар конъюгация, трансдукция, трансформация (көлденеңінен) сияқты әртүрлі механизмдерді қолдану арқылы жүреді;

4) бактериялардың көпшілігінде хромосомалық геномнан басқа қосымша плазмидтік геном бар, ол бактерияларды маңызды биологиялық қасиеттермен қамтамасыз етеді (мысалы, антибиотиктер мен химиялық заттарға жеке иммунитет).

 

6.2 Бактериялық жасушаның тұқым қуалайтын материалын ұйымдастыру

 

Жоғарыда айтылғандай бактериялардың геномы спиральданған және сақинаға оралған бір хромосомамен ұсынылған. Ол цитоплазмалық мембранаға бекітілген хромосомада кодтаушы гендер бар. Олардан басқа бактериялар геномының функционалды бірліктері:

1) IS-тізбектер;

2) транспозондар;

3) плазмидалар.

IS - тізбектері ДНҚ-ның қысқа эпизодтары болып табылады. Олардың қызметі – транспозицияны жүзеге асыратын гендердің мазмұнында яғни хромосома арқылы қозғалатын және оның әртүрлі аймақтарына ене алатын гендер.

Транспозондар – үлкен ДНҚ молекулалары. Олардың құрамында транспозицияға жауаптыжәне құрылымдық (кодтау) гендер бар. Транспозондар бактерияның хромосомасы арқылы қозғалуы мүмкін. Олардың орналасуы тұқым қуалайтын ақпаратты функционалды өнімге – РНҚ немесе ақуызға айналдыру процесіне әсер етеді. Автономды (хромосомадан тыс) транспозондар да бар, бірақ олар автономды репликация қабілетінен айырылған.

Плазмидалар бактерия жасушасының қосымша хромосомадан тыс генетикалық материалы болып табылады. Хромосомадан бөлек шағын дөңгелек екі жақты ДНҚ молекулалары автономды репликацияға қабілетті. Плазмидаларда антибиотиктерге төзімділікті қамтамасыз ету, қоршаған ортаға төзімділікті арттыру сияқты қосымша қасиеттерді кодтайтын гендер бар. Олар көлденең генді тасымалдау құралы болып табылады. Плазмидалардың автономды репликациясы күшейту әсерін тудырады бір плазмида бірнеше көшірмеде болған кезде жасушаның селективті артықшылықтарын күшейтеді.

Плазмидалармен кодталған белгілердің қасиеттері түрлерге бөлінуді анықтайды:

1) R-плазмидаларда ферменттер синтезіне жауап беретін гендер дәрілік заттарды бұзады және мембраналардың өткізгіштігін өзгерте алады. R-плазмидалар микробтық жасушалардың дәрілік заттар мен химиялық заттарға төзімділігін қалыптастырады;

2) F-плазмидалар автономды және интеграцияланған болуы мүмкін. Хромосомаға біріктірілген немесе ендірілген F-плазмида бактериялардың рекомбинациясының жоғары жиілігін қамтамасыз етеді. F-плазмидалар Hfr-плазмидалар ретінде белгіленеді (ағылш. high frequency of recombinations, жоғары рекомбинация жиілігі). Бактериялардың көбеюіне донор жасушалары мен реципиент жасушалары қатысады. Генетикалық материалдың доноры бола алатын жасушада ерекше F-фактор бар (ағылш. Fertility- құнарлылық). Аталық жасушалары F+ донорлары болып табылады. F-факторының болмауына байланысты ана жасушалары F– реципиенттері болып табылады. Әр түрлі беттік заряды бар жасушалар бір-біріне тартылады. Конъюгация кезінде микробтық жасушада автономды күйде болатын плазмида F+ донорынан өтеді. F-плазмидалар хромосомаға еніп, қайтадан автономды күйге ауысып, хромосомалық гендерді ұстап, конъюгация кезінде оларды бере алады;

3) Col-плазмидаларда бактериоциндер синтезін кодтайтын гендер бар. Бұл микробтық жасуша бір-бірімен тығыз байланысты бактерияларды басу үшін шығаратын заттар;

4) Tox плазмидалары жасушадағы экзотоксиндердің түзілуін кодтауға жауапты;

5) Биодеградациялық плазмидалар микробтық жасуша ксенобиотиктерді жоятын ферменттердің өндірісін кодтайды.

Микробтық жасушаның плазмиданы жоғалтуы оның өліміне әкелмейді. Жасуша цитоплазмасында бір уақытта әртүрлі плазмидалар болуы мүмкін.

 

Өзіндік жұмыс істеуге арналған тапсырмалар

 

1. Микроорганизмдердің геномы қандай?
2. Микроорганизмдердің генетикасын зерттеудің маңызы қандай?
3. Бактериялардағы генетикалық материал немен ұсынылған?
4. Бактерия геномының функционалды бірліктері
5. Микробтардың тұқым қуалаушылығы мен өзгергіштігі неде?
6. Бактерия жасушаларының генетикалық аппараты немен ұсынылған?
7. Саңырауқұлақтарда қандай ДНҚ бар?
8. Қандай ДНҚ микроорганизмдері адамға жақын?
9. Микробтардың тұқым қуалаушылығы мен өзгергіштігі неде?
10. Микроорганизмдердің өзгергіштігі дегеніміз не?
11. Бактериялар геномының функционалды бірліктері?
12. Құрамында транспозицияға жауапты және құрылымдық (кодтау) гендер бар ДНҚ молекулалары?
13. Бактерия жасушасының қосымша хромосомадан тыс генетикалық материалы болып не табыла?
14. Жасушадағы экзотоксиндердің түзілуін кодтауға жауапты плазмидалар?
15. Микробтық жасуша ксенобиотиктерді жоятын ферменттердің өндірісін кодтайтын плазмидалар?