2. Полифазная таксономия.

Полифазный подход — комбинация хемотаксономических, фенотипических и генетических признаков (конгруэнтность). Только 16sРНК не служит показателем. Термин полифазная таксономия был предложен в 1970 году Ритой Колвер для обозначения таксономии которая включает в себя много уровней информации от молекулярного до экологического, и учитывает несколько определённых порций информации происходящих из негомогенных источников.

Первоначально термин использовался микробиологами (бактериологами) в значении, сходном с фенетической систематикой. Отличием являлось то, что полифазная таксономия стремится объединить много уровней информации, от молекулярного до экологического. В настоящее время под полифазной таксономией понимают практику использования всей имеющейся информации для выделения консенсусных таксономических групп, т. е. консенсусную таксономию. Обычно она включает в себя генотипическую, фенотипическую и филогенетическую информацию об организме. Идея комплексного подхода, интегрирующего данные разных типов, для систематики грибов сама по себе не нова. Подобные идеи декларировались еще в начале прошлого века, допуская возможность одновременного использования морфологических, экологических, физиологических признаков, особенностей жизненного цикла и т. д. Однако данный подход нечасто находил масштабное применение и не всегда оказывался продуктивен. На наш взгляд, в последние годы можно наблюдать более перспективную попытку создания такой комплексной методологии и попытку объединения филогенетических течений в систематике с полифазным подходом. Базовым принципом объединенного подхода должно быть то, что деление на таксоны не должно противоречить филогении – основной постулат филогенетической систематики. Для определения границ видов предпочтительно использование наиболее продуктивной на настоящий момент концепции генеалогической согласованности. Для членения филогенетического древа и определения границ таксонов видового ранга и более высоких рангов можно использовать разнообразные фенотипические и генетические признаки (полифазный подход). Членение на таксоны с помощью какого-либо набора однотипных фенотипических признаков может считаться достоверным, если оно согласуется с филогенией и с делением, проведенным с помощью признаков другого типа. Морфологические признаки наиболее популярны для целей таксономии, но не дают возможность получить непротиворечивую си- стему для многих групп грибов, особенно микромицетов. Проблема заключается в малочисленности признаков, трудности их наблюдения и нестабильности. Физиологические и биохимические признаки у микромицетов имеют большее адаптивное значение, чем морфологические и поэтому потенциально должны лучше коррелировать с филогенией. Поэтому неоднократно совершались попытки найти надежные стабильные хемотаксономические маркеры, которые позволили бы разделить виды и впоследствии проводить идентификацию. Метаболитные профили, полученные с помощью хроматографии (преимущественно ВЭЖХ), видятся наиболее простым способом получе- ния информативных данных, которые можно использовать для целей таксономии грибов.Морфологические маркеры, тем не менее, остаются актуальными ввиду глубокой традиции их использования для систематики и идентификации.

3. Основные филумы домена Bacteria и Archaea, обнаруживающиеся в почве.

ДОМЕН ARCHAEA Тип 1Crenarchaeota (термофилы, термоацидофилы,серные анаэробные бактерии)

• Класс I.Thermoprotei

Тип 2 Euryarchaeota (метаногенные и галофильные археи)

• Класс I.Methanobacteria

• Класс II.Methanococci

• Класс III.Halobacteria

• Класс IV.Thermoplasmata

• Класс V.Thermococci

• Класс VI.Archaeoglobi

• Класс VII.Methanopyri

• Класс VIII.Methanomicrobia

Тип 3Thaumarchaeota (в основном окислители аммония )

Тип 4 Korarchaeota

Тип 5 Nanoarchaeota

Тип 6Aigarchaeota

Тип 7Lokiarchaeota

Тип 8Thorarchaeota

Домен Вacteria

• Отдел B1 Aquificae

• Отдел B2 Thermotogae

• Отдел B3 Thermodesulfobacteria

• Отдел B4 Deinococcus-Thermus

• Отдел B5 Chrysiogenetes

• Отдел B6 «Chloroflexi»

• Отдел B7 Thermomicrobia

• Отдел B8 Nitrospira

• Отдел B9 Deferribacteres

• Отдел B10 Cyanobacteria (почвенные)

• Отдел B11 Chlorobi

• Отдел B12 Proteobacteria (почвенные)

• Отдел B13 Firmicutes (почвенные)

• Отдел B14 Bacteroidetes (почвенные)

• Отдел B15 Planctomycetes (некультивируемые)

• Отдел B16 Chlamydiae

• Отдел B17 Spirochaetes

• Отдел B18 Fibrobacteres

• Отдел B19 Fusobacteria

• Отдел B20 Acidobacteria

• Отдел B21 Verrucomicrobia (некультивируемые)

• Отдел B22 Dictyoglomi

• Отдел B23 Gemmatimonadetes

• Отдел B24 Actinobacteria (почвенные входят актиномицеты

4. Генетика микроорганизмов.

Содержание.

1 .Генетический аппарат прокариот, организация нуклеотида

2. Строение бактериофагов и их геном

3. Генетический аппарат эукариотических микроорганизмов (грибов)

4. Лизогения у бактерий. Специфическая трансдукция: особенности и механизмы

5. Конъюгация у бактерий

6. Сравнительные особенности процесса конъюгации у разных типов бактерий

7. Плазмиды и мигрирующие элементы

8. Биологическое значение плазмид и мигрирующих элементов в изменчивости и эволюции микроорганизмов

9. Сообщества бактерий – биопленки: их структура, экспрессия бактериальных генов в состоянии биопленок

1 .Генетический аппарат прокариот, организация нуклеотида.

Прокариоты – это организмы, в клетках которых отсутствует оформленное ядро. Функции ядра выполняет нуклеоид (то есть «подобный ядру»); в отличие от ядра, нуклеоид не имеет собственной оболочки.

Основу генома прокариот составляют кольцевые молекулы ДНК: прокариотические хромосомы и плазмиды.

Хромосомная подсистема прокариотического генома. Основу хромосомной подсистемы прокариотического генома составляет прокариотическая (бактериальная) хромосома (генофор), входящая в состав нуклеоида – ядерноподобной структуры. Нуклеоид занимает примерно 30% объема цитоплазмы.

Бактериальная хромосома представляет собой кольцевую двуспиральную правозакрученную молекулу ДНК, которая свернута во вторичную спираль. Вторичная структура хромосомы поддерживается с помощью гистоноподобных (основных) белков и РНК. Точка прикрепления бактериальной хромосомы к мезосоме (складке плазмалеммы) является точкой начала репликации ДНК. Бактериальная хромосома удваивается перед делением клетки. Молекулы ДНК, способные себя воспроизводить путем репликации, называются репликоны. У типичных прокариот в неделящейся клетке имеется одна бактериальная хромосома. Поэтому прокариоты в целом являются гаплоидами (гаплобионтами).

Длина прокариотической хромосомы составляет несколько миллионов нуклеотидных пар (мпн); например, минимальная длина ДНК прокариотической хромосомы E. coli штамма MG1655 составляет 4639221 пн (физическая длина около 1,5 мм).

3. Генетический аппарат эукариотических микроорганизмов (грибов).

Ядерный аппарат эукариотических клеток имеет ряд отличий от прокариотических: ДНК-содержащий компонент отделен от цитоплазмы ядерной оболочкой; количество ДНК в ядрах эукариот в тысячи раз больше, чем в составе нуклеоидов бактерий; ДНК эукариот представляет собой сложный нуклеопротеидный комплекс, образующий специальную структуру - хроматин, из которого и состоят эукариотические хромосомы. Далее, в состав ядер эукариот входят несколько физически не связанных хромосом, каждая из которых содержит одну линейную гигантскую молекулу ДНК.

Каждая хромосомная ДНК представляет собой полирепликонную структуру, т.е. содержит множеств автономно реплицирующихся участков. Синтез и образование транскриптов эукариотических клеток сопровождаются процессами вторичной их перестройки, «созревания», включающей в себя как фрагментацию (процессинг), так и сращивание отдельных фрагментов ДНК (сплайсинг). В ядрах не происходит синтеза белков, т.е. в эукариотических клетках процессы синтеза ДНК и РНК разобщены от процесса синтеза белков.

Клеточное ядро состоит из ядерной оболочки, отделяющей его от цитоплазмы, хроматина, ядрышка и других продуктов синтетической активности, ядерного белкового остова (матрикса) и кариоплазмы (или ядерного сока). Эти основные компоненты встречаются практически во всех неделящихся клетках эукариотических одно- или многоклеточных организмов.

Главный компонент ядер — хроматин, является структурой, выполняющей генетическую функцию клетки, в хроматиновой ДНК заложена практически вся генетическая информация. Ядерная оболочка выполняет сложную барьерно-рецепторную, а также транспортную и каркасную функции. Нехроматиновый ядерный белковый остов (матрикс) обеспечивает не только пространственное расположение хромосом в ядре, но и участвует в их функциональной активности. Одним из хромосомных участков, определяющих синтез рРНК и образование клеточных рибосом, является ядрышко. Между всеми этими компонентами заключена жидкая фаза клеточного ядра - кариоплазма, в которой протекают многие процессы, связанные как с ядерным метаболизмом, так и с внутриядерным транспортом белков и РНК.

Для грибов характерна большая вариабельность в строении ядерного аппарата, его гетерогенность. У многоклеточных грибов может быть дикариотический и даже гетерокариотический ядерный аппарат. В последнем случае ядра одной клетки отличаются хромосомным составом, набор хромосом у грибов может быть как диплоидным, так и гаплоидным.

4. Лизогения у бактерий. Специфическая трансдукция: особенности и механизмы.

Умеренные бактериофаги вызывают лизогенизацию бактериальной клетки.

1. Нуклеиновая кислота умеренного фага интегрируется в геном бактериальной клетки, превращаясь в профаг. 2. Транскрипция профага репрессируется фаговым репрессором, вследствие чего информация с него не снимается и он реплицируется в составе генома лизогенной бактериальной клетки. Все клетки бактериальной культуры, ведущей начало от такой клетки содержат профаг. Поэтому и культура в целом называется лизогенной. 3. В дальнейшем с профага какой-либо клетки или совокупности клеток лизогенной культуры может начаться процесс снятия информации (такое явление называется индукция профага) и тогда разовьется продуктивная инфекция с лизисом клетки и выходом из нее зрелых корпускул умеренного бактериофага.

Лизогенное состояние устойчиво воспроизводится. Профаг при этом теряется с частотой около 1 на 10 —10 клеточных делений. В лизогенных культурах может происходить индукция бактериофага, в результате чего наблюдается массовый лизис бактерий. Такое явление происходит спонтанно и стимулируется целым рядом агентов, повреждающих ДНК ультрафиолетовыми и рентгеновскими лучами, алкилирующими соединениями, азотистым ипритом, органическими перекисями и т. д. Следует подчеркнуть, что, заражая бактериальную клетку, умеренный фаг может вызвать как литическую, так и лизогенную реакцию. Вероятность того и другого варианта зависит от физиологического состояния культуры.

Трансдукция – передача бактериальной ДНК посредством бактериофага:

2. Строение бактериофагов и их геном.

Бактериофа́ги или фа́ги — вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки. Чаще всего бактериофаги размножаются внутри бактерий и вызывают их лизис. Как правило, бактериофаг состоит из белковой оболочки и генетического материала одноцепочечной или двуцепочечной нуклеиновой кислоты (ДНК или, реже,РНК).

Строение бактериофагов.

Бактериофаги различаются по химической структуре, типу нуклеиновой кислоты, морфологии и характеру взаимодействия с бактериями. По размеру бактериальные вирусы в сотни и тысячи раз меньше микробных клеток.

Типичная фаговая частица (вирион) состоит из головки и хвоста. Длина хвоста обычно в 2—4 раза больше диаметра головки. В головке содержится генетический материал — одноцепочечная или двуцепочечная РНК или ДНК с ферментом транскриптазой в неактивном состоянии, окружённая белковой или липопротеиновой оболочкой — капсидом, сохраняющим геном вне клетки.

Нуклеиновая кислота и капсид вместе составляют нуклеокапсид. Бактериофаги могут иметь икосаэдральный капсид, собранный из множества копий одного или двух специфичных белков. Обычно углы состоят из пентамеров белка, а опора каждой стороны из гексамеров того же или сходного белка. Более того, фаги по форме могут быть сферические, лимоновидные или плеоморфные.

Хвост, или отросток, представляет собой белковую трубку — продолжение белковой оболочки головки, в основании хвоста имеется АТФаза, которая регенерирует энергию для инъекции генетического материала. Существуют также бактериофаги с коротким отростком, не имеющие отростка и нитевидные.

Головка округлой, гексагональной или палочковидной формы диаметром 45—140 нм. Отросток толщиной 10—40 и длиной 100—200 нм. Одни из бактериофагов округлы, другие нитевидны, размером 8x800 нм. Длина нити нуклеиновой кислоты во много раз превышает размер головки, в которой находится в скрученном состоянии, и достигает 60—70 мкм. Отросток имеет вид полой трубки, окружённой чехлом, содержащим сократительные белки, подобные мышечным. У ряда вирусов чехол способен сокращаться, обнажая часть стержня. На конце отростка у многих бактериофагов имеется базальная пластинка, от которой отходят тонкие длинные нити, способствующие прикреплению фага к бактерии. Общее количество белка в частице фага — 50—60 %, нуклеиновых кислот — 40—50 %.

1 — головка, 2 — хвост, 3 — нуклеиновая кислота, 4 —  капсид, 5 — «воротничок», 6 — белковый чехол хвоста, 7 — фибрилла хвоста, 8 — шипы, 9 — базальная пластинка

Фаги, как и все вирусы, являются абсолютными внутриклеточными паразитами. Хотя они переносят всю информацию для запуска собственной репродукции в соответствующем хозяине, у них отсутствуют механизмы для выработки энергии и рибосомы для синтеза белка. У некоторых фагов в геноме содержится несколько тысяч оснований, тогда как фаг G, самый крупный из секвенированных фагов, содержит 480 000 пар оснований — вдвое больше среднего значения для бактерий, хотя всё же недостаточного количества генов для такого важнейшего бактериального органоида, как рибосомы.