Какой раздел биологии изучает бактерии кишечной палочки
Выбрать один правильный ответ. Раздел микробиологии, изучающий вирусы, называется
Выбрать один правильный ответ. Раздел микробиологии, изучающий грибы, называется
Выбрать один правильный ответ. Раздел микробиологии, изучающий простейшие, называется
Выбрать один правильный ответ. Раздел микробиологии, изучающий гельминты, называется
Соотнесите микроорганизм и раздел микробиологии, изучающий данный микроорганизм
Выбрать один правильный ответ. Эукариотические клетки – это
клетки, не имеющие цитоплазмы;
клетки, имеющие морфологически оформленное ядро;
клетки, не имеющие морфологически оформленного ядра;
клетки, не имеющие оболочки;
клетки, неспособные к делению.
Выбрать один правильный ответ. Прокариотические клетки – это
клетки, не имеющие цитоплазмы;
клетки, имеющие морфологически оформленное ядро;
клетки, не имеющие морфологически оформленного ядра;
клетки, не имеющие оболочки;
клетки, неспособные к делению.
Выбрать один правильный ответ. К прокариотам относятся
Выбрать один правильный ответ. К эукариотам относятся
ни один из перечисленных.
Выбрать один правильный ответ. Неклеточной формой жизни являются
Выбрать один правильный ответ. Простейшие являются
эукариотами и относятся к царству растений;
эукариотами и относятся к царству грибов;
эукариотами и на всех этапах своего развития существуют в виде одной клетки;
эукариотами и относятся к царству вирусов;
прокариотами и относятся к царству животных.
Выбрать один правильный ответ. Грибы имеют свойства
животной и растительной клетки;
растительной и бактериальной клетки;
вируса и бактериальной клетки;
вируса и растительной клетки;
вируса и животной клетки.
Выбрать один правильный ответ. Вирусы – это
организмы, не имеющие клеточного строения;
одноклеточные организмы, прокариоты;
одноклеточные организмы, эукариоты;
многоклеточные организмы, прокариоты;
многоклеточные организмы, эукариоты.
Выбрать один правильный ответ. Вирион – это
отдельная вирусная частица;
Выбрать один правильный ответ. Строение вириона
нуклеиновая кислота (ДНК или РНК), капсид, может быть оболочка;
нуклеиновая кислота (ДНК или РНК), цитоплазма и оболочка;
нуклеиновая кислота, цитоплазма, оболочка и рибосомы;
нуклеоид, цитоплазма и оболочка;
ядро, цитоплазма и оболочка.
Выбрать один правильный ответ. Нуклеиновые кислоты в вирионе
образуют внешнюю оболочку;
образуют внутреннюю оболочку;
вирион не имеет нуклеиновых кислот;
образуют все оболочки вириона.
Выбрать один правильный ответ. Капсид в вирионе
образует внешнюю липопротеидную оболочку;
является сердцевиной вириона;
это оболочка, окружающая сердцевину вириона;
вирион не имеет капсида;
образуется только при неблагоприятных условиях существования вируса.
Выбрать один правильный ответ. Капсид вириона состоит из
Выбрать два правильных ответа. Внешняя липопротеидная оболочка вириона (суперкапсид)
образована из плазматической мембраны клетки – хозяина;
является сердцевиной вириона;
это оболочка, окружающая сердцевину вириона;
это оболочка, окружающая капсид вириона;
образуется только при неблагоприятных условиях существования вируса.
Один правильный ответ. Выбрать критерии классификации вирусов
нуклеиновой кислоты (ДНК-содержащие или РНК-содержащие);
количество нитей РНК или ДНК;
наличие или отсутствие оболочки;
Микробиология (греч. micros — малый, bios — жизнь, logos —учение) — наука о морфологии, физиологии, генетике, экологии и эволюции микроорганизмов (рис.
Выбрать один правильный ответ. Раздел микробиологии, изучающий бактерии, называется
Рис. 1.Разделы микробиологии
Общая микробиология изучает закономерности строения и жизнедеятельности, генетику микроорганизмов, взаимоотношение их с окружающей средой.
Частная микробиология изучает отдельных представителей микромира.
Медицинская микробиология—наука о патогенных и сингенных для человека микроорганизмах, их взаимодействии между собой и с окружающей средой. Она изучает роль микроорганизмов в развитии инфекционных заболеваний человека:
– морфологию, физиологию, экологию, молекулярно-генетические и биологические свойства микроорганизмов;
– этиологию и патогенез инфекционных заболеваний;
– разрабатывает методы диагностики инфекционных заболеваний;
– разрабатывает средства и способы специфической терапии и профилактики инфекционных заболеваний. Кроме того, медицинская микробиология разрабатывает способы диагностики, средства профилактики и терапии заболеваний, ранее считавшихся неинфекционными (сердечно-сосудистые, злокачественные).
Клиническая микробиологияизучает роль УПМ в развитии заболеваний человека, разрабатывает методы диагностики этих заболеваний, методы контроля за нозокомиальными инфекциями, осуществляет мониторинг резистентности УПМ к антибиотикам, антисептикам, дезинфектантам.
Эпидемиологическая микробиологияизучает взаимоотношения потенциально опасных микроорганизмов с биотопами (почвой, водой, воздушной средой, объектами внешней среды, продуктами питания), популяцией человека, факторы и пути передачи инфекционных заболеваний.
Санитарная микробиологияизучает микрофлору окружающей среды, влияние микрофлоры на здоровье человека, разрабатывает мероприятия по предупреждению неблагоприятного воздействия микроорганизмов на организм человека.
Фармацевтическая микробиология изучает инфекционные болезни лекарственных растений, порчу лекарственных растений и сырья под действием микроорганизмов, обсемененность лекарственных средств и готовых лекарственных форм, методы асептики при производстве лекарственных препаратов, технологии приготовления диагностических, профилактических и лечебных препаратов.
Дата публикования: 2015-10-09; Прочитано: 3491 | Нарушение авторского права страницы
studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год.(0.001 с)…
ОБЩАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ
Микробиология – наука, которая изучает микроскопические существа, называемые микроорганизмами, их биологические признаки, систематику, экологию, взаимоотношение с другими организмами.
К числу микроорганизмов относятся бактерии, актиномицеты, грибы, в том числе мицелиальные грибы, дрожжи, простейшие и неклеточные формы – вирусы, фаги.
Микроорганизмы играют чрезвычайно важную роль в природе – осуществляют круговорот органических и неорганических (N, P, S и др.) веществ, минерализуют растительные и животные остатки. Но могут приносить большой вред – вызывая порчу сырья, пищевых продуктов, органических материалов. При этом могут образовываться токсические вещества.
Многие виды микроорганизмов являются возбудителями болезней человека, животных и растений.
В тоже время микроорганизмы в настоящее время широко используются в народном хозяйстве: с помощью разных видов бактерий и грибов получают органические кислоты (уксусную, лимонную и др.), спирты, ферменты, антибиотики, витамины, кормовые дрожжи. На основе микробиологических процессов работают хлебопечение, виноделие, пивоварение, производство молочных продуктов, квашение плодов и овощей, а также другие отрасли пищевой промышленности.
В настоящее время микробиология подразделяется на следующие разделы:
Медицинская микробиология – изучает патогенные микроорганизмы, вызывающие заболевания человека и разрабатывает методы диагностики, профилактики и лечения этих болезней.
какой раздел биологии изучает бактерии?
Изучает пути и механизмы их распространения и методы борьбы с ними. К курсу медицинской микробиологии примыкает обособленный курс – вирусология.
Ветеринарная микробиология изучает патогенные микроорганизмы, вызывающие заболевания животных.
Биотехнология рассматривает особенности и условия развития микроорганизмов, используемых для получения соединений и препаратов, используемых в народном хозяйстве и медицине. Она разрабатывает и совершенствует научные методы биосинтеза ферментов, витаминов, аминокислот, антибиотиков и других биологически активных веществ. Перед биотехнологией стоит также задача разработки мер предохранения сырья, продуктов питания, органических материалов от порчи микроорганизмами, исследование процессов, протекающих при их хранении и переработке.
Почвенная микробиология изучает роль микроорганизмов в образовании и плодородии почвы, в питании растений.
Водная микробиология исследует микрофлору водоемов, ее роль в пищевых цепях, в круговороте веществ, в загрязнении и очистке питьевой и сточной вод.
Генетика микроорганизмов, как одна из наиболее молодых дисциплин, — рассматривает молекулярные основы наследственности и изменчивости микроорганизмов, закономерности процессов мутагенеза, разрабатывает методы и принципы управления жизнедеятельностью микроорганизмов и получения новых штаммов для использования их в промышленности, сельском хозяйстве и медицине.
Дата добавления: 2017-03-29; просмотров: 114;
Какой раздел биологии изучает бактерии?
КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ ПО ИТОГАМ 1-Й ЧЕТВЕРТИ
Часть А. В каждом вопросе выберите один верный вариант ответа.
2.Какая наука не входит в состав биологических наук?
4) молекулярная биология
3.Какой раздел биологии изучает бактерии?
4.Что такое рост живого организма?
1) увеличение его массы
2) увеличение его размеров
3) необратимые качественные изменения его свойств
4) возникновение новых клеток живого организма и последующее увеличение его массы и размеров
5.Какое свойство живых организмов позволяет им реагировать на действия факторов окружающей среды?
6.Как называются наиболее древние организмы?
1) одноклеточные организмы
2) неклеточные формы жизни
7.Назовите самый высокий структурный уровень организации жизни на Земле.
8.Какие среды жизни существуют на нашей планете?
1) организменная, почвенная, подземно-воздушная, водная
2) водная, организменная, наземно-воздушная, почвенная
3) водная, почвенная, воздушная, организменная
4) водная, почвенная, наземно-воздушная, огненная
9.Что образует совокупность особей, относящихся к одному виду и обитающих на одной территории?
10.От чего зависит жизнь многоклеточного организма?
1) от взаимодействия клеток друг с другом
2) от взаимодействия клеток с межклеточным веществом
3) от конкуренции клеток между собой
4) от обособленности клеток друг от друга
11.Кто является основоположниками клеточной теории?
1) Р.Роуз и Ж.Б.Ламарк
2) Д.Уотсон и Ф.Крик
3) Р.Гук и А.ван Левенгук
4) Т.Шванн и М.Я.Шлейден
12.Какое азотистое основание не входит в состав ДНК?
13.Отметьте тип РНК, которого не существует.
14.В каких клетках содержится нуклеотид – кольцевая молекула ДНК?
1) в клетке одноклеточных организмов
2) в клетках многоклеточных организмов
3) в эукариотических клетках
4) в прокариотических клетках
15.Каким гелеобразным веществом заполнено ядро живой клетки?
2) ядерной мембраной
16.При каком процессе в живой клетке высвобождается энергия?
1) при метаболизме
2) при катаболизме
3) при анаболизме
4) при фотосинтезе
17.Как называется первичный продукт фотосинтеза?
18.Как называется внутримембранное пространство хлоропласта?
19.Как называется биологическое окисление с участием кислорода?
20.Укажите вариант ответа, где стадии митоза даны в правильной последовательности.
Часть В. Дайте краткие ответы на поставленные вопросы.
1.Из чего состоит каждый представитель того или иного царства живой природы, за исключением вирусов?
2.Как называются белки, которые упорядочивают и ускоряют протекание химических реакций внутри клетки?
3.Какие органоиды клетки содержат собственную ДНК?
4.Сколько молекул АТФ образуется в процессе гликолиза?
5.Какой этап клеточного цикла самый продолжительный в жизни клетки?
Когда мы слышим о бактериях, то чаще всего представляем себе больное горло или десны, несмотря на то что только небольшая часть бактерий вызывает заболевания. Большинство же этих организмов выполняет другие важные функции.
С бактериями мы начинаем контактировать с первых часов жизни. Многие из них постоянно живут на поверхности кожи человека. Еще больше их на зубах, деснах, языке и стенках ротовой полости. Во рту живет больше бактерий, чем людей на Земле! Но самое большое их количество обитает в кишечнике — до 5 кг у взрослого человека.
Бактерии — мельчайшие живые организмы, обладающие клеточным строением. Они могут быть одно- или многоклеточными. Бактерии можно увидеть только в микроскоп, поэтому их называют микроорганизмами. Микроорганизмы изучает наука микробиология. Раздел микробиологии, изучающий бактерии, называется бактериологией.
Из этой главы вы узнаете:
• о бактериях, их строении и жизнедеятельности;
• какую роль играют бактерии в природе;
• какую пользу и вред приносят бактерии человеку;
• о цианобактериях и их функциях в экосистемах.
• использовать полученные знания для профилактики бактериальных заболеваний.
Распространение и условия жизни бактерий. Бактерии встречаются везде: в воде, почве, воздухе, в тканях растений, телах животных и человека. Они живут там, где находят достаточно пищи, влаги и благоприятную температуру (10 — 40 °С). Большинству из них необходим кислород. Есть также бактерии, которые живут в горячих источниках (с температурой 60 — 90 °С), экстремально соленых водоемах, в жерлах вулканов, глубоко в океанах, куда не проникает солнечный свет. Даже в самых холодных регионах (Антарктике) и на высоких горных вершинах живут бактерии.
В разных местах встречается различное количество бактерий. Меньше всего их в воздухе, особенно в природных условиях. А в местах скопления людей, например, в кинотеатрах, на вокзалах, в классах, их значительно больше. Поэтому необходимо часто проветривать помещения.
В водах рек, особенно вблизи больших городов, бактерий может быть очень много — до нескольких сотен тысяч в 1 мм 3 . Поэтому нельзя пить сырую воду из открытых водоемов. Очень много бактерий в воде морей и океанов.
Еще больше бактерий в почве — до 100 млн в 1 г гумуса (плодородного слоя почвы).
Многообразие форм и строение бактерий. Как вы знаете, бактерии очень маленькие организмы. Самые большие бактерии можно увидеть под световым микроскопом.
Для знакомства с самыми маленькими требуется электронный микроскоп (рис. 7).
Рис. 7. Бактерии под микроскопом: световым (слева) и электронным (справа)
Если культивировать (выращивать) бактерии на питательной среде в благоприятных условиях, они очень быстро размножаются и образуют колонии до 4 млрд клеток. Колонии бактерий определенных видов имеют характерные очертания и окраску (рис. 8).
Рис. 8. Колонии бактерий на питательной среде в чашке Петри
По виду колоний можно установить наличие определенных бактерий в том или ином материале.
Научные открытия. Первым увидел и описал бактерии голландский естествоиспытатель Антони ван Левенгук (1632 — 1723). Он научился шлифовать стекла и изготавливать линзы. Левенгук изготовил более 400 микроскопов и открыл мир микроскопических организмов — бактерий и протистов.
Большинство бактерий, которые населяют наш дом и наше тело, имеют форму шариков, палочек и спиралей. Шаровидные бактерии носят название кокки, палочковидные — бациллы, спиралевидные — спириллы (рис. 9).
Рис. 9. Формы бактериальных клеток
Некоторые бактерии образуют цепочки, располагаясь вплотную друг к другу. Рассмотрите строение бактериальной клетки на рисунке 10. Она включает цитоплазму, окруженную цитоплазматической мембраной и клеточной оболочкой (клеточной стенкой). Оболочка придает бактерии определенную форму и служит защитой от неблагоприятных условий.
Рис. 10. Строение бактериальной клетки
Дополнительную защиту многим бактериям дает слизистый слой, расположенный с наружной стороны оболочки. Поверхность клетки бактерии покрывают многочисленные ворсинки, которые представляют собой полые выросты цитоплазматической мембраны. Некоторые бактерии имеют один или несколько нитевидных жгутиков.
Главное отличие бактерий — отсутствие ядра, т. е. они — прокариоты. Именно на этом основании их выделяют в отдельное царство. Ядерный материал у бактерий — бактериальная хромосома: она несет наследственную информацию.
Питание бактерий. Большинство бактерий являются гетеротрофами. Они потребляют готовые органические вещества. Пищей им служат живые и мертвые организмы, продукты питания человека, сточные воды и т. д.
Одни гетеротрофные бактерии используют органические вещества мертвых тел или выделений живых организмов. Это сапротрофы (от греч. сапрос — гнилой и трофос — питание). Другие питаются органическими веществами живых организмов. Это паразиты. Паразитами являются болезнетворные бактерии: дифтерийная и туберкулезная палочки, сальмонелла и др.
Существуют также автотрофные бактерии. Они способны образовывать органические вещества из неорганических (углекислого газа, воды, сероводорода и др.). У автотрофных фотосинтезирующих бактерий в клетках содержится бактериальный хлорофилл, с помощью которого они под действием солнечной энергии образуют органические вещества.
Размножение бактерий. Бактерии размножаются путем деления. При этом из одной материнской клетки образуются две дочерние клетки, похожие на материнскую. При благоприятных условиях (достаточном питании, влажности и температуре от 10 до 30 °С) бактерии могут делиться каждые 20 — 30 мин, поэтому их число очень быстро возрастает.
Движение бактерий. Некоторые бактерии двигаются с помощью жгутиков. Основание жгутика вращается, и он как бы ввинчивается в среду, обеспечивая передвижение бактерии. Большинство же бактерий передвигаются пассивно: одни с помощью потоков воздуха, другие — по течению воды. Так осуществляется их распространение.
Спорообразование. В неблагоприятных условиях (при недостатке пищи, влаги, резких колебаниях температуры) бактерии могут превращаться в споры. Цитоплазма вблизи бактериальной хромосомы уплотняется. Вокруг нее образуется очень прочная оболочка. Образовавшиеся таким путем споры могут существовать сотни лет (рис. 11).
Рис. 11. Бактериальные споры
При помощи ветра, животных или другим способом споры могут распространяться на большие расстояния. Когда споры попадают в благоприятные условия, их прочная оболочка разрушается. и из споры развивается новая бактерия.
Бактерии — одноклеточные или объединенные в колонии живые организмы, которые не имеют ядра.
Большинство бактерий являются гетеротрофами, но есть и автотрофы.
При наступлении неблагоприятных условий некоторые бактерии образуют споры.
1. Какие условия необходимы для жизни бактерий? 2. Как широко распространены бактерии в природе? Перечислите основные места обитания бактерий. 3. Каковы особенности строения бактериальной клетки? 4. По какому признаку бактерии выделяют в самостоятельную группу организмов? 5. Какие способы питания характерны для бактерий? 6. Как бактерии переносят неблагоприятные условия?
При благоприятных условиях клетки бактерии кишечной палочки могут делиться каждые 20 мин. Рассчитайте, какое количество бактерий образуется от одной исходной клетки через 2 ч; через 5 ч.
03 февраля 2020
- 958
- 0,0
- 0
- 3
Герой февраля: кишечная палочка Escherichia coli
Скромная бактерия за полстолетия с момента ее открытия в конце XIX в. стала настоящей волшебной палочкой для молекулярной биологии. Сейчас результаты опытов с ее использованием занимают главы и тома профессиональных и популярных изданий. Конечно, в нашем путеводителе по модельным организмам E. coli должна была занять свое почетное место.
Двенадцать модельных организмов
Escherichia и Eschrichtius — Болезнь путешественников — Главная модельная бактерия — Учебник молекулярной генетики — Невезение с CRISPR/Cas
Рисунок 1а. Escherichia длиной 2 мкм
Рисунок 1б. Теодор Эшерих (1857–1911)
Рисунок 1в. Eschrichtius длиной 14 метров
Рисунок 1г. Даниэль Фредрик Эшрихт (1798–1863)
Клетки с относительно тонкой клеточной стенкой, не окрашивающиеся красителем генцианом фиолетовым (окраской бактерий по методу датского микробиолога Кристиана Грама).
Зачем же такую опасную бактерию сделали модельной? Дело в том, что в условиях культивирования кишечная палочка часто теряет патогенность, становится неспособной жить в естественных для себя условиях (то есть одомашнивается). И этим свойством в 1940-е годы воспользовались микробиологи, проведя с лабораторными штаммами E. coli (например, со знаменитым штаммом К12) много прорывных для науки экспериментов.
Так, манипулируя мутированными штаммами кишечной палочки, которые уже научились получать при помощи облучения, Джошуа Ледерберг и Эдуард Лаури Тейтем в 1947 году обнаружили способность разных штаммов обмениваться генетическим материалом и спасать друг друга от образовавшихся дефектов, проявлявшихся в неспособности расти на минимальной питательной среде. Так был открыт процесс конъюгации бактерий, который затем послужил важным инструментом для картирования бактериального генома . Ведь тогда это можно было делать только косвенными, микробиологическими методами — сама природа генетического кода была неизвестна.
Кстати, Джошуа Ледерберг был некоторое время мужем Эстер Ледерберг, первооткрывательницы бактериофага лямбда [3].
С начала 1950-х годов исследования по молекулярной генетике с использованием кишечной палочки и ее вирусов в качестве основного инструмента росли как снежный ком. Не будет преувеличением сказать, что к 70-м годам E. coli написала учебник молекулярной генетики! Вспомним открытие генетического кода, в котором участвовало несколько коллективов физиков и молекулярных биологов, в том числе Френсис Крик, Георгий Гамов и другие выдающиеся люди того времени [6]. Основные эксперименты по расшифровке кода велись на бесклеточных лизатах кишечной палочки.
Позднее обнаружилось, что E. coli хорошо подходит для зародившейся в 1960–1970-е годы биотехнологии [7]. Бактерия хорошо переносит введение в свою клетку гетерологичных (то есть чужеродных) генов и во многих случаях способна синтезировать их продукты без вреда для себя. Белки, полученные таким способом, стали называть рекомбинантными, и теперь они широко используются в медицине и других практических задачах.
Кишечная палочка — возможно, самый исследованный организм с точки зрения молекулярной биологии. Тем не менее у элементов ее генома до сих пор обнаруживают новые свойства. Это одновременно плохо (как же мало мы знаем!) и хорошо (будет чем заняться!). Совсем недавно на защите диссертации я услышал о том, как у одной из генных кассет эшерихии, участвующей в каскаде переработки сульфолипидов, также обнаружена и лактазная активность [8]. До этого такая активность была известна только у знаменитого лактозного оперона Жакоба и Моно, описанного в 1961 году!
Кажется, что E. coli — модельный организм без недостатков. Тем не менее биотехнологам не повезло, что у этой бактерии от природы нет системы бактериального иммунитета CRISPR/Cas [9], о которой я уже упоминал в эссе о бактериофаге лямбда [3]. Именно поэтому эту систему, ныне незаменимую в генной инженерии, открыли относительно поздно.
Кишечная палочка-выручалочка — это здорово (рис. 2). Но теперь пора переместиться в мир ядерных организмов. Удобным инструментом для молекулярной биологии и генетики эукариот оказались одноклеточные грибы — дрожжи — и гаплоидный плесневый гриб — нейроспора. Как они дошли до такой одноклеточной и гаплоидной жизни и что было открыто с их помощью — читайте в следующем материале нашего путеводителя по модельным организмам через месяц.
Благодарность
1. Организация прокариотической клетки. Размножение прокариот.
2. Геномика прокариот.
3. Вирусы. Геномика вирусов. Разнообразие форм и жизненных циклов вирусов. Рекомбинация в разных группах вирусов.
4. Рекомбинация у прокариот: трансформация, конъюгация, трансдукция.
1. Организация прокариотической клетки. Размножение прокариот
Одним из представителей эубактерий является кишечная палочка (Escherichia coli). Кишечная палочка составляет значительную часть содержимого толстого кишечника человека, а также кишечника других животных. Эти бактерии вырабатывают некоторые витамины и препятствуют развитию патогенных бактерий. Однако некоторые формы кишечной палочки вызывают воспаления кишечника – энтериты. Кишечная палочка встречается и вне организма человека: в воде и почве. Кишечная палочка широко используется в биотехнологии.
Общая характеристика прокариот
Тело прокариот, как правило, состоит из одной клетки. Размеры прокариотических клеток изменяются от 0,1-0,15 мкм (микоплазмы) до 30 мкм и более. Большинство бактерий имеет размеры 0,2-10 мкм. Однако при неполном расхождении делящихся клеток возникают нитчатые, колониальные и полинуклеоидные формы (бактероиды). В прокариотических клетках отсутствуют постоянные двумембранные и одномембранные органоиды: пластиды и митохондрии, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи и их производные. Их функции выполняют мезосомы – складки плазматической мембраны. В цитоплазме фотоавтотрофных прокариот имеются разнообразные мембранные структуры, на которых протекают реакции фотосинтеза. Иногда их называют бактериальными хроматофорами. Специфическим веществом клеточной стенки прокариот является муреин, однако у некоторых прокариот муреин отсутствует. Поверх клеточной стенки часто имеется слизистая капсула. Пространство между мембраной и клеточной стенкой служит резервуаром протонов при фотосинтезе и аэробном дыхании. У подвижных бактерий имеются жгутики, основой которых служит белки флагеллины.
В естественных условиях мутанты, лишенные клеточной стенки, нежизнеспособны. Поэтому такие мутанты широко используются в биотехнологии, поскольку не могут существовать вне лабораторных условий (это один из аспектов генетической безопасности).
Специфика строения прокариотической клетки позволяет выделить прокариот в отдельное надцарство (или доминион) живой природы. Изучено около 3 тысяч видов прокариотических организмов: эубактерии, архебактерии, спирохеты, риккетсии, микоплазмы, миксобактерии, актиномицеты, цианобактерии, а также организмы с неопределенным систематическим положением. Это виды, которые культивируются в лабораторных условиях. Однако существуют прокариоты, которые не выделены в виде чистых культур. Поэтому истинное их видовое разнообразие может достигать 10. 100 тысяч видов, а, может быть, и намного больше.
Для оценки уровня биоразнообразия прокариот используются методы метагеномики. Метагеномика – раздел систематики микроорганизмов, основанный на выделении фрагментов ДНК не отдельных биологических видов, а микробоценозов (сообществ микроорганизмов).
Экология прокариот определяется типами обмена веществ. Свободноживущие гетеротрофные прокариоты (сапротрофы) должны полностью обеспечивать себя всеми необходимыми веществами. Такие организмы называются прототрофными. Однако вследствие мутаций (включая делеции протяженных участков ДНК; у кишечной палочки возможна потеря 15% генома) возникают ауксотрофные биотипы. Например, ауксотрофы по лейцину не могут самостоятельно синтезировать лейцин, а ауксотрофы по биотину не могут синтезировать биотин. Двойные и множественные ауксотрофы нуждаются в поступлении двух и более необходимых органических веществ извне.
В естественных условиях мутанты-ауксотрофы могут существовать только при наличии недостающих веществ во внешней среде (например, при переходе к комменсализму или паразитизму). Ауксотрофы широко используются в биотехнологии, поскольку не могут существовать вне лабораторных условий (это один из аспектов генетической безопасности).
В природных условиях прокариоты образуют популяции (генетические неоднородные множества организмов одного вида) и сообщества из разных видов (микробоценозы). Тогда возможно явление протокооперации: мутант-ауксотроф может восполнять дефицит необходимых веществ за счет взаимодействия с прототрофами по данному веществу.
Бесполое (вегетативное) размножение прокариот происходит путем деления клеток, которое называется дроблением. У некоторых прокариот (актиномицеты) бесполое размножение происходит с помощью спор (конидий).
При размножении бактерий в искусственных условиях (в ограниченном объеме питательной среды) в развитии культуры выделяется 4 периода, или фазы.
1 фаза – лаг-фаза . Численность бактерий увеличивается очень медленно (иногда даже снижается). Бактерии как бы осваивают новую среду.
2 фаза – фаза экспоненциального роста . Численность бактерий увеличивается лавинообразно, в геометрической прогрессии.
3 фаза – стационарная фаза. Численность бактерий стабилизируется.
4 фаза – фаза отмирания. Численность бактерий начинает уменьшаться и вскоре активных бактерий не остается. Наличие стационарной фазы и фазы отмирания связано с уменьшением концентрации питательных веществ и накоплением вредных продуктов обмена.
У некоторых видов известен половой процесс (конъюгация). При конъюгации одна из клеток передает генетическую информацию другой клетке. При этом увеличения числа особей не происходит. Перенос генетической информации может происходить с помощью вирусов (трансдукция) или путем прямого переноса ДНК через мембрану (трансформация).
2. Геномика прокариот
(на примере кишечной палочки Escherichia coli)
Основу генома кишечной палочки составляют кольцевые молекулы ДНК: прокариотические хромосомы и плазмиды.
Множество молекул ДНК образует две взаимосвязанные подсистемы: хромосомную и плазмидную.
Хромосомная подсистема прокариотического генома
Основу хромосомной подсистемы прокариотического генома составляет прокариотическая (бактериальная) хромосома (генофор), входящая в состав нуклеоида – ядерноподобной структуры. Нуклеоид по морфологии напоминает соцветие цветной капусты и 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 (эта точка носит название сайта OriC). Бактериальная хромосома удваивается перед делением клетки. Репликация ДНК идет в две стороны от сайта OriC и завершается в точке TerC. Молекулы ДНК, способные себя воспроизводить путем репликации, называются репликоны.
В прокариотических хромосомах число сайтов OriC может быть увеличено, например, у сенной палочки Bacillus subtilis их не менее двух.
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).
У разных прокариот размер генома изменяется от до 0,5 до 6 мпн:
У типичных прокариот (например, у кишечной палочки) в неделящейся клетке имеется одна бактериальная хромосома. Поэтому прокариоты в целом являются гаплоидами (гаплобионтами).
В лаг-фазе в клетке имеется одна бактериальная хромосома, но в фазе экспоненциального роста ДНК реплицируется быстрее, чем происходит деление клетки; тогда число бактериальных хромосом на клетку увеличивается до 2. 4. 8. Такое состояние генетического аппарата называется полигаплоидностью.
При делении клетки сестринские копии бактериальной хромосомы равномерно распределяются по дочерним клеткам с помощью мезосомы.
Механизм сегрегации хромосомной подсистемы прокариотического генома обеспечивает полное сохранение объема и качества генетической информации, содержащейся в бактериальной хромосоме. В результате происходит прямое наследование признаков
Из генетически гетерогенной популяции прокариот возможно выделение штаммов (клонов, генетически однородных чистых линий), сохраняющих гаплотип бактериальной хромосомы исходной клетки. В чистых линиях прокариот рекомбинация не происходит. Поэтому невозможно появление новых гаплотипов, новых сочетаний признаков. Например, существуют устойчивые двойные ауксотрофы по биотину и метионину.
В некоторых случаях один и тот же ген прокариотической хромосомы может быть представлен двумя копиями. Такие клетки (гетерогеноты) могут нести доминантные и рецессивные аллели одного гена. Тогда наблюдается диаллельное наследование, например, нормальный аллель прототрофности по лейцину доминирует над мутантным аллелем ауксотрофности.
Плазмидная подсистема прокариотического генома
Репликация плазмид может быть синхронизирована с репликацией бактериальной хромосомы, но может быть и независимой. Соответственно, распределение плазмид по дочерним клеткам может быть точным или статистическим. Точная сегрегация характерна для крупных малокопийных плазмид, а статистическая сегрегация – для мелких мультикопийных. В последнем случае одна дочерняя клетка получает избыточную (дублированную) генетическую информацию, а другая клетка может вообще утратить некоторые плазмидные гены
Единство хромосомной и плазмидной подсистем прокариотического генома
Некоторые плазмиды могут находиться в автономном и в интегрированном состоянии. В последнем случае плазмида включается в состав бактериальной хромосомы в определенных точках attB. Таким образом, одна и та же плазмида может включаться в состав хромосомы и может вырезаться из нее.
Это обеспечивает обмен генетической информацией между разными подсистемами прокариотического генома: хромосомной и плазмидной.
Читайте также:
