ĐỀ TÀI THUYẾT TRÌNH MÔN SINH HỌC PHÂN TỬ CÁC HIỆN TƯỢNG DI TRUYỀN VI KHUẨN

ĐỀ TÀI THUYẾT TRÌNH MÔN SINH HỌC PHÂN TỬ CÁC HIỆN TƯỢNG DI TRUYỀN VI KHUẨN ĐỀ TÀI THUYẾT TRÌNH MÔN SINH HỌC PHÂN TỬ CÁC HIỆN TƯỢNG DI TRUYỀN VI KHUẨN ĐỀ TÀI THUYẾT TRÌNH MÔN SINH HỌC PHÂN TỬ CÁC HIỆN TƯỢNG DI TRUYỀN VI KHUẨN ĐỀ TÀI THUYẾT TRÌNH MÔN SINH HỌC PHÂN TỬ CÁC HIỆN TƯỢNG DI TRUYỀN VI KHUẨN ĐỀ TÀI THUYẾT TRÌNH MÔN SINH HỌC PHÂN TỬ CÁC HIỆN TƯỢNG DI TRUYỀN VI KHUẨN

TRƯỜNG: ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA: KHOA Y - 🙜 - ĐỀ TÀI THUYẾT TRÌNH MƠN SINH HỌC PHÂN TỬ Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực Lớp : BÙI VĂN ĐỨC : PHẠM MINH DUY ĐINH TRẦN ANH THƯ ĐẶNG PHAN Ý THƯƠNG LÊ CAO CÁT TƯỜNG : BIO 252 BB CÁC HIỆN TƯỢNG DI TRUYỀN VI KHUẨN M ỤC L ỤC: Di truyền vi khuẩn: Các tượng di truyền vi khuẩn 2.1 Biến nạp (Transformation) 2.1.1 Những thí nghiệm chứng minh biến nạp 2.1.2 Điều kiện: 2.1.3 Quá trình biến nạp: 2.1.4 Ý nghĩa biến nạp: 2.2 Tải nạp (Transduction): 2.2.1 Tải nạp chung 2.2.2 Tải nạp đặc hiệu 2.3 Giao nạp (Conjugation) 2.3.1 Chứng minh có tượng lai vi khuẩn 2.3.2 Sự liên quan giao nạp 2.3.3 Ý nghĩa giao nạp Di truyền vi khuẩn: - Di truyền trì đặc điểm qua nhiều hệ Cơ sở vật chất di truyền nhiễm sắc thể Nhiễm sắc thể vi khuẩn ví dụ E.coli gồm 5x106 đôi nucleotide chia thành nhiều đoạn gọi gen, gen định tổng hợp protein đặc hiệu Những protein đặc hiệu enzyme cấu tạo khác tế bào xác định tất tính trạng cá thể - Nhiễm sắc thể chịu nhân đôi trước phân bào Do tế bào nhận gen tương đương với tế bào mẹ Sự nhân đôi nhiễm sắc thể q trình xác, nhiên gen có xác suất nhỏ sai sót chép, làm phát sinh đột biến Đột biến xảy ngẫu nhiên không cần can thiệp mơi trường bên ngồi với tần suất nhỏ từ 10-5 đến 10-9 (1) - Di truyền vi khuẩn: bảo tồn đặc tính vi khuẩn qua nhiều hệ Cơ sở bảo tồn đặc tính chép chất liệu di truyền ( ADN) dựa theo nguyên tắc bán bảo tồn (2) Các tượng di truyền vi khuẩn - Sự tiến hóa vi sinh vật phụ thuộc vào biến dị chọn lọc Nó diễn chậm chạp, lúc biến dị xảy tích lũy biến dị liên tiếp chủng sinh vật Quá trình trở nên nhanh chóng vi sinh vật nhờ vi sinh vật phát triển chế vận chuyển di truyền cá thể - Vi khuẩn vận chuyển yếu tố di truyền qua ba chế: + Biến nạp + Tải nạp + Giao nạp (tiếp hợp) 2.1 Biến nạp (Transformation) - Biến nạp vận chuyển ADN hòa tan nhiễm sắc thể từ vi khuẩn cho sang vi khuẩn nhận Đây chế thô sơ vận chuyển gen (1) 2.1.1 Những thí nghiệm chứng minh biến nạp a Thí nghiệm Griffith (1928) - Griffith năm 1928 khám phá biến nạp phế cầu thí nghiệm sau chuột : Hiện tượng biến nạp Griffith phát vi khuẩn Diplococus pneumoniae (nay gọi Streptococus pneumoniae - phế cầu khuẩn gây sưng phổi động vật có vú) vào năm 1928 Vi khuẩn có dạng khác nhau: – Dạng SIII, gây bệnh có vỏ bao tế bào (capsule) polysaccharid cản trở bạch cầu phá vỡ tế bào Dạng tạo đốm mọc (khuẩn lạc) láng (Smooth-láng) môi trường agar – Dạng RII, khơng gây bệnh, khơng có vỏ bao, tạo đốm mọc nhăn (Rough-nhăn) Thí nghiệm tiến hành - Tiêm vi khuẩn S sống gây bệnh cho chuột - chuột chết - Tiêm vi khuẩn R sống không gây bệnh - chuột sống - Tiêm vi khuẩn S bị đun chết cho chuột - chuột sống - Hỗn hợp vi khuẩn S bị đun chết trộn với vi khuẩn R sống đem tiêm cho chuột - chuột chết Trong xác chuột chết có vi khuẩn S R Hiện tượng cho thấy vi khuẩn S tự sống lại sau bị đun chết, tế bào chết truyền tính gây bệnh cho tế bào R (3) Kết Một chất từ chủng S chết chuyển vào chủng R biến chủng R thành chủng S • S chết + R sống → S sống • Griffith gọi q trình biến nạp (transformation) • Thành phần chuyển từ chủng S sang chủng R gọi tác nhân biến nạp b Thí nghiệm Avery, Macleod & McCarty (1944) (3) Năm 1944, Avery, Mc Leod Mc Carty tiến hành thí nghiệm xác định rõ tác nhân gây biến nạp Nếu tế bào S bị xử lý proteaz (enzym phân hủy protein) ARN-az (enzym phân hủy ARN) hoạt tính biến nạp cịn, chứng tỏ protein ARN tác nhân gây biến nạp Nhưng tế bào S chết bị xử lý ADN-az (enzym phân hủy đặc hiệu ADN) hoạt tính biến nạp khơng cịn nữa, chứng tỏ ADN nhân tố biến nạp ADN S + tế bào R sống → chuột → chết (có R + S) Hiện tượng biến nạp chứng minh sinh hóa xác nhận ADN mang tín hiệu di truyền 2.1.2 Điều kiện: - Vi khuẩn cho phải bị ly giải, NST phải giải phóng bị cắt thành đoạn ADN nhỏ - Vi khuẩn nhận phải trạng thái sinh lý đặc biệt gọi khả nạp (competence) có khả tiếp nhận ADN hịa tan tế bào cho - Trạng thái khả nạp xuất giai đoạn định trình phát triển tế bào vào lúc tế bào tổng hợp vách - Đối với vi khuẩn đường ruột, tiếp nhận đòi hỏi biến đổi bề mặt tế bào cách xử lý với CaCl2 (1) 2.1.3 Quá trình biến nạp: - Diễn biến trình biến nạp cấp độ phân tử - Để dễ hiểu, giải thích dựa theo ADN dịng vi khuẩn S R thí nghiệm Griffith - Quá trình gồm giai đọan chủ yếu: + Sự phân hủy ADN tế bào cho: ADN tế bào cho tế bào tự nhiên bị phân hủy thí nghiệm bị gây chế nhiệt độ cao hay tác nhân phá vỡ tế bào + ADN bám vào bề mặt tế bào: Protein gắn vào ADN + Thâm nhập ADN: Sợi ADN mạch kép dòng vi khuẩn S sau chui qua màng tế bào dịng R mạch S bị nucleaz tế bào cắt, lại mạch nguyên + Bắt cặp (Synapsis)và tái tổ hợp: Nhờ hỗ trợ protein RecA ADN thể nhận R biến tính tách rời mạch đoạn dễ bắt cặp với đoạn ADN thể cho S vừa chui vào + Sao chép: Sau bắt cặp tạo đoạn lai R - S, phân tử ADN chép tạo sợi, sợi kép R-R sợi kép khác có mang đoạn ADN thể nhận S-S Kết cuối đọan gen SIII chèn vào gen tế bào nhận Sau phân bào dịng tế bào nhận ADN ngoại lai vào gen - tế bào biến nạp Tế bào biến nạp sinh sản tạo dòng nhận RII mới.(3) 2.1.4 Ý nghĩa biến nạp: (4) - Sự biến nạp cho phép kết hợp vào nhiễm sắc thể vi khuẩn ADN tổng hợp ADN biến đổi invitro - Biến nạp sử dụng để xác định vùng nhỏ đồ di truyền vi khuẩn - Biến nạp xảy thiên nhiên Người ta chọn lọc vi khuẩn tái tổ hợp độc lực tăng lúc tiêm chủng phế cầu vào phúc mạc chuột nhắt Như biến nạp có ý nghĩa dịch tễ học, nhiên vận chuyển di truyền biến nạp không hữu hiệu vận chuyển plasmid 2.2 Tải nạp (Transduction): (3) - Tải nạp vận chuyển ADN từ vi khuẩn vi khuẩn nhận nhờ phage • Thí nghiệm chứng minh: Zinder Lederberg (1952) Thí nghiệm tiến hành ống hình chữ U, đáy ống ngăn cách màng lọc vi khuẩn Màng có lỗ nhỏ vi khuẩn khơng qua được, phage qua Nhánh A ống chứa vi khuẩn có khả tổng hợp tryptophan (trp+ ), cịn nhánh B nuôi vi khuẩn khả tổng hợp tryptophan (trp– ) Sau thời gian nuôi bên nhánh B xuất vi khuẩn có khả tổng hợp tryptophan (trp+ ) Qua nhiều lần thí nghiệm việc phage tải gen trp+ từ nhánh A sang nhánh B chứng minh - Có dạng tải nạp: + Tải nạp chung + Tải nạp đặc hiệu 2.2.1 Tải nạp chung (1) + Tải nạp chung trường hợp gene thể cho chuyển sang thể nhận phage Phage Bacteriophage virus có khả xâm nhiễm vi khuẩn Mỗi vi khuẩn vật chủ nhiều phage Cơ chế tải nạp chung: Phage T1 tạo enzym nuclease cắt ADN vi khuẩn thể cho thành đoạn có kích thước tương đương với ADN phage Hình thành hạt tải nạp (phage mang gen thể cho) chứa đoạn cắt ngẫu nhiên từ NST vi khuẩn Hạt tải nạp xâm nhiễm tế bào vi khuẩn E.coli khác, chúng trao đổi chéo đoạn tương đồng với NST vi khuẩn nhận Sử dụng môi trường chọn lọc, người ta phát thể tái tổ hợp - 2.2.2 Tải nạp đặc hiệu (4) - Tải nạp đặc hiệu tượng tải nạp phage truyền số gen định từ vi khuẩn cho sang vi khuẩn nhận - Năm 1954 Mores nhận thấy phage ơn hịa thực kiểu tải nạp khác gọi tải nạp đặc hiệu Nó vận chuyển nhóm giới hạn gen, nhóm gen chuyển nằm sát chỗ prophage gắn vào nhiễm sắc thể + Sự tải nạp đặc hiệu vận chuyển gen đặc hiệu nhiễm sắc thể địi hỏi tích hợp phage + + Hơn khác với tải nạp chung, phage tải nạp đặc hiệu phóng thích lúc chiếu tia cực tím khơng tự tách rời khỏi nhiễm sắc thể • Ý nghĩa tải nạp (1) Sự tải nạp cho phép xác định gen gần nhiễm sắc thể, sử dụng để thiết lập đồ di truyền - Dựa vào tần số tải nạp hai gen lúc người ta xác định khoảng cách gen nhờ xác định vị trí chúng - Trong thiên nhiên tải nạp giữ vai trị có ý nghĩa lây lan plasmid kháng thuốc vi khuẩn gram dương plasmid penicillinase tụ cầu - Prophage đem lại cho vi khuẩn số tính chất đặc biệt quan trọng ví dụ prophage b trực khuẩn bạch hầu 2.3 Giao nạp (Conjugation) (3) - Giao nạp hay tiếp hợp vi khuẩn kết hợp thời hai tế bào có kiểu bắt cặp đối nhau, tiếp nối chuyển phần vật chất di truyền từ tế bào cho sang tế bào nhận qua cầu tế bào chất, sau tế bào tách (exconjugants) - Giao nạp đòi hỏi tiếp xúc trực tiếp loại tế bào khởi ống giao nạp hay tính mao (pilus), sợi ống nhỏ dài tế bào cho (donor cell) tạo Hai tế bào vi khuẩn giao nạp qua cầu tế bào chất pilus - Về thuật ngữ, nhiều tác giả dùng “tiếp hợp” để q trình này, theo chúng tơi, dùng “giao nạp” tốt hơn, phản ánh chất trình, quán với biến nạp, tải nạp vi khuẩn khỏi nhầm lẫn với tiếp hợp nhiễm sắc thể 2.3.1 Chứng minh có tượng lai vi khuẩn (3) - Vào năm 1946, J.Lederberg E.Tatum sử dụng dòng đột biến khuyết dưỡng khác E.coli để chứng minh có tái tổ hợp dòng vi khuẩn khác Cụ thể dòng A có kiểu gen met– bio– thr+ leu+ thi+ (có khả tổng hợp threonin, leuxin vitamin B1 (thiamin) khơng tổng hợp metionin biotin), cịn dạng B ngược lại có khả tổng hợp metionin biotin với kiểu gen met+ bio+ thr– leu– thi– Trộn A B ống nghiệm, sau cấy lên mơi trường tối thiểu (Minimal medium MM) Các khuẩn lạc mọc môi trường tối thiểu chứng tỏ có dạng lai, chúng mọc lên nhờ bù đắp cho nhu cầu dinh dưỡng Dạng lai có kiểu gen met+ bio+ thr+ leu+ thi+ mọc môi trường tối thiểu Trong dạng A B riêng lẻ khơng mọc MT tối thiểu Dòng A = met– bio– thr+ leu+ thi+ × dịng B= met+ bio+ thr– leu– thi– Dạng lai met+ bio+ thr+ leu+ thi+ mọc thành khuẩn lạc, dạng riêng lẻ không mọc thành khuẩn lạc Sơ đồ lai vi khuẩn 2.3.2 Sự liên quan giao nạp (1) - Hiện tượng giao nạp liên quan đến nhân tố sinh sản F Nhân tố F plasmid Tế bào chứa F tế bào đực hay tế bào F+ đóng vai trị tế bào cho Tế bào không chứa F tế bào F- dóng vai trị tế bào nhận Trong thí nghiệm giao nạp trên, dịng A đóng vai trị cho dịng B đóng vai trị nhận - Từ tế bào F+, Cavalli phân lập tế bào Hfr (High frequency of recombination) có khả vận chuyển gen với tần số cao Khi lai Hfr x F- thu tế bào tái tổ hợp 1000 lần nhiều lai F+x F- - Trong tế bào F+ nhân tố F tạo nên lực đặc biệt gọi lực giao nạp Chính nhờ lực mà xảy giao nạp vi khuẩn Trong tế bào Hfr nhân tố F tích hợp vào nhiễm sắc thể vi khuẩn có khả chép với nhiễm sắc thể Ở tế bào Hfr nhân tố F tạo nên lực giao nạp, trình giao nạp nằm cuối gen, đẩy gen vào tế bào nhận qua cầu nguyên tương nối liền hai tế bào giao nạp Ở tế bào Hfr số trường hợp F tách rời khỏi nhiễm sắc thể mang theo đoạn ADN nhiễm sắc thể gọi F’ F’ có khả tự chép vận chuyển vào tế bào nhận F’ vận chuyển số tính trạng vi khuẩn sang vi khuẩn khác F’ sử dụng để phân lập vận chuyển số gen chọn lọc Giao nạp thường xảy vi khuẩn lồi xảy vi khuẩn khác loài E.coli với Samonella Shigella tần số tái tổ hợp thấp 2.3.3 Ý nghĩa giao nạp (1) -Sự giao nạp công cụ khảo sát quan trọng nhiều lĩnh vực sinh lý di truyền vi khuẩn cho phép tạo nên vi khuẩn phối hợp nhiều đột biến khác -Nhờ kỹ thuật giao nạp ngắt quãng người ta thiết lập đồ nhiễm sắc thể vi khuẩn Ngoài chủng F’ sử dụng để nghiên cứu hoạt động số gen -Trong thiên nhiên giao nạp giữ vai trò đáng kể biến dị vi khuẩn đặc biệt lây lan tính kháng thuốc vi khuẩn Gram âm TÀI LIỆU THAM KHẢO (1) Đại học y dược huế, 2008 (2) Vi sinh y học, Học viện quân y, 2011 (3) Chương 20 di truyền học vi khuẩn, Biên soạn: Phạm Thành Hổ, Nguyễn Lân Dũng (4) (2008) - ... biến dị vi khuẩn đặc biệt lây lan tính kháng thuốc vi khuẩn Gram âm TÀI LIỆU THAM KHẢO (1) Đại học y dược huế, 2008 (2) Vi sinh y học, Học vi? ??n quân y, 2011 (3) Chương 20 di truyền học vi khuẩn, ... 10-9 (1) - Di truyền vi khuẩn: bảo tồn đặc tính vi khuẩn qua nhiều hệ Cơ sở bảo tồn đặc tính chép chất liệu di truyền ( ADN) dựa theo nguyên tắc bán bảo tồn (2) Các tượng di truyền vi khuẩn - Sự... có tượng lai vi khuẩn 2.3.2 Sự liên quan giao nạp 2.3.3 Ý nghĩa giao nạp Di truyền vi khuẩn: - Di truyền trì đặc điểm qua nhiều hệ Cơ sở vật chất di truyền nhiễm sắc thể Nhiễm sắc thể vi khuẩn