Đang tải... (xem toàn văn)
C©u hái C©u hái Tr×nh bµy tãm t¾t c¸c qu¸ tr×nh biÕn n¹p, t¶i n¹p vµ tiÕp hîp ë vi khuÈn? Bµi lµm H×nh thøc sinh s¶n chñ yÕu cña vi khuÈn lµ ph©n ®«i tÕ bµo, qua qu¸ tr×nh ph©n ®«i vËt chÊt di truyÒn[.]
Câu hỏi: Trình bày tóm tắt trình biến nạp, tải nạp tiếp hợp vi khuẩn? Bài làm: Hình thức sinh sản chủ yếu vi khuẩn phân đôi tế bào, qua trình phân đôi vật chất di truyền vi khuẩn mẹ đợc truyền cho vi khuẩn Tuy nhiên có trờng hợp vật chất di truyền vi khuẩn (vi khn cho) chun sang vi khn nhËn thc chđng khác, có ba cách chuyển thông tin di truyền từ tế bào cho sang tế bào nhận là: biến nạp, tải nạp tiếp hợp * Biến nạp (transformation): Biến nạp: Biến nạp biến đổi tính trạng vi khuẩn dới ảnh hởng ADN dung dịch đợc tách chiết từ vi khuẩn cho xâm nhập vào vi khuẩn nhận Hiện tợng biến nạp đợc nhà vi khuẩn học Griffith phát vào năm 1928 đợc làm sáng tỏ nhờ thực nghiệm Avery, Mac Leod Mac Carthy Thí nghiệm: Griffith đà tiêm cho chuột mét liỊu vi khn Diplococcus pneumoniae d¹ng S ( cã màng nhày, gây bệnh viêm phôi nặng) làm cho chuột chết Nếu xử lý nhiệt vi khuẩn khả gây bệnh cho chuột Tiêm vi khuẩn dạng R ( màng nhày) không gây độc chuột Nhng ông tiêm cho chuột hỗn hợp vi khuẩn dạng R ( màng nhày) với vi khuẩn dạng S (có màng nhày), nhng đà xử lí nhiệt, thấy chuột bị chết Từ máu chết ông đà phân lập đợc Diplococcus pneumoniae dạng S điển hình Điều có nghĩa vi khuẩn dạng S bị chết nhiệt đà truyền khả tạo vỏ nhày cho tế bào dạng R làm cho trở thành tế bào dạng S tính chất đợc truyền cho hệ cháu tế bào dạng S (Hình 1) Hình 1: Sơ đồ thí nghiệm Griffith Tuy nhiên Griffith đà sai lầm cho tợng biến nạp tác động chất polyholosilic màng nhày, đến năm 1944 Avery cộng sự, đà chứng minh tác nhân trình biến nạp axit nucleic (ADN) vi khuẩn dạng S bị xử lí nhiệt đà truyền tính trạng hình thành màng nhày cho tế bào dạng R làm cho vi khuẩn có màng nhày gây độc Quá trình biến nạp phụ thuộc vào yếu tố: - Chủng vi khuẩn khả trở thành trở thành vi khuẩn nhận (tế bào khả biến) - Đoạn ADN biến nạp tính chất (ADN biến nạp) Khả biến nạp xuất khoảng 15 – 30 phót, ë cuèi pha sinh trëng cÊp số, phụ thuộc vào tác nhân biến nạp, tác nhân đà đợc chiết từ Diplococcus pneumoniae, loại prôtêin bền nhiệt với khối lợng phân tử thấp (khoảng 10.000 dalton), làm cho tế bào trở thành tế bào khả biến Khả biến nạp chØ cã ë nh÷ng vi khn cã thĨ cho nh÷ng phân tử ADN tế bào cho có khối lợng phân tử khoảng 5x106 dalton chui qua ADN biến nạp phải đoạn axit nucleic hai mạch Sau qua màng tế bào nhận, ADN có thời kì ẩn, tiếp gắn ADN tế bào cho vµo hƯ gen cđa tÕ bµo nhËn, rÊt cã thĨ ADN biến nạp kết đôi với ADN tế bào nhận đoạn tơng đồng, sau có rứt đứt có trao đổi đoạn tơng đồng này, cách ADN biến nạp nhập hệ gen vikhuẩn nhận Có thể chia trình biến nạp thành giai đoạn: - Cố định ADN lên tế bào nhận, tế bào nhận có vị trí để hấp phụ ADN - Sự xâm nhập ADN biến nạp vào tế bào khả biến - Sự liên kết ADN biến nạp với đoạn tơng đồng thể nhiễm sắc tế bào nhận Sau chui qua màng tế bào khả biến, ADN biến nạp chịu tác động enzym giới hạn, biến đổi sửa chữa Nếu không nhanh chóng tìm thấy đợc đoạn tơng đồng thể nhiễm sắc, bị phân cắt (Hình 2b) - Sự đồng hoá ADN ngoại sinh biến nạp vào ADN nội sinh nhờ tái tổ hợp, phải có tơng đồng đoạn ADN nội sinh ADN ngoại sinh - Sự nhân lên thể nhiễm sắc đà đợc đồng hoá Quá trình biến nạp đợc mô tả hình 2a 2b Hình 2a:thể Sơ vi đồ cơvật chế Hình 2: khả Sơ đồ Trong quần sinh tế bào biến, chịu biến nạp vi khuẩn gram trình biến nạp thành tác động ADN biến nạp Việc hình thành tế bào khả biến côngbiến không phụ thuộc vào dơng giống vi sinh vật, loại ADN nạp thành thời kỳ sinh trởng tế bào nhận Một trờng hợp đặc biệt, nhiễm tế bào vi khuẩn loại axit nucleic lÊy tõ bacteriophage, lµm cho tÕ bµo nhËn có tính trạng vi khuẩn đà bị nhiễm phage gọi nhiễm nạp (Transfection) Hiện tợng biến nạp đà chứng minh tính di truyền đặc trng ADN, cßn cã ý nghÜa to lín vỊ thùc tiƠn cã thể thực biến đổi định hớng tính di truyền * Tiếp hợp: Tiếp hợp tợng truyÒn vËt chÊt di truyÒn theo mét chiÒu tõ vi khuẩn cho sang vi khuẩn nhận tế bào cho vµ tÕ bµo nhËn tiÕp xóc trùc tiÕp víi Năm 1946 Lederberg Tatum đà phát tái tổ hợp tiếp hợp vi khuẩn tiếp xúc trực tiếp ( Hình 3) Hình 3: ảnh chụp TEM hai tế bào E.coli tiếp hợp nhờ lông giới tính Tế bào F+ bên phải đợc phủ nhiều nhung mao lông giới tính nối víi tÕ bµo F- ThÝ nghiƯm: Lederberg vµ Tatum lÊy chủng khuyết dỡng bổ trợ đối nhiều đặc điểm, xuất phát từ chủng tự dỡng E.coli K12 có khả tổng hợp treonin, leucin, thiamin, phynylalanin bà biotin, kí hiƯu Tr+, Leu+, B1+, Phe+ vµ Bio+ Hai chđng E.coli khuyết dỡng có đắc điểm bổ trợ sau: Chủng A: Tr+, Leu+, B1+, Phe- vµ Bio- Chđng B: Tr-, Leu-, B1-, Phe+ Bio+ Các ông cấy 109 vi khuẩn A 109 vi khuẩn B môi trờng tối thiểu không chứa năm nhân tố sinh trởng cần thiết đà nêu trên, sau thời gian đ tđ Êm, kh«ng thÊy xt hiƯn bÊt khuẩn lạc Nhng ngợc lại, ông cấy dàn hỗn hợp 108 chủng A B môi trờng tổng hợp tối thiểu, xuất số khuẩn lạc, khuẩn lạc khuẩn lạc có khả tổng hợp loại nhân tố sinh trởng Tr+, Leu+, B1+, Phe+ Bio+, giống nh chủng hoang dại tự dỡng, chủng E.coli tái tổ hợp, tế bào tái tổt hợp từ hỗn hợp huyền phù hai chủng A B xuất với tần số 10 -6 tính trạng Hình 4: Sơ đồ thí nghiệm tái tổ hợp hai chủng đột biến khuyết dỡng E.coli bổ trợ thông qua tiếp hợp Năm 1952, Hayes chứng minh chủng A B đợc Lederberg sử dụng khả sinh trởng truyền thông di truyền, tÕ bµo E.coli cho cã u tè giíi tÝnh đợc kí hiệu F+ (Fertility), tế bào không cã u tè gií tÝnh kÝ hiƯu lµ F- chØ cã thĨ lµm tÕ bµo nhËn NÕu lai F + với F- có chủng tái tổ hợp với tần số khoảng 10-6, lai F- với F- tái tổ hợp, lai F+ với F+ tạo chủng tái tổ hợp nhng với tần số thấp Bản chất yếu tố F E.coli K12 cấu trúc ADN vòng có độ dài khoảng 2% chiều dài thể nhiễm sắc vi khuẩn, gồm khoảng 105 cặp bazơ nitơ Bên cạnh chủng F+ có khả tái tổ hợp với tần số thấp, có chủng cho tần số tái tổ hợp cao (khoảng 10 -2, 10-3), gọi chđng Hfr (High Frequency of recombenation) ë c¸c chđng Hfr nhân tố F nhập vào thể nhiễm sắc vi khuÈn Vi khuÈn nhËn (F-) kh«ng cã yÕu tè giới tính F, tiếp hợp với tế bào cho (F+) mà thu đợc yếu tố F để trë thµnh tÕ bµo cã u tè giíi tÝnh (F+) Hiện tợng đợc mô tả hình 5: Hình Một số tế bào nhờ kết việc gắn yếu tố F vào thể nhiễm sắc vi khuẩn, mà tế bào F + đà biến thành tế bào Hfr Đợc mô tả hình 6: Hình Khi tế bào cho Hfr chuyền phần thể nhiễm sắc vào tế bào nhận F- làm cho tế bào nhận tái tổ hợp F - Hiện tợng đợc mô tả hình 7: Hình Sự vận chuyển thể nhiễm sắc từ vi khuẩn Hfr không phỉ biÕn b»ng sù vËn chun c¸c plasmid cđa vi khuÈn F + cho vi khuÈn nhËn, kÝch thíc plasmid bé nên vận chuyển dễ diễn thờng xuyên hơn, plasmid đà đợc chuyển sang không gia nhập vào hệ gen vi khuẩn mà tồn độc lập ngoµi hƯ gen nµy Ỹu tè F cã thĨ gắn vào điểm thể nhiễm sắc, chỗ gắn yếu tố F quy định điểm lực khởi đầu thể nhiễm sắc hớng vận chuyển thể nhiễm sắc cho tế bào nhận, điều ®ã cã ý nghÜa cho phÐp nghiªn cøu mèi liªn hệ gen vẽ đợc đồ di truyền tế bào * Tải nạp: Tải nạp trình truyền thông tin di truyền từ vi khuẩn (nòi cho) sang vi khuẩn khác (nòi nhận) thông qua vật trung gian thể thực khuẩn Hiện tợng tải nạp đợc phát lần vào năm 1951 nhờ thí nghiệm Zinder Lederberg làm Salmonella typhimurium Zinder đà làm thí nghiệm với hai chđng khut dìng Salmonella: chđng thø nhÊt (2A) cÇn histidine để phát triển (H -), chủng thứ hai (22A) cần tryptophan (T -) Trong ống hình chữ U mà đáy có màng kính ngăn không cho vi khuẩn qua, nhng cho virut qua Các ông cho vào nhánh 10 vi khuẩn 22A (Triptophane-) nhánh -10 vi khuẩn 2A (histidine-) Sau thời gian nhánh vi khuẩn 22A ngời ta thu đợc chủng tự dỡng với tần số khoảng10-5 không thấy tế bào tự dỡng nhánh chủng 2A (Hình 8) Hình 8: Thí nghiệm Zinder Lederberg Nh vậy, phage ôn hoà P 22 sinh sản tế bào cho 2A, sau làm tan tế bào, giải phóng hạt phage mới, số phage trình hình thành, phải mang ADN riêng mình, lại mang đoạn ADN tế bào chủ (tức tế bào 2A), trộn phage tải nạp với huyền phù tế bào nhận 22A, phage công, nhng chủng 22A tế bào sinh tan phage p22, nên tế bào 22A không bị tan mà tiếp nhận đoạn ADN tế bào cho 2A phage 22 mang đến (Hình 9) Hình 9: Quá trình tải nạp Có hai dạng tải nạp chủ yếu: - Tải nạp không đặc hiệu loại tải nạp, phage gắn vào đoạn gen tế bào chủ chuyển gen sang cho tế bào nhận - Tải nạp đặc hiệu loại chuyển gen xác định tế bào cho sang tế bào nhận Một trờng hợp khác, đoạn gen ngoại lai (exogenote) không đợc nhân lên tế bào nhận bị tha dần trình phân chia tế bào, tải nạp đình trệ (abortif transduction) Năm 1952, Zinder thí ngiệm với vi khuẩn thơng hàn Salmonella typhimurium, «ng nhiƠm cho chđng vi khn tù dìng biotin (B+) phage ôn hoà P22, sau làm tan vi khuẩn, ông đa P22 vào huyền phù có tế bào nhân, tế bào khuyết dỡng biotin (B-) tế bào sinh tan P22, thấy xuất tế bào B+ huyền phù tế bào khuyết dỡng Sơ đồ thí nhiệm đợc mô tả hình 10 Hình 10: Sơ đồ thí nghiệm tải nạp dùng chđng tù dìng biotin B+ lµm chđng cho vµ chđng khuyết dỡng biotin B- làm chủng nhận Trên vi khuẩn Salmonella typhimurium phát thấy tợng tải nạp gen qui định tính bền vững vơi Streptomycin (Sr) Qua trình tải nạp gen nhờ phage ôn hoà tơng ứng đợc nêu sơ đồ hình 11: Hình 11: Sơ đồ truyền nguyên liệu di truyền trình tải nạp yếu tô Sr Đoạn ADN tế bào cho sau đà đợc tải nạp vào tế bào nhận biến đổi theo hớng sau:(Hình 12) - Đôi đoạn gen tải nạp bị qua lần phân chia tế bào tiếp sau kiểu gen tế bào nhận không thay đổi (kiểu A) - Khi hệ gen vi khuẩn sinh sản đoạn tải nạp không sinh sản sau lần phân chia tế bào, chuyển đến hai tế bào (kiểu B) - Tế bào đợc tải nạp mở đầu cho dòng tế bào (dòng dị gen tử ), tế bào này, hệ gen đầy đủ vi khuẩn mang đoạn nguyên liệu di truyền nhỏ vi khuẩn cho Đoạn tái sinh ®ång thêi víi hƯ gen cđa vi khn nhËn vµ đợc truyền cho tất tế bào qua lần phân bào (kiểu C) - Trong trình tải nạp xuất dòng vi khuẩn tái tổ hợp di truyền bền vững đoạn tải nạp gắn với hệ gen vi khuẩn cách thay đoạn tơng đồng hệ gen (kiểu D) Hình 12: Sơ đồ hoạt động đoạn nguyên liệu di truyền qua trình tải nạp 10 Việc nghiên cứu tợng nạp biết đợc khoảng cách gen xác định đợc vị trí chúng thể nhiễm sắc Việc phát làm rõ đợc chất trình chuyển gen vi khuẩn có ý nghĩa to lơn việc ứng dụng vào công nghệ sinh häc vơc phơ ®êi sèng cđa ngêi, nh: tạo đợc chủng vi khuẩn sản xuất hooc môn insulin cách chuyển gen quy định insulin tế bào ngời vào vi khuẩn Tạo chủng vi khuẩn sản xuất hooc môn sinh trởng, chuyển gen kháng virus vi khuân vào Tuy nhiên việc nghiên cứu di truyền vi sinh vật nhiều vấn đề cần phải tiếp tục làm rõ mở nhiều triển vọng khoa học đại 11 ... cho vi khuẩn có màng nhày gây độc Quá trình biến nạp phụ thuộc vào yếu tố: - Chủng vi khuẩn khả trở thành trở thành vi khuẩn nhận (tế bào khả biến) - Đoạn ADN biến nạp tính chất (ADN biến nạp) ... sinh tế bào biến, chịu biến nạp vi khuẩn gram trình biến nạp thành tác động ADN biến nạp Vi? ??c hình thành tế bào khả biến côngbiến không phụ thuộc vào dơng giống vi sinh vật, loại ADN nạp thành... không bị tan mà tiếp nhận đoạn ADN tế bào cho 2A phage 22 mang đến (Hình 9) Hình 9: Quá trình tải nạp Có hai dạng tải nạp chủ yếu: - Tải nạp không đặc hiệu loại tải nạp, phage gắn vào đoạn gen tế