Di truyền học vi khuẩn
PGS.TS.Trương Thị Bích Phượng • • • !"# $#% • &' !($#% • &)#*#+,$#% • &-./ !#!$#% • &*0!( .12,3,4.56,789,: !#!# Các vi khuẩn có quá trình sinh sản cận hữu tính nên vẫn thực hiện được tái tổ hợp di truyền. Ở vi khuẩn, thông tin di truyền được truyền một chiều từ thể cho sang thể nhận và tạo ra hợp tử từng phần. Tái tổ hợp ở vi khuẩn có thể thực hiện bằng các đoạn ADN trần trong biến nạp, hay phage trong tải nạp, nhờ giao nạp khi 2 tế bào khác giới tính gắn với nhau. Bản đồ di truyền vi khuẩn được xây dựng nhờ các phương phác khác nhau: giao nạp gián đoạn hoặc không gián đoạn, tái tổ hợp hay dùng mất đoạn. !"#$%&'&()*+,- Các sinh vật Prokaryota như vi khuẩn, vi khuẩn lam cũng có các quá trình sinh sản tương đương sinh sản hữu tính, được gọi là cận hữu tính (parazxuality). Sự di truyền nhờ các quá trình cận hữu tính này ở vi khuẩn có những đặc điểm: – Sự truyền thông tin một chiều từ tế bào cho (donor) sang tế bào nhận (recipient). – Sự tạo thành hợp tử từng phần (merozygote). Thể cho (donor) chỉ chuyển một đoạn của bộ gen sang thể nhận (recipient) nên chỉ lưỡng bội ở một phần, các phần khác đơn bội. – Bộ gen thường chỉ là một ADN trần nên chỉ có một nhóm liên kết gen và tái tổ hợp thực chất là giữa hai phân tử ADN. .)#$%- 1.Vài nét về sinh sản của vi khuẩn: /5;#4<#=3 -4 >4?@AB,C -$;#;,!D- !#E@AB# 5'!#,C, F;,!DG5;#E#(; H5' !#@ABI(#J;,,KL,=M (J /G!!'N2;.7,=;O4 NO.P,CNOP5 .Q!!#O%RSTUU% 5;#STL #,1 63%0 D1!#M5;#V .#SWX WY,8% - Quá trình sao chép ADN được bắt đầu từ điểm xuất phát oriC kéo dài về hai phía song song với quá trình sao chép màng sinh chất, nơi có điểm gắn vào của ADN bộ gen, mọc dài tách 2 phân tử ADN về 2 tế bào con. ADN của E.coli cần 40 phút cho 1 vòng sao chép tương ứng với tốc độ 50.000 cặp bazơ/phút. Phụ thuôc vào tốc độ tăng trưởng, thời gian phân chia tế bào trong khoảng từ 18 đến 60 phút. Như vậy ở các tế bào tăng trưởng nhanh, vòng sao chép mới phải được bắt đầu sớm hơn sự phân bào trước đó như tế bào con đầu tiên. .)#$%- 2. Vi khuẩn E.coli là đối tượng mô hình tốt nhất: Escherichia coli (E.coli) là vi khuẩn được nghiên cứu kĩ nhất, rất nhiều chủng khác nhau đã được phân lập. Do những thuận tiện trong nuôi cấy, nhân giống, thu nhận các đột biến và dễ phân tích các sự kiện di truyền hiếm hoi. Đến nay, nó được coi là đối tượng mô hình số một của Sinh học phân tử và công nghệ gen. 2.1. Các dữ liệu di truyền học của E. coli – Kích thước bộ gen (Genome size): 4,6 Mb – Nhiễm sắc thể: 1 phân tử ADN vòng tròng – Số lượng gen: 4.000 – Phần trăm gen tương đồng với người: 8% – Kích thước trung bình của gen: 1 kb, không có intron – Các transposon: tùy chủng, ~ 60 bản sao/bộ gen Kết thúc giải ký tự chuỗi: 1997 .)#$%- 2.2. Các phương pháp phân tích di truyền Ngoài các phương pháp lai để phân tích tái tổ hợp (recombination) và bổ trợ (complementation), có nhiều kỹ thuật biến đổi di truyền (Techniques of Gentic Modification): – Gây đột biến: • Hóa chất và chiếu xạ : đột biến xoma ngẫu nhiên. • Dùng transposon: xen đoạn xoma ngẫu nhiên. – Chuyển gen: • Trên vector plasmid : tự do hay chèn vào. • Trên vector phage : tự do hay chèn vào. • Biến nạp: chèn vào. – Làm im lặng gen mục tiêu: • Alen không trên vector : thay gen bằng tái tổ hợp. • Alen được thiết kế trên vector : đột biến điểm định hướng bằng thay gen. 012+3&%456"%768 1. Hiện tượng biến nạp được Griffith phát hiện ở vi khuẩn Diplococus pneumoniae (nay gọi là Streptococus pneumoniae - phế cầu khuẩn gây sưng phổi ở động vật có vú) vào năm 1928. Phát hiện này và các nghiên cứu về cơ chế biến nạp có ý nghĩa lịch sử cho sự ra đời của Sinh học phân tử. 2.Định nghĩa: Biến nạp là hiện tượng chuyển thông tin di truyền bằng AND Trong biến nạp, ADN trần từ một tế bào vi khuẩn (thể cho) này được truyền sang tế bào vi khuẩn khác (thể nhận). Biến nạp xảy ra khi vi khuẩn nhận ADN ngoại lai và hấp thu vào trong tế bào. Khi tế bào vi khuẩn bị vỡ do bị tan (lysis), ADN vòng tròn của chúng thoát ra môi trường thành các đoạn thẳng với chiều dài khác nhau, có khả năng gây biến nạp cho các tế bào nhận khác . Z7,F[:D <##!<#<H==!!5$=!H\<#=!]<^<;_!3 `Z\6a'5b_;#c.3d • Xe(,5;#f • XGe7M#@AB,#= • XBg,_@AB [...]... bào vi khuẩn A, chúng cắt DNA của vi khuẩn A thành nhiều đoạn đồng thời DNA của phage được sao chép ra nhiều phân tử con và các vỏ phage cũng được tạo thành Sau đó các vỏ lắp ruột DNA vào, phá vỡ tế bào vi khuẩn ra ngoài và tiếp tục xâm nhiễm vào các tế bào vi khuẩn khác Trong quá trình lắp ráp khoảng 1-2% phage vô tình mang đoạn DNA của vi khuẩn có chứa gen Phage mang gen vi khuẩn A xâm nhiễm vi khuẩn. .. động từ plasmid R này sang plasmid R khác Các đoạn IS thúc đẩy sự tiến hóa nhanh của các plasmid vi khuẩn ngày càng mang nhiều yếu tố kháng thuốc • Không phải những plasmid này chỉ được di truyền trong phạm vi một loại vi khuẩn Mà chúng còn được truyền qua các loài và cả các dòng di truyền khác nhau của vi khuẩn - Ví dụ: plasmid R của E.coli đã phát hiện ở một số giống như proteus, salmonella, haemophilus,... chữ U được ngăn cách bằng màng lọc vi khuẩn, màng có lỗ nhỏ vi khuẩn không qua được nhưng phage qua được Nhánh A của ống chứa vi khuẩn có khả năng tổng hợp tryptophan (trp+), còn nhánh B nuôi các vi khuẩn khác mất khả năng tổng hợp tryptophan (trp-) Sau khi nuôi một thời gian, ở nhánh B xuất hiện vi khuẩn có khả năng tổng hợp tryptophan Nếu dùng màng ngăn không cho virus lọt qua thì không thấy hiện... trở thành kháng thuốc sau thời gian 1 giờ được trộn với vi khuẩn kháng thuốc Các gen kháng thuốc có thể được truyền từ plasmid cho NST vi khuẩn, cho virus và cả cho vi khuẩn các loài khác Mọi plasmid R đều có tối thiểu 2 thành phần: - Một đoạn mang gen về truyền AD tiếp hợp - Một đoạn mang gen kháng thuốc • Đoạn thứ nhất gọi là yếu tố làm vật truyền tính kháng Đoạn thứ hai mang gen kháng được gọi... A xâm nhiễm vi khuẩn B, quá trình tái tổ hợp xảy ra làm gen vi khuẩn A gắn vào bộ gen vi khuẩn B V Tải nạp (Transduction) V Tải nạp (Transduction) • • 3 Phân biệt các dạng tải nạp • • • • + Bất kỳ gen nào của vi khuẩn cũng đều được tải nạp • • • • • - Tải nạp chung (general transduction): phage mang bất kỳ gen nào của vi khuẩn A sang vi khuẩn B Tải nạp chung có đặc điểm: + Tải nạp do gói nhầm DNA... lần thí nghiệm, vi c tải gen trp+ từ nhánh A sang nhánh B được chứng minh V Tải nạp (Transduction) • • • • 2 Cơ chế: Quá trình xâm nhiễm của phage vào vi khuẩn xảy ra như sau: Tải nạp chuyển gen từ vi khuẩn A sang B nhờ phage Đầu tiên các phage bám trên bề mặt vi khuẩn Sau 4’, phage bơm DNA của nó vào tế bào Sau đó chúng sinh sản và khoảng 1/2 giờ sau thì chúng làm tan các tế bào vi khuẩn và giải phóng... gal (đồng hóa đường galactose) từ vi khuẩn này sang vi khuẩn khác Điểm gắn của phage λ vào bộ gen của vi khuẩn nằm giữa 2 gen gal (galactose) và bio (tổng hợp biotin) Đầu của phage chỉ có thể chứa một lượng DNA giới hạn, nên khi prophage tách ra từ DNA của vi khuẩn nó chỉ tải nạp được gen gal hoặc bio Sự cắt sai của phage λ rất hiếm nên tải nạp hạn chế có tần số thấp VI Giao nạp (Conjugation) • • Định... khuẩn ở người Ý nghĩa của transposon vi khuẩn • • • Các transposon ở vi khuẩn là những yếu tố làm thay đổi vị trí gen, kiểm soát tính kháng thuốc đối với thuốc kháng sinh và các thuốc chống vi khuẩn khác Chúng có thể dễ dàng truyền từ tế bào này sang tế bào khác Ngay sau đó người ta đã xác định là gen kháng thuốc thường có trong plasmid Các plasmid có thể được truyền từ tế bào mẹ sang tế bào con khi... hợp NST Quá trình di chuyển của các phần tử di động bao giờ cũng kèm theo sao chép và quá trình xen vào đoạn mới xảy ra rất chính xác Tần số chuyển chỗ là thấp đối với phần lớn tranposon, chỉ chiếm 10-7-10-4 trong một thế hệ Tất cả các tranposon đều có khả năng làm tăng hoặc giảm số lượng bản sao tùy vào điều kiện cụ thể của môi trường VII Cơ sở di truyền tính kháng thuốc của các vi khuẩn ở người Ý... vào bộ gen vi khuẩn Bản chất di truyền của các dòng F-, F+ và Hfr được xác định do các plasmid như sau:F- không chứa plasmid F+ chứa plasmid ở dạng độc lập Hfr có plasmid gắn vào bộ gen • • 1953, Hayes đã phát hiện ra ở vi khuẩn có các dạng khác nhau tương tự giống đực và cái ở sinh vật bậc cao Các dạng đó được kí hiệu là tế bào F+ và tế bào F- F+ tương tự giống đực ở sinh vật bặc cao, nó truyền sạng . .12,3,4.56,789,: !#!# Các vi khuẩn có quá trình sinh sản cận hữu tính nên vẫn thực hiện được tái tổ hợp di truyền. Ở vi khuẩn, thông tin di truyền được truyền một chiều từ thể cho sang. Prokaryota như vi khuẩn, vi khuẩn lam cũng có các quá trình sinh sản tương đương sinh sản hữu tính, được gọi là cận hữu tính (parazxuality). Sự di truyền nhờ các quá trình cận hữu tính này ở vi khuẩn. của Sinh học phân tử. 2.Định nghĩa: Biến nạp là hiện tượng chuyển thông tin di truyền bằng AND Trong biến nạp, ADN trần từ một tế bào vi khuẩn (thể cho) này được truyền sang tế bào vi khuẩn khác