DI TRUYỀN VÀ BIẾN DỊ Ở VI SINH VẬT 5.1 TRUYỀN Ở VI SINH VẬT
a Sự tro đổi di truyền b Cơ chế so chép lạ
b Cơ chế sao chép lại
Khi AND sinh sản, 2 sợi lò xo duỗi ra, mối liên kết hiddro giữa các bazo nito bị đứt. hai nhiễm sắc thể tách rời nhau, từng sợi 1 tự sao chép thành một sợi mới tương đồng với nó.
5.4Quá trình truyền nguyên liệu di truyền ở vi sinh vật 5. 4.1 Biến nạp (transformation )
Định nghĩa
Biến nạp là sự biến đổi genotip của vi khuẩn thể nhận dưới ảnh hưởng của AND từ vi khuẩn thể cho. AND dưới thể dung dịch do một thể vi khuẩn thẻ cho giải phóng ra, được truyền đi không có sự can thiệp của một nhân tố cấu trúc nhiễm sắc thể hoặc epixom, hoặc của phage vecto.
Điều kiện của quá trình biến nạp: quá trình biến nạp chỉ xảy ra khi vi khaunar nhân ở một tình trạng sinh lý đặc biệt (ở khoảng 1- 15% tế bào ở quần thể thông thường ở giai đoạn phát triển giảm ) tình trạng này đã làm thay đổi tính chất bề mặt tế bào nhận có các yếu tố cảm ứng enzyme đặc biệt trên đó có các đoạn phân tử AND có thể xâm nhập được trên bề mặt tế bào nhận có các yếu tố cảm ứng để cho đoạn phân tử AND có thể cố định có chưng 30- 70 vùng cảm ứng như thế đoạn AND đã nhập vào tế bào được tách đôi, và một mạch đơn được ghép vào NST của tế bào nhận. Quá trình này gọi là sự tái tổ hợp (recombination ).
Grifith là người đầu tiên đã phát hiện sự biến nạp ở phế cầu khuẩn (streptococcus pneumoniae, tên cũ là Diplococcus pneumonae hay pneumococcus ) vào năm 1928 vi khuẩn này có hai dạng khác nhau
- Dạng gây bệnh cho động vật hình thành khuẩn lạc láng kí hiệu là S - Dạng không gây bệnh hình thành khuẩn lạc nhám ký hiệu R. nếu tiêm vi khuẩn sống chủng s thì làm cho chuột nhắt chết, tiêm s chết cho qua sử lí nhiệt (hơ nóng ) thì chuột vẩn sống, còn tiêm vi khuẩn chủng R cho chuột thi chuột vẫn sống , nhưng đồng thời tiêm R và S chết thì lại làm chuột chết và sau đó trong máu chuột chết phân lập được chủng S đặc trưng. Các thí nghiệm sau đó (Avery, Macleod và Mecarty, 1946 ) cho thấy nếu sử lý dịch S chết được tinh chế vẫn có năng lực biến nạp Invitro và nếu xử lý bằng Dnase thì làm mất hoạt tính biến nạp của dịch này trong khi xử lý bằng protease vẫn giữ nguyên tính biến nạp điều đó chứng minh rằng AND chứ không phải là protein là vật chất mang thông tin di truyền.
- Cho đến nay những tính trạng được biến nạp được biết là khả năng tổng hợp yếu tố sinh trưởng, khả năng sử dụng để sinh trưởng, khả năng kháng thuốc, khả năng sinh độc tính hiện tượng này được vận dụng rộng rãi trong kỹ thuật di truyền. VD: 5. 4.2. Tải nạp (chuyển nạp _ transduction )
Định nghĩa: tải nạp là sự vận chuyển vật chất di truyền nhờ phage
(bacteriophage hay thực khuẩn thể ) là các virut kí sinh vi khuẩn, có 2 loại phage. Các phage độc làm tan vi khuẩn. tuy vậy các phage ôn hòa có hai giai đoạn thay
thế nhau trong chu trình phát triển, chúng có thể trơ thành phage độc khi mà môi trường có tác nhân (hóa, lý ) gây đột biến.
Khi phage hấp bám trên màng tế bào vi khuẩn đặc hiệu bằng thụ thể ở lông đuôi, ATP- ase ống đuôi của phage được hoạt hóa phân giải ATP giải phóng năng lượng làm co rút vỏ đuôi, kết quả là ống đuôi chọc thủng màng tế bào vi khuẩn và làm AND phage theo ống đuôi này xâm nhập vào tế bào vi khuẩn, sau khi xâm nhập AND phage độc tồn tại độc lập trong tế bào chất điều chỉnh quá trình tổng hợp protein phage và làm phân hủy AND của vi khuẩn , trong quá trình láp ráp vỏ protein phage lại chứa mảnh AND vi khuẩn ( tạo thành phage khuyết tổn ) khi giải phóng ra ngoài cùng của phage khác do dung giải tế bào phage khuyết tổn nay lại tiếp tục hấp bám lên tế bào mới và đưa đoạn AND của tế bào cũ vào tế bào mới.
Ở một số phage gọi là phage ôn hòa sau khi xâm nhập vào tế bào chất của vi khuẩn, AND ấn nhập vào cấu trúc phân tử AND NST của vi khuẩn ở dạng tiền phage (prophage ). Ở trạng thái episome này bộ gen của phage ôn hòa được truyền cho thế hệ sau của vi khuẩn tương tự các gen khác của NST. Các vi khuẩn mang prophage được gọi là vi khuẩn dung nguyên (lysogennic bacteria ) do những vi khuẩn này mang mầm móng của quá trình dung khuẩn sau này, khi chuyển sang trạng thái độc vi khuẩn dung nguyên tiếp tục sinh trưởng bình thường. tuy nhiên khi gặp điều kiện môi trường có các yeus tố gây đột biến thì phage chuyển sang trạng thái độc làm vi khuẩn dung giải khi đó các prophage từ sao chép thành những phiên bản ở trạng thái độc lập trong tế bào chất và bắt đầu chu trình dung giải vi khuẩn. trong quá trình sao chép đó các phage mới hình thành có thể mang theo AND của phage và đoạn AND (nằm kề bên ) cua NST vi khuẩn khi xâm nhập tế bào mới, các phage mang gen NST thực hiện chức năng mang vật chất di truyền từ tế bào cho sang tế bào nhận. sự tải nạp phổ biến rộng rãi và được nghiên cứu ở vi khuẩn họ enterobacteriaceac. ở ecoli đó là các phage T và P-1, ở shigella P-1, ở salmonella typhimurum P-22. các phage tải nạp ở pseudomanas và proteus cũng biết đến. quá trình tải nạp có thể vận chuyển một hoặc một số gen bất kì như nêu trên được gọi là tải nạp chung hay tải nạp không đặc hiệu (như tải nạp do phage P- 1 và P-22 ở Ecoli Shigella và Salmonella.
Nhiều phage chỉ có thể tái tổ hợp vào 1 vị trí (Locus) nhất định trong genome ký chủ chính vì vậy chúng chỉ có thể vận chuyển những gen phân bố gần locus này mà thôi hiện tượng này gọi là tải nạp đăc hiệu.
Nói chung ở vi khuẩn chuyển nạp đóng vai trò trong lan truyền độc tính, lan truyền kháng nguyên thân (gây phản ứng chéo miễn dịch) và nâng cao khả năng tổng hợp các chất yếu tố sinh trưởng.
5.4.3 Tiếp hợp
Tiếp hợp là một hiện tượng truyền một phần vật chất di truyền theo một chiều
từ tế bào cho (thể cho là vi khuẩn đực ) sang tế bào nhận (thể nhận là vi khuẩn cái), việc truyền dẫn này đòi hỏi sự tiếp xúc và sự kết đôi giữa hai vi sinh vật. dẫn tới sự
hình thành một hợp tử hợp nhân (Meoyzot ) chứa hệ gen của vi sinh vật được thụ tinh và một mảnh của hệ gen của vi sinh vật cho. Hai thành phần này kết hợp lại thành một nhiễm sắc thể duy nhất. nhưng trạng thái nhị bội chỉ là tam thời. trong sự phân chia này, những tế bào sinh ra do tiếp hợp được gọi là thể tái tổ hợp (Recombinant ).
Quá trình truyền vật chất di truyền chỉ diễn ra một chiều từ tế bào đực (F+) sang tế bào cái (F-). Điều này được Lederberg và Tatum chứng minh lần đầu tiên vào năm 1964 trên các biến chủng E.coli K-12. khả năng cho của tế bào đực quyết định bởi sự có mặt của yếu tố di truyền ngoài NST là F ( fertility factor, sẽ-factor, yếu tố giới tính ).
Các thuật ngữ “ tế bào đực” và “tế bào cái” được dùng theo hệ thống định danh hiện đại từ năm 1976.
Trên bề mặt tế bào F+ có các nhung mao đặc biệt _pili giới tính có thể hấp thụ các phage đặc biệt số lượng pili giới tính rất ít (khoảng 2-3). Đường kính trong khoảng 25 A có thể cho phép sợi AND của tế bào đi qua khi nó tiếp xúc với tế bào nhận.
Yếu tố ngoài NST điều khiển quá trình tiếp hợp ( conjugative plasmid ) những plasmid này có thể điều khiển tổng hợp coliein ( colj, colv2, colv3 ). Plasmid điều khiển tổng hợp enterotoxin ở E.coli, và một vài kháng nguyên khác.
Quá trình tiếp hợp của plasmid F tái tổ hợp trong AND mạch vòng của NST bắt đầu từ khi 2 tế bào đực và cái tiếp xúc nhau. Khi đó một đoạn của NST ở kề bên yếu tố F bị cắt và duỗi ra mà trở nên có cấu trúc thẳng. Đầu NST tự do này tách ra và tự sao thành 2 sợi hướng về phía pili giới tính và được chuyển theo pili này sang tế bào F- . Bởi vì plasmid F nằm ở cuối chuổi thẳng NST nên nó không được truyền qua tế bào F- vì trong quá trình tiếp hợp ngắn ngủi AND nhiễm sắc thể thường bị đứt đoạn, và nhờ đó chỉ một phần NST của tế bào F+ được chuyển sang tế bào F- nhưng chúng có tầng suất biến nạp gen NST cao được gọi là chủng Hfr (chúng có tần suất biến nạp cao). Trong trường hợp pili giới tính tự do trong tế bào chất hai hiện tượng này có thể gặp là biến nạp một phần genome plasmid F hoặc biến nạp toàn bộ genome plasmid trong trường hợp đầu chỉ 1 số gen của plasmid F được chuyển sang và có thể tái tổ hợp vào NST tế bào nhận trong trường hợp sau: tế bào nhận trở thành tế bào F+ hiện tương này gọi là sự hùng hóa (“ đực hóa”) tế bào cái.
5.2 BIẾN DỊ Ở VI SINH VẬT VÀ SỰ ĐỘT BIẾN 5.2.1. Các loại biến dị 5.2.1. Các loại biến dị