Biến nạp tự nhiên
. Biến nạp vi khuẩn có thể xảy ra trong tự nhiên, nhưng với tần số rất thấp.
. Biến nạp vi khuẩn là một trong những ảnh hưởng rất lớn trong hiện tượng vi khuẩn đề kháng với các thuốc kháng sinh.
Chuyển ADN từ tế bào cho sang tế bào nhận
Biến nạp nhân tạo
. Được tiến hành trong thí nghiệm:
các tế bào được xử lý cho khả năng thấm được ADN
. Có hai cách thông thường:
phương pháp hóa học
xử lý tế bào với CaCl2 lạnh
phương pháp thẩm điện
sốc nhanh tế bào bằng dòng điện 100 – 200 volt
1 g ADN 106 đến 107 tế bào biến nạp
Chuyển ADN từ tế bào cho sang tế bào nhận
Tải nạp - transduction
Sự chuyển ADN từ VK này sang VK khác nhờ virus (phage)
Virus xâm nhiễm tế bào VK, dùng bộ máy sao chép ADN của VK chủ để tạo ra nhiều bản sao ADN hay ARN của nó và đóng gói vào vỏ virus
virus chỉ chuyển một đoạn nhỏ ADN của tế bào cho và thực hiện bởi virus ôn hòa
Chuyển ADN từ tế bào cho sang tế bào nhận
Thí nghiệm
. Trong ống hình chữ U, màng lọc vi khuẩn ngăn giữa hai ống vi khuẩn không qua được nhưng phage qua được
. Nhánh A : chứa vi khuẩn có khả năng tổng hợp tryptophan (trp+),
. 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 tượng này.
tải gen trp+ từ nhánh A sang nhánh B
Phage là nhân tố chuyển gen
Phage là nhân tố chuyển gen
1951, Joshua Lederberg and Norton Zinder 1965, K. Ikeda and J. Tomizawa
Phage ký sinh ở tế bào E. coli có hai cơ chế sinh sản trong tế bào vi khuẩn
. Chu trình tiêu giải
. Chu trình tiêu giải tiềm ẩn
Sơ đồ chu trình tiêu giải và tiêu giải tiềm ẩn Sơ đồ chu trình tiêu giải và tiêu giải tiềm ẩn
Tải nạp - transduction
Chuyển ADN từ tế bào cho sang tế bào nhận
. Sợi đuôi của phage gắn vào điểm nhận ở mặt ngoài tế bào E. coli, tạo lỗ thủng bơm DNA vào . Tế bào E. coli phiên mã và dịch mã các gen
. DNA tế bào phân hủy, nucleotid dùng sao chép DNA của virus
. Các protein tổng hợp thành ba phần: đầu, ống đuôi,sợi đuôi, ráp lại thành virion con
. Tế bào bị phá vỡ, virion thoát ra ngoài
. Thời gian một chu trình 20-30 phút ở 37 oC . Phage & tế bào vi khuẩn có sự đồng tiến hóa
Chu trình tiêu giải
Chu trình tiêu giải Chu trình tiêu giải
. Phage sinh sản không làm chết tế bào
. Phage gắn vào bề mặt tế bào E.coli và bơm DNA vào . DNA của phage T4 sẽ tạo vòng và tham gia vào:
- Chu trình tiêu giải
- Chu trình tiêu giải tiềm ẩn
. DNA gắn vào nhiễm sắc thể của vi khuẩn ở điểm chuyên biệt: Prophage
. DNA được sao chép như DNA của vi khuẩn.
. Prophage có thể tách ra khỏi DNA của vi khuẩn do nhiệt, phóng xạ rồi bắt đầu chu trình tiêu giải.
Chu trình tiêu giải tiềm ẩn
Các kiểu tải nạp Các kiểu tải nạp
- Tải nạp chung: phage mang bất kỳ gen nào của vi khuẩn A sang vi khuẩn B
. Bất kỳ gen nào của vi khuẩn cũng đều được tải nạp
. Tải nạp do gói nhầm DNA của tế bào chủ khi phage trưởng thành
. Các thể tái hợp đơn bội được tạo ra
- Tải nạp chuyên biệt hay tải nạp hạn chế: chỉ chuyển một vài gen nhất định
. Những gen được chuyển nằm sát chỗ phage gắn vào
. Chỉ prophage kiểu l thực hiện
. Do kết quả sự cắt sai của prophage khi tách khỏi NST của tế bào chủ
Ứng dụng của tải nạp
•Xác định bản đồ gen di truyền của VK
•Tạo ra các chủng VK kháng thuốc
•Dùng trong điều trị bệnh
•Tạo ra các vi sinh vật biến đổi gen
•Dùng thực khuẩn tiêu diệt VK
•Trong sản xuất vaccin tái tổ hợp
Yếu tố di truyền vận động
Đoạn chèn (insertion sequence, IS) Gen nhảy (transposon)
. Là một đoạn DNA của vi khuẩn di chuyển từ một vị trí trên nhiễm sắc thể đến vị trí mới trên cùng nhiễm sắc thể hoặc trên nhiễm sắc thể khác
. Khi xen vào giữa gene, yếu tố IS làm gián đoạn trình tự mã hóa và làm bất hoạt sự biểu hiện của gene
. Một số trường hợp, có tín hiệu kết thúc phiên mã và dịch mã, yếu tố IS làm cản trở sự biểu hiện ở sau
promotor trong cùng operon
Đoạn chèn
. Yếu tố IS được tìm thấy đầu tiên ở operon gal của E.
coli, chia làm bốn nhóm: IS1, IS2, IS3 và IS4
. Phân bố rải rác trên nhiễm sắc thể chính của vi khuẩn và trên các plasmid
IS1 có khoảng 5-8 bản sao trên nhiễm sắc thể, dài 768 bp IS 6110, 10 bản sao trên nhiễm sắc thể vi khuẩn lao
Đoạn chèn
. Đều chứa đoạn DNA mã hóa cho protein transposase, là enzyme cần thiết cho sự di chuyển của yếu tố IS.
Đoạn gene này nằm giữa 2 đoạn lặp lại đảo ngược (inverted repeat - IR) ngắn.
IS1 có IR có kích thước 18-23 bp
Các yếu tố IS riêng lẻ không chỉ có khả năng tự di chuyển mà khi hai yếu tố này nằm đủ gần nhau thì chúng có thể vận động như một đơn vị hoàn chỉnh và mang theo các gene nằm giữa chúng Cấu trúc phức tạp này được gọi là transposon.
Gen nhảy (transposon)
Năm 1951, tại phòng thí nghiệm 'Cold Spring Harbor' ở Long Island (New York) bà Barbara Mc Clintock dựa trên sự biến đổi màu sắc và các biến dị trên phôi của hạt ngô nảy mầm, đã xác định được các yếu tố kiểm soát hiện tượng này : thay đổi vị trí trong genome trong quá trình phát triển phôi và các biến đổi ấy có tác động sâu sắc lên sự biểu hiện của các gen đặc thù. Đó là hiện tượng các gen nhảy. Các đoạn cài chứa một hay nhiều gen có thể di chuyển trên cùng một nhiễm sắc thể hay di chuyển từ nhiễm sắc thể này sang nhiễm sắc thể khác
Transposon
Có hai kiểu transposon ở vi khuẩn