Популяционная генетика бактерий.

Популяция микроорганизмов – это совокупность особей одного вида, относительно длительно обитающих на определённой территории (в биотопе). Совокупность генов всех популяций одного вида микроорганизмов составляет их генофонд. Популяции микроорганизмов гетерогенны и полиморфны, то есть состоят из смеси особей, клонов, вариантов, отличающихся по большему или меньшему числу признаков. Гетерогенность популяции определяет её приспособленность к различным условиям обитания и создаёт важный для эволюции резерв наследственной изменчивости. Положение отдельных клонов и вариантов бактерий в популяции неодинаково: одни занимают в ней доминирующее положение, другие – субдоминирующее, третьи – минорное, низкочастотное. Структура популяции бактерий динамична во времени. В результате конкуренции и изменений условий обитания доминантные штаммы могут стать минорными, а минорные – доминантными; появляются новые варианты и исчезают исходные.

Популяционная изменчивость подразделяется на 2 типа: модификационную (фенотипическую) и мутационно-рекомбинационную (генотипическую). Модификационный тип реализуется с помощью постоянно действующих механизмов репрессии и индукции структурных генов, не сопровождающихся их перестройкой. Модификации способствуют выживанию бактерий и исчезают после устранения модифицирующего фактора. Материальной основой генотипической популяционной изменчивости являются генетические изменения – мутации и рекомбинации. Частота прямых спонтанных мутаций у бактерий колеблется от 10^-4 до 10^-9 (наиболее часто 10^-6-10^-7), уровень обратных мутаций составляет 10^-7-10^-9. Частота индуцированных мутаций может увеличиваться в сотни раз. Пропорция мутантов к неизменённым клеткам, независимо от количества генераций, постоянна и составляет 2_*10^-8. Это поддерживается частотой обратных мутаций, ведущих к восстановлению исходного генотипа: равновесная пропорция мутантных клеток = уровень мутаций нормальных клеток в мутантные (А-В)/уровень мутаций мутантных клеток в нормальные (В-А).

Возникающие мутанты подвергаются генетической селекции под воздействием внешних факторов, что ведёт к естественному отбору полезных мутаций. Последние создают преимущества в выживании их обладателям. Селекционирующие факторы окружающей среды могут стимулировать у бактерий программированные изменения первичной структуры ДНК – мутации по типу транслокаций, инверсий, делеций. Например, у Neisseria gonоrrhoeae имеется 12 генов, кодирующих 12 типов белка пилина, посредством которого происходит адгезия гонококков на эпителии мочеполового тракта человека. Специфические антитела, блокируя 1 тип белка пилина, передают об этом сигнал внутрь бактериальной клетки, что сопровождается транслокацией генов. При этом ген, кодирующий предшествующий белок пилин, выключается, но включается другой ген, контролирующий синтез пилина иного типа. Смена функционирования генов может происходить также по механизму инверсий. Так, у Salmonella typhi murium смена продукции жгутиковых белков флагеллинов І и ІІ типов происходит вследствие инверсии гена (частота инверсий – 10^-4). Инверсия возникает спонтанно, тогда как действие антител селекционируют мутанты.

Выявление мутантов в популяции бактерий одного вида возможно при визуальном анализе колоний, выросших на плотной питательной среде. При так называемой R-S-диссоциации бактерии одного вида образуют колонии 2 типов (R- и S-колонии). В основе R-S-диссоциации лежат инсерции умеренных фагов или внехромосомных факторов наследственности. Процесс диссоциации обычно идёт в 1 направлении: от S- к R-форме, обратный переход редок. Большинство вирулентных бактерий образуют S-формы колоний. Напротив, токсигенные штаммы коринебактерий дифтерии образуют R-формы бактерий, тогда как нетоксигенные – S-формы.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: