Tài liệu Di truyền vi khuẩn pdf

Đặc trưng di truyền vi khuẩnCơ sở hoá học của di truyền Cũng như các sinh vật đa bào, vi khuẩn lưu trữ các tín hiệu di truyền nhờ thứ tự sắp xếp các nucleotide trên phân tử DNA ở trên ha

Di truyền vi khuẩn

Phạm hùng vân

Các đặc trưng

của di truyền vi khuẩn

Đặc trưng di truyền vi khuẩn

Cơ sở hoá học của di truyền

Cũng như các sinh vật đa bào, vi khuẩn lưu trữ các tín hiệu di truyền nhờ thứ tự sắp xếp các nucleotide trên phân tử DNA (ở trên hay ở ngoài NST)

Đặc trưng di truyền vi khuẩn

Đặc trưng di truyền vi khuẩn

Protein A Protein B

DNA

mRNA

Exon 1 Intron 1 Exon 2 Intron 2 Exon 3

Exon 1 Intron 1 Exon 2 Intron 2 Exon 3

Đặc trưng di truyền vi khuẩn

Đặc trưng di truyền vi khuẩn

Đặc trưng di truyền vi khuẩn

Điều hòa biểu hiện gen

Đặc trưng di truyền vi khuẩn

I P O Z Y A

Gen điều hòa Promoter Operator

Các gen cấu trúc Vùng kiểm soát

Đặc trưng di truyền vi khuẩn

Đột biến

Đột biến – mức độ phân tử

T A

G C

A C

T C

A

A U

C U

A G

Đột biến – mức độ phân tử

C

Đột biến sai nghĩa

A U

G A

T A

G C

T A

C T

C A

U G

A G

Đột biến – mức độ phân tử

Đột biến vô nghĩa

A U

C U

U

T A

G C

A C

A

T

C A

T

G U

Đột biến – mức độ phân tử

A

T A

G C

A C

T C

A

A U

C U

A G

Đột biến – mức độ phân tử

Nguyên nhân đột biến

Xãy ra ngẫu nhiên do sơ sót trong qua trình nhân đôi DNA

Gây ra do các mutagens là các chất hóa học hay các tác nhân vật lý gây đột biến

Đột biến – mức độ phân tử

Các Mutagen Tác động Hiệu quả đột biến

Các chất hóa học

Ethyl (hay methyl) methanesulfonate

Hydroxylamine

N-methyl-N’-nitro-N-nitroguanidine

Nitrous acid

Alkylation purine và sau đó là depurination

Biến cytosine thanh aminocytosine

hydroxy-Alkylation guanine Deamination; biến cytosine thành uracyl và adenine thành hypoxanthine

G-C A-T transitions; transversions G-C A-T transitions

G-C A-T transitions G-C A-T transitions

Tác nhân khác

Tia cực tím

Acridine, ethidium bromide

Tạo các dimer pyrimidine-pyrimidine Chèn vào mạch đôi

G-C A-T transitions; lệch khung Lệch khung

Đột biến – mức độ phân tử

Cơ chế tự sửa sai

Cắt sửa sai: Pyrimidine dimer (do UV) sẽ bị nhận diện và đoạn mạch đơn mang dimer sẽ bị men UrvABC

endonuclease nhận diện và bị cắt bỏ Men DNA

polymerase I và men ligase sẽ vá lại đoạn bị cắt bỏ

Hoạt hóa ánh sáng: Pyrimidine dimer cũng có thể trở lại bình thường nhờ ánh sáng

Glycosilase: Men Glycosylase cắt bỏ các base không

thiên nhiên Men DNA polymerase I và men ligase sẽ vá lại đoạn bị cắt bỏ

Đột biến – mức độ phân tử

LexA protein RecA protein

(bất hoạt)

Kiềm hãm:

Gene sửa chữa không

được phiên mã

LexA protein RecA protein

được hoạt hóa do DNA

Tính trạng biến mất một thời gian sau khi đột biến xãy ra

Đột biến – mức độ tế bào

Đột biến bớt trên TBVK đa nhân

Đột biến – mức độ quần thể

Chọn lọc đột biến tương đối

Để tự nhiên đột biến được chọn lọc từ dân số vi khuẩn bình thường

Chọn lọc đột biến tuyệt đối

Tạo các môi trường chọn lọc chỉ cho vi khuẩn đột biến phát triển, ngăn cản hay

ức chế các vi khuẩn bình thường

Biến dị tái tổ hợp

Thí nghiệm Griffith (1928, England)

Cơ chế chuyển thể

d e

f

d e

f

A B

42oC 2mins

Sự chuyển nạp (transduction)

Phage bám vào vi khuẩn và

bôm phage DNA vào vk

Phage DNA tự nhân đôi tạo nhiều phage DNA mới

Phage bám vào vk nhận và bôm DNA vk cho vào vk nhận

Gen từ DNA vi khuẩn cho tái tổ hợp vào vi khuẩn nhận

Một số phage chèn DNA vk

Phage DNA mặc áo tạo nhiều

phage mới

Một số phage chỉ

có DNA vk

Chuyển nạp tần số cao

Sự chuyển nạp (transduction)

Phage bám vào vi khuẩn và

bôm phage DNA vào vk

Phage DNA tự nhân đôi tạo nhiều phage DNA mới

Phage bám vào vk nhận và bôm DNA lai cho vào vk nhận

Gen từ DNA vi khuẩn cho tái tổ hợp vào vi khuẩn nhận

Một số phage chèn DNA vk

Phage DNA mặc áo tạo nhiều

phage mới

Một số phage chỉ

có DNA vk

Chuyển nạp hạn chế

Sự giao phối (conjugation)

Vi khuẩn F+ (mang yếu tố F) giao phối với vi khuẩn F- (không mang yếu tố F) sẽ biến F- thành F+

Khi yếu tố F chèn vào NST vi khuẩn, vi khuẩn sẽ thành Hfr

Hfr giao phối với F- sẽ biến F- trở thành vi khuẩn F- tái tổ hợp

Sự giao phối (conjugation)

DNA vừa truyền vừa nhân đôi (transfer replicon)

Plasmid là DNA vòng nằm ngoài NST, làm cho vk có thêm những tính trạng do những gen trên plasmid qui định

Có những plasmid mang gen giúp vk sống được trong điều kiện khắc nghiệt (vd: vk phân hủy dầu)

Có những plasmid mang gen làm vk tăng tính độc (sản xuất độc tố:

độc tố ruột trên E coli, Exfoliative toxin trên S aureus, Neurotoxin trên C tetani, toxin của B

Tầm quan trọng y học của Plasmid R

Gồm hai thành phần: RTF qui định tính truyền R determinant

qui định tính kháng các kháng sinh

Plasmid R có thể được truyên từ vi khuẩn mang sang vi khuẩn nhận trong cùng loài hay khác loài, do vậy đây là nguồn gốc lây lan sự đề kháng kháng sinh

Đề kháng kháng sinh do plasmid R là: (1) đề kháng đa kháng sinh; (2) cơ chế là tiết men phá hủy kháng sinh

Transposon : Gen nhảy

Barbara McClintock khám phá từ thập niên 50

Là các mảnh DNA khoảng 700 – 40.000 cặp base có khả năng nhảy chèn vào các gen trên NST hay từ NST sang Plasmid

Transposon mang trình tự qui định khả năng nhảy

giữa các gen Ngoài ra có thể mang thêm gen qui định tính trạng khác (độc tố, kháng kháng sinh)

Ứng dụng di truyền vi khuẩn trong công nghệ di truyền

Công nghệ di truyềnĐoạn gen mong muốn

Vector

Gen chèn

vào vector

Plasmid NST

Vector mang genđược đưa

vào TB VK

Cấy tăng sinh tế bào

vi khuẩn tái tổ hợp mang gen mong muốn

Thu thập và tinh khiết protein Gặt các vk mang gen lợi

Gen cloning

và các ứng dụng

trong cuộc sống

Làm thế nào có gen mong muốn

Kỹ thuật thấm Southern

1 Bộ gene ADN

Gen nghiên cứu

3 Các phân đoạn ADN kích thước khác nhau

2 Cắt đoạn nhờ RE

5 Biến tính rồi chuyển sang màng nylon

6 Đoạn dò đánh dấu gắn với

chuỗi bổ sung

4 Tách biệt các phân đoạn bằng điện di

7 Phát hiện bằng phóng xạ tự ghi,

enzyme

Làm thế nào có gen mong muốn

Kỹ thuật PCR (polymerase chain reaction)

3

4

n

PCR với đoạn gen mong muốn

PCR

Các thành tựu của công nghệ DT

Trong nông nghiệp, công nghiệp

Tạo các giống cây kháng bệnh

Tạo các chủng vi sinh sản xuất chế phẩm năng suất cao

Tạo các chủng vi sinh làm sạch môi trường…

Ứng dụng di truyền vi khuẩn trong phát hiện vi sinh gây bệnh

Định danh dựa vào kiểu hình sinh vật hóa học

biểu hiện từ các kiểu gen

Xác định dựa vào kích thước đoạn gen hay một trình tự đặc hiệu của đoạn gen

PCR chính là nuôi cấy phân tử khuếch đại đoạn gen

 Tác nhân virus cần phải phát hiện để sớm có biện pháp theo dõi (chẩn đoán sớm SXH), điều trị (viêm gan B, viêm gan

C, HSV), theo dõi hiệu quả điều trị (viêm gan B, viêm gan

C, HIV/AIDS), hay phòng ngừa (H5N1, SARS)

 Tác nhân vi khuẩn nhưng các phương pháp truyền thống không nhạy, không kịp thời (Lao, Chlamydia, Lậu kinh

niên)

 Các tác nhân gây dịch và sẽ không an toàn nếu làm xét

nghiệm với các phương pháp vi sinh truyền thống tại các phòng xét nghiệm lâm sàng chưa có an toàn cấp độ 3

(H5N1, SARS)

Phát hiện và hay định lượng tác nhân vi sinh

vật gây nhiễm trùng trên người và động vật