Генетика микробов

Принцип репликонов и состав генома

В основе генетической организации прокариот лежит фундаментальный принцип — наличие элементов, которые могут удваиваться абсолютно самостоятельно. Любой такой генетический элемент, обладающий способностью к автономной репликации (самовоспроизведению), получил название репликона.

Геном микробной клетки представляет собой совокупность этих репликонов. Генетический аппарат микроорганизма включает в себя два принципиально разных типа элементов:

• Бактериальная хромосома — основной и совершенно необходимый элемент.
• Плазмиды — дополнительные генетические единицы.

Вся наследственная информация микроба записана в ДНК, а именно в строгой последовательности ее нуклеотидов. Эта последовательность служит прямой инструкцией, детерминирующей порядок аминокислот при синтезе белков. Единицей информации выступает ген — дискретный участок ДНК с уникальной последовательностью и числом нуклеотидов, который кодирует один конкретный белок.

Бактериальная хромосома: морфология и топология

Именно бактериальная хромосома выступает основным носителем генетических данных в клетке. Хромосома бактерии молекулярно представляет собой одну двухцепочечную молекулу ДНК.

С точки зрения пространственной формы (топологии), молекула чаще всего замкнута. Классическим примером микроорганизма с кольцевой хромосомой является кишечная палочка (Escherichia coli). Однако существуют и исключения: например, бактерия Borrelia burgdorferi обладает линейной хромосомой.

Количество хромосом также является важным признаком. Обычно бактерия довольствуется единственной хромосомой. Но природа предусмотрела исключения: у микроорганизмов рода Brucella (бруцеллы) и у возбудителя холеры (Vibrio cholerae) обнаруживаются сразу две хромосомы.

Независимо от количества и формы, хромосома всегда несет в себе гаплоидный набор генов. Именно в ней закодированы жизненно важные функции — без них микробная клетка просто не способна существовать. Внутри клетки эта ДНК формирует особую компактную структуру, которая называется нуклеоидом.

Масштабы и генетическая емкость

Масса и длина бактериальной хромосомы — величины, наглядно демонстрирующие эволюционное положение микробов. Молекулярная масса варьирует от $3 \times 10^8$ до $2,5 \times 10^9$ Дальтон.

Если измерять размер генетического материала в парах нуклеотидов (п.н.), то средний показатель составляет порядка $3,2 \times 10^6$ п.н. Для сравнения, у типичного представителя — E. coli — хромосома содержит $5 \times 10^6$ пар нуклеотидов.

Интересно рассмотреть эти цифры в сравнительной характеристике:

• Вирусы: обладают значительно меньшим объемом информации (около $10^3$ п.н.).
• Бактерии: занимают промежуточное положение ($10^6$ п.н.).
• Эукариоты: имеют огромные геномы. Например, дрожжи содержат $10^7$ п.н., а человек — внушительные $3 \times 10^9$ п.н.

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Механизмы автономной репликации плазмид
• Процесс компактизации ДНК в нуклеоид
• Отличия транскрипции и трансляции у микробов
• Мутации в гаплоидном геноме и их последствия

Другие темы раздела «Генетика микробов»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.