Организация нуклеоида и отличия от ядра эукариот
Бактериальная клетка не имеет истинного ядра. Его функцию выполняет нуклеоид, располагающийся в центральной зоне цитоплазмы. В норме генетический аппарат представлен всего одной хромосомой. Физически это двунитевая молекула ДНК, замкнутая в кольцо и свернутая наподобие плотного клубка. Исключением является возбудитель болезни Лайма — спирохета Borrelia burgdorferi, у которой молекула ДНК линейная.
Существуют строгие дифференциально-диагностические признаки, отличающие нуклеоид от полноценного ядра эукариотической клетки:
- Отсутствие ядерной оболочки: генетический материал не отграничен мембраной от цитоплазмы.
- Отсутствие ядрышка: внутри структуры нет дополнительных плотных образований.
- Отсутствие гистонов: ДНК не связана с этими основными белками, характерными для эукариот.
При нарушениях и сбоях в процессах клеточного деления нормальное количество генетического материала может меняться: в одной бактериальной клетке может временно находиться четыре и более хромосом.
Методы визуализации генетического аппарата
Изучение генетического аппарата бактерий требует применения специальных методик, так как при использовании простых методов окраски нуклеоид в световой микроскоп не виден. Для его выявления применяют специфические окраски на ДНК: метод Фельгена или окраску по Романовскому—Гимзе.
Наиболее детальную картину дает электронная микроскопия ультратонких срезов:
- На электроннограммах нуклеоид выглядит как светлая (электронно-прозрачная) зона.
- Внутри этой зоны четко различимы фибриллярные (нитевидные) структуры, представляющие собой саму молекулу ДНК.
На примерах различных микроорганизмов структура выглядит по-разному. У грамположительных бактерий (на примере Listeria monocytogenes) визуализируется толстая клеточная стенка, перегородка деления и мезосома, контактирующая с нуклеоидом. У грамотрицательных бактерий (на примере Brucella melitensis) клеточная стенка более тонкая, видна цитоплазматическая мембрана, а сам нуклеоид занимает значительный объем цитоплазмы в виде обширной фибриллярной сети.
Связь нуклеоида с мембранными структурами
ДНК нуклеоида не находится в цитоплазме свободно, она имеет четкие точки фиксации. Определенными участками хромосома связана с цитоплазматической мембраной или с мезосомой (специфической инвагинацией мембраны внутрь клетки).
Эти участки связи имеют критическое функциональное значение. Они выступают своеобразными «якорями», которые активно участвуют в процессе репликации бактериальной хромосомы, а также обеспечивают правильное расхождение дочерних молекул ДНК по новым клеткам во время деления.
Внехромосомные факторы: бактериальные плазмиды
Помимо основного нуклеоида, в бактериальной клетке могут присутствовать плазмиды — автономные генетические элементы. По своей структуре это ковалентно замкнутые кольцевые молекулы ДНК. Их главная биологическая роль заключается в кодировании дополнительных свойств, которые дают бактерии селективное (эволюционное) преимущество в определенных условиях.
Классификация плазмид в зависимости от их функций:
- R-плазмиды: обеспечивают устойчивость (резистентность) микроорганизма к антибиотикам.
- F-плазмиды: контролируют способность клетки к конъюгации, то есть к передаче генетического материала другим бактериям.
- Col-плазмиды: отвечают за продукцию специфических веществ — бактериоцинов (в частности, колицинов), которые необходимы для подавления роста конкурирующей микрофлоры.
Для быстрого запоминания функций плазмид используйте ассоциации: R — Резистентность (антибиотики), F — Фертильность (конъюгация/размножение), Col — Колицины (бактериоцины).
Вопросы с занятий и экзамена
В чем главные отличия нуклеоида от ядра эукариот?
Нуклеоид не имеет ядерной оболочки (мембраны), в нем отсутствует ядрышко, а ДНК не связана с белками-гистонами.
Всегда ли ДНК бактерии имеет кольцевую форму?
В подавляющем большинстве случаев — да. Однако есть исключения: например, у возбудителя болезни Лайма (Borrelia burgdorferi) молекула ДНК имеет линейную форму.
Зачем ДНК бактерии прикрепляется к мезосоме?
Точки фиксации на цитоплазматической мембране или мезосоме необходимы для правильного течения процессов репликации хромосомы и последующего расхождения дочерних нитей ДНК при клеточном делении.
Обязательно ли наличие плазмид для выживания бактерии?
Нет, плазмиды являются внехромосомными элементами. Они не обязательны для базовой жизнедеятельности, но кодируют дополнительные свойства (например, защиту от антибиотиков), дающие преимущество в агрессивной среде.
Что ещё разобрать по теме
- Морфология грамположительных и грамотрицательных бактерий
- Строение и функции цитоплазматической мембраны и мезосом
- Механизмы репликации бактериальной ДНК
- Процесс конъюгации бактерий и роль F-плазмид
- Механизм действия бактериоцинов (колицинов)
Разберите тему целиком в курсе «Микробиология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Нуклеоид и плазмиды бактерий» и ещё 4 383 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 141 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Морфология и классификация микробов»
Бесплатные видеоуроки: микробиологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.