Функции плазмид и их фенотипические признаки
Хотя бактерия способна выживать и размножаться без плазмид, их наличие дает микроорганизму серьезные бонусы в борьбе за существование. Плазмиды кодируют ряд важных свойств:
- Резистентность: способность противостоять действию антибактериальных препаратов.
- Патогенность: продукция токсинов, факторов адгезии и других молекул вирулентности, помогающих вызывать заболевания.
- Антагонизм: выработка бактериоцинов (например, колицинов), которые подавляют рост конкурирующих микроорганизмов.
- Метаболические особенности: способность ферментировать или расщеплять сложные органические молекулы.
- Системы защиты: синтез ферментов рестрикции и модификации, защищающих ДНК.
Репликация, копийность и совместимость
Процесс удвоения плазмидной ДНК протекает независимо от бактериальной хромосомы, однако использует ферментативный аппарат самой клетки-хозяина.
По механизму контроля репликации выделяют два типа плазмид:
- Со строгим контролем: их удвоение синхронизировано с циклом деления хромосомы. В результате в клетке поддерживается низкая копийность (всего 1–2 копии плазмиды).
- Со слабым контролем: реплицируются относительно свободно, благодаря чему их копийность высока и может достигать от 10 до 200 штук на одну бактерию.
Важным понятием является совместимость репликонов. Две разные плазмиды считаются несовместимыми и не могут стабильно сосуществовать в одной клетке, если у них очень похожи механизмы регуляции репликации (они начинают конкурировать). Если же механизмы контроля разные, плазмиды совместимы и могут находиться в цитоплазме одновременно.
Горизонтальный перенос (Трансмиссивность)
Плазмиды играют ключевую роль в обмене генетической информацией между бактериями. По способности к переносу они делятся на две группы:
- Трансмиссивные (конъюгативные): это обычно крупные молекулы ДНК, содержащие специальный tra-оперон. Эти гены отвечают за синтез половых пилей и образование конъюгационного мостика, через который копия плазмиды передается реципиентной клетке.
- Нетрансмиссивные (мобилизуемые): мелкие плазмиды без tra-оперона. Самостоятельно они передаваться не способны. Их перенос возможен (мобилизация) только в том случае, если в этой же клетке присутствует трансмиссивная плазмида, предоставляющая свой аппарат для конъюгации.
Медицинское значение плазмид
В клинической практике наличие плазмид у бактерий определяет тяжесть инфекции и сложность её лечения.
- R-плазмиды (от Resistance): несут гены ферментов, инактивирующих антибиотики. Приобретение такой плазмиды может сделать бактерию устойчивой сразу к нескольким классам препаратов. Именно R-плазмиды, часто являясь трансмиссивными, отвечают за быстрое распространение множественной лекарственной устойчивости и формирование возбудителей внутрибольничных инфекций.
- Плазмиды патогенности: детерминируют факторы вирулентности. Они характерны для возбудителей чумы, сибирской язвы, дизентерии (Шигеллы), иерсиниозов, боррелиоза. У кишечной палочки (E. coli) выделяют, например, Ent-плазмиду (отвечает за энтеротоксин) и Hly-плазмиду (синтез гемолизина).
- Бактериоциногенные (например, Col-плазмиды): кодируют яды против бактерий других штаммов, обеспечивая преимущество при захвате ниши.
Вопросы с занятий и экзамена
В чем отличие эписомы от обычной плазмиды?
Эписома — это плазмида, способная к обратимой интеграции. Она может находиться автономно в цитоплазме, а может встраиваться в бактериальную хромосому и реплицироваться вместе с ней как единый репликон.
Как R-плазмиды защищают бактерию от антибиотиков?
Они содержат гены, на матрице которых синтезируются ферменты, способные разрушать или химически инактивировать молекулы антибактериальных препаратов.
Что такое tra-оперон и зачем он нужен?
Это комплекс генов, присутствующий у конъюгативных плазмид. Он кодирует аппарат переноса (включая половые пили), необходимый для передачи ДНК от одной бактерии к другой.
Что ещё разобрать по теме
- Механизмы репликации ДНК у прокариот
- Процесс бактериальной конъюгации
- Ферменты рестрикции и модификации
- Виды бактериальных токсинов и факторов вирулентности
- Использование плазмид в качестве векторов в генной инженерии
Разберите тему целиком в курсе «Микробиология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Плазмиды» 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 «Генетика микробов»
Бесплатные видеоуроки: микробиологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.