박테리아의 요소입니다. 박테리아 게놈의 구조
박테리아 게놈독립적인 복제가 가능한 유전적 요소로 구성됩니다. 복제물.레플리콘은 세균 염색체그리고 플라스미드.
유전 정보는 단백질의 아미노산 서열을 결정하는 DNA 뉴클레오티드 서열의 형태로 박테리아에 저장됩니다. 각 단백질은 고유한 유전자, 즉 뉴클레오티드 서열의 수와 특이성이 다른 DNA의 개별 영역을 가지고 있습니다.
세균 염색체하나의 이중 가닥 DNA 분자가 원형으로 표현됩니다. 왕국의 다양한 대표자의 박테리아 염색체 크기 원핵과달라지다. 박테리아 염색체는 박테리아 세포의 소형 핵양체를 형성합니다. 박테리아 염색체에는 반수체 유전자 세트가 있습니다. 이는 박테리아 세포에 필수적인 기능을 암호화합니다.
플라스미드박테리아는 이중 가닥 DNA 분자입니다. 이는 박테리아 세포의 생명에 필수적이지는 않지만 불리한 생활 조건에 노출될 때 박테리아에 이점을 제공하는 기능을 암호화합니다.
다른 유기체와 마찬가지로 미생물의 특성은 다음과 같이 결정됩니다. 유전자형, 즉. 특정 개인의 유전자 전체. 미생물과 관련된 "게놈"이라는 용어는 "유전자형"이라는 개념과 거의 동의어입니다.
표현형이는 유전자형과 환경 사이의 상호작용의 결과, 즉 특정 생활 조건에서 유전자형의 발현입니다. 미생물의 표현형은 환경에 따라 다르지만 유전자형에 의해 제어됩니다. 왜냐하면 주어진 세포에 대해 가능한 속형적 변화의 성격과 정도는 DNA의 특정 부분으로 표시되는 유전자 세트에 의해 결정되기 때문입니다. 분자.
가변성의 중심환경 요인에 대한 유전자형 반응의 변화 또는 유전자 돌연변이 또는 재조합의 결과로 유전자형 자체의 변화가 있습니다. 이와 관련하여 표현형 다양성은 유전성과 비 유전성으로 구분됩니다.
비 유전적 (환경, 변형) 다양성은 유전자형 발현에 대한 세포 내 및 외 요인의 영향으로 인해 발생합니다. 수정을 야기한 요인이 제거되면 이러한 변경 사항은 사라집니다.
돌연변이와 관련된 유전적(유전자형) 변이는 돌연변이 변이입니다. 돌연변이의 기본은 DNA의 뉴클레오티드 서열의 변화, 전체 또는 부분 손실, 즉 유전자의 구조적 재배열이 발생하여 표현형적으로 변경된 특성의 형태로 나타납니다.
재조합과 관련된 유전적 변이를 재조합 변이라고 합니다.
모바일 유전 요소.
박테리아 염색체와 플라스미드 모두 박테리아 게놈의 구성에는 다음이 포함됩니다. 모바일 유전 요소.이동 유전 요소에는 삽입 서열과 트랜스포존이 포함됩니다.
끼워 넣다 (삽입) 시퀀스 IS 요소는 레플리콘 사이는 물론 레플리콘의 한 섹션에서 다른 섹션으로 전체적으로 이동할 수 있는 DNA 섹션입니다. 그들은 자신의 움직임에 필요한 유전자만을 포함하고 있습니다 - 전위: 효소를 암호화하는 유전자 전위효소, DNA에서 IS 요소를 제외하고 새로운 유전자좌로 통합하는 과정과 전체 운동 과정을 조절하는 억제 인자의 합성을 결정하는 유전자를 보장합니다.
IS 요소의 특징은 끝에 삽입 시퀀스가 있다는 것입니다. 거꾸로 반복.이러한 역 반복은 효소에 의해 인식됩니다. 전위효소. 트랜스포사제는 전이 요소의 양쪽에 위치한 DNA 가닥에서 단일 가닥 절단을 수행합니다. IS 요소의 원본은 동일한 위치에 유지되며 복제된 복사본은 새 사이트로 이동됩니다.
이동성 유전 요소의 이동을 일반적으로 복제 또는 불법 재조합이라고 합니다. 그러나 박테리아 염색체 및 플라스미드와 달리 이동성 유전 요소는 독립적인 레플리콘이 아닙니다. 그 이유는 이들의 복제가 그들이 위치한 레플리콘의 DNA 복제에 필수적인 요소이기 때문입니다.
여러 종류의 IS 요소가 알려져 있으며, 크기와 역전된 반복의 유형 및 수가 다릅니다.
트랜스포존- IS 요소와 동일한 특성을 갖지만 구조 유전자, 즉 독성과 같은 특정 생물학적 특성을 갖는 분자의 합성을 제공하거나 항생제에 대한 내성을 제공하는 유전자를 갖는 DNA 세그먼트입니다.
레플리콘을 따라 이동하거나 레플리콘 사이에서 이동하는 유전 요소는 다음을 유발합니다.
1. 이동한 DNA 부분의 유전자가 통합되어 비활성화됩니다.
2. 유전 물질의 손상 형성.
3. 레플리콘 융합(Replicon fusion), 즉 플라스미드를 염색체에 삽입하는 것.
4. 박테리아 개체군의 유전자 분포. 이는 개체군의 생물학적 특성 변화, 전염병 병원균의 변화를 초래할 수 있으며 미생물 간의 진화 과정에도 기여합니다.
박테리아 게놈의 변화, 결과적으로 박테리아의 특성 변화는 돌연변이와 재조합의 결과로 발생할 수 있습니다.
고등 유기체, 종양 유전자 등이 발견되었습니다. (이동 유전 요소 참조).
박테리아의 요소와 트랜스포존
플라스미드 및 파지(쉽게 통합됨)와 함께 트랜스포존은 매우 먼 박테리아 종 사이에 포함된 다양한 유전자를 교환할 수 있으므로 레크에 대한 적응을 포함하여 박테리아의 진화에 매우 중요한 역할을 합니다. . 당신과 그들의 새로운 독소 생산.
트랜스포존과 15개 요소는 박테리아의 다양한 유전 현상을 담당합니다. 유전자에 전이 가능한 요소를 삽입하면 해당 요소가 비활성화될 수 있습니다. 또한 일부 IS 요소와 트랜스포존은 요소 근처의 위치 근처에서 유전적 불안정성을 유발하고 삭제 및 반전 빈도가 눈에 띄게 증가하며 재배열 경계 중 하나는 항상 IS의 끝 중 하나와 일치합니다. 15개 요소로 구성된 자율적이거나 트랜스포존의 일부입니다. 모바일 요소도 전위를 유발할 수 있습니다. 실제로, 서로 어느 정도 거리에 위치한 두 개의 IS 요소는 트랜스포존으로 간주될 수 있으며, 그러한 트랜스포존은 실제로 단일 단위로 이동할 수 있지만 적어도 일부 IS 요소의 경우 그러한 이동 빈도가 복합 구조는 측면 IS 요소 사이의 거리가 증가함에 따라 급격히 감소합니다.
비슷한 역설. 이 문제는 플라스미드와 이동 유전 요소 모두 유전 물질의 대부분에 대해 비교적 자율성을 갖고 있으므로 특별한 유전 환경에 사는 일종의 유기체로 간주될 수 있다는 점을 기억함으로써 해결할 수 있습니다. 따라서 플라스미드, IS 요소 및 트랜스포존의 기능은 숙주 박테리아에 가져오는 이점의 관점이 아니라 박테리아 개체군에서 자체 유지의 관점에서 고려할 수 있습니다. 이기적인 DNA의 원핵생물의 자율적 요소를 고려하여 첫 번째 차례의 자체 복제를 제공할 수 있습니다. 이런 의미에서. 이동 요소와 플라스미드는 바이러스에 직접적으로 인접해 있으며 이기적인 경향이 분명합니다.
어떤 유전자가 유용하고 이동 요소에 포함됩니까? 각 박테리아 세포는 환경에 잘 적응하고 이미 가지고 있는 유전자와 유사한 유전자가 필요하지 않으며 환경에 대한 적응을 보장하기 때문에 이는 유휴 질문이 아닙니다. 환경. 반면에 완전히 새로운 환경에 적응하려면 특히 다양한 유전자의 공동 적응을 포함하여 세포 유전 물질의 상대적으로 중요한 재배열이 필요한 것으로 보입니다. 따라서 세포는 특정 조건에서 이 유전자 자체가 박테리아에 유익할 수 있는 경우에만(트랜포존의 일부로) 유전자 획득을 통해 선택적인 이점을 얻을 수 있습니다. 즉, 트랜스포존에 유익한 것이 바로 이러한 유전자입니다. 그들의 구성에 포함됩니다. 실제로 중금속 및 항생제를 포함한 다양한 박테리아 독에 대한 저항성 유전자, 트랜스포존을 통해 이동하는 유전자, 예를 들어 특이한 대사 경로의 사용을 허용하는 추가 대사 경로 유전자, 마지막으로 박테리아를 병원성으로 만드는 일부 독소에 대한 유전자 이를 통해 귀하의 라이프 스타일을 크게 바꿀 수 있습니다.
| 쌀. 15.13. 헤테로듀플렉스의 전자현미경 검사를 통한 트랜스포손의 식별. 트랜스포존을 가시화하기 위해 야생형 박테리아(B)와 트랜스포존을 운반하는 박테리아(A)의 DNA를 가열하여 이중 나선 사슬을 분리(용융)시킵니다. 이후 혼합물을 천천히 냉각시키면 개별 DNA 가닥 A와 B의 상보적인 염기 쌍이 형성되어 DNA 이종이중체가 형성됩니다. 트랜스포존의 끝 부분에 반대 방향의 상보적인 IS 요소가 있는 경우 이 영역도 쌍을 이루어 줄기를 형성하며, 그 위에 트랜스포존의 중간 부분이 단일 가닥의 루프 형태로 측면으로 돌출됩니다. |
박테리아 트랜스포존은 유사한 구조적 구성을 가지고 있습니다(그림 2.1). 이들 모두는 말단 역전 반복에 의해 제한되며, 길이와 구성은 트랜스포존에 따라 다릅니다(10에서 수백 bp까지). 그러나 특정 트랜스포존의 경우 이는 고유한 상수입니다. 즉, 다른 위치에 도입될 때 변경되지 않습니다. 박테리아 트랜스포존의 특징은 수용자 DNA(표적 DNA)의 직접 반복에 의해 양쪽 끝이 묶여 있다는 사실입니다. 이러한 반복의 길이는 5bp에서 9bp까지 다양하지만 특정 요소의 경우 일정합니다. 반복의 뉴클레오티드 서열은 요소의 위치에 따라 결정됩니다. 독립적인 기원의 부위에서 트랜스포존은 다른 구성의 반복이 옆에 있습니다.
트랜스포손으로 인한 돌연변이. 박테리아의 유전학에서는 트랜스포존을 이용하여 돌연변이를 얻는 방법이 점점 더 중요해지고 있다. 트랜스포존(Tn)은 2000개 이상의 염기쌍으로 구성된 짧은 DNA 이중 가닥으로 일반적으로 하나의 항생제, 예외적인 경우 여러 항생제에 대한 내성을 유발합니다. 트랜스포존은 게놈의 한 영역에서 다른 영역으로, 특히 특정 항생제에서 다른 영역으로 이동할 수 있습니다. 이러한 방식으로 박테리아 염색체가 플라스미드로 바뀌었다가 다시 게놈의 다양한 부분에 포함될 수 있습니다(섹션 15.3.1 참조).트랜포존이 염색체의 구조 유전자에 도입되면 이 유전자의 뉴클레오티드 서열이 파괴됩니다. 유전 정보는 기능적인 완전한 폴리펩티드로 번역될 수 없습니다. 삽입 돌연변이가 나타납니다.
위에서 모바일 요소가 현지화 사이트 근처에서 유전적 불안정성을 유발한다고 언급했습니다. 이 특징은 이미 알려진 IS 요소와 박테리아의 트랜스포손의 특성으로 쉽게 설명됩니다. 도 80은 Tn3 유형의 트랜스포존이 하나의 레플리콘 내에서 이동할 때 어떤 일이 발생하는지 보여줍니다. 복제 전치 메커니즘을 사용합니다. 표적 DNA에 절단이 어떻게 도입되는지에 따라 트랜스포존 위치와 이동 표적 사이의 유전 물질이 삭제되거나 반전됩니다. 실제로 결실의 형성은 공적분 붕괴 과정과 유사하지만 생성된 DNA 분자 중 하나에 복제 기원이 없으므로 손실됩니다. 반전이 발생하면 두 경계 모두에 서로에 대해 반전된 방향의 트랜스포존 사본이 있습니다. 따라서 삭제 및 역전의 형성은 전치의 복제 메커니즘의 특징입니다.
보존을 보장하는 세균 전이 요소의 핵심 특성은 레플리콘에서 레플리콘으로 이동하는 능력입니다. 박테리아에 전달 가능하고 동원 가능한 플라스미드가 존재하면 트랜스포존과 IS 요소가 플라스미드에서 플라스미드로 또는 염색체에서 플라스미드로 이동할 수 있을 뿐만 아니라 플라스미드의 일부로서 세포에서 세포로 이동할 수도 있습니다. 이러한 방식으로 이동성 요소는 숙주에게 어떤 이점도 제공하지 않더라도 박테리아 개체군 전체에 퍼질 수 있습니다. 이와 관련하여 전치에 대한 면역 현상을 언급할 가치가 있습니다. 많은 트랜스포손과 IS 요소는 자신이 위치한 레플리콘의 새로운 위치보다 새로운 레플리콘으로 이동할 가능성이 훨씬 더 높습니다. 이 특성의 분자 메커니즘은 아직 밝혀지지 않았지만 최대 레플리콘 수에 걸쳐 전이 가능한 요소의 분포를 촉진한다는 것은 분명합니다.
서로 다른 레플리콘에 위치한 동일한 IS 요소와 트랜스포존은 상동성 재조합을 촉진하여 공적분체를 형성할 수 있습니다. 이러한 방식으로 일부 플라스미드가 박테리아 염색체에 가역적으로 통합되어 유전 물질의 중요한 단편이 즉시 추가됩니다(그림 82). 박테리아 염색체에 삽입되어 거기에서 잘라낼 수 있는 플라스미드를 에피솜이라고 합니다. 때때로 에피솜 절제는 통합이 발생한 IS 요소와 다른 IS 요소 쌍에서 발생할 수 있습니다. 이 경우 플라스미드는 염색체 물질의 일부와 DNA의 일부를 포착할 수 있습니다.
통합된 독소 유전자가 있는 변형된 Tn5 트랜스포존을 운반하는 플라스미드를 야생형 Tn5 트랜스포존이 염색체 DNA에 삽입된 박테리아에 도입했습니다.
많은 박테리아에서 비염색체 유전 플라스미드 요소, 온대 파지 및 이동성 요소(트랜스포손 및 15 요소)가 발견되었습니다. 플라스미드는 비염색체 상태에서 안정적으로 존재하는 것이 특징입니다. 트랜스포손과 15개 요소는 일반적으로 염색체의 일부이지만 염색체에서 플라스미드로 이동할 수 있으므로 비염색체 유전 요소로 분류될 수도 있습니다.
트랜스포존은 복제를 위한 유전자의 마커 역할을 할 수 있습니다. 알려진 바와 같이, 박테리아의 염색체 유전자를 복제할 때 염색체 DNA의 통합된 단편을 운반하는 플라스미드 중 어느 것이 연구자가 관심 있는 유전자를 포함하는지 확인하는 간단한 방법이 없다는 사실로 인해 때때로 어려움이 발생합니다. 때때로 이 문제는 먼저 트랜스포존이 포함되어 있거나 근처에 위치한 이 유전자의 돌연변이를 분리함으로써 해결될 수 있습니다.
원핵세포와 진핵세포의 염색체 DNA에는 1940년 B McClintock이 옥수수에서 처음 발견한 제어 또는 소위 "점핑" 이동 유전자인 트랜스포손(Tn)도 포함되어 있습니다. 이들은 영향을 받는 다른 유전자와 상당한 거리에 위치합니다. "트랜스포존 폭발"이라고 불리는 돌연변이, 유전 요소의 거대하고 어느 정도 방향성 있는 이동이 가능합니다. 트랜스포존은 복사본 중 하나의 형태로 복제하고 게놈의 새로운 위치에 삽입(삽입)할 수 있습니다. (핵심 DNA) 박테리아에서 트랜스포존의 주요 부분은 효소를 암호화합니다.
5.1. 박테리아 게놈의 구조
유전 정보는 단백질의 아미노산 서열을 결정하는 DNA 뉴클레오티드 서열의 형태로 박테리아에 저장됩니다(DNA의 구조는 섹션 3.1에 설명되어 있고 그림 3.1에 표시됨).
각 단백질에는 고유한 유전자가 있습니다. 뉴클레오티드 서열의 수와 특이성이 다른 DNA의 개별 영역.
박테리아의 모든 유전자의 집합체를 게놈이라고 합니다. 게놈의 크기는 뉴클레오티드 염기쌍(bp)의 수에 의해 결정됩니다. 박테리아 게놈에는 반수체 유전자 세트가 있습니다. 박테리아 게놈은 독립적인 복제(번식)가 가능한 유전적 요소로 구성됩니다. 복제물. 레플리콘은 박테리아 염색체와 플라스미드입니다.
5.1.1. 세균 염색체
박테리아 염색체는 하나의 이중 가닥 DNA 분자로 표시됩니다. 도메인의 다양한 대표자의 박테리아 염색체 크기 원핵과달라지다. 예를 들어, 대장균박테리아 염색체에는 4.7x10 6 bp가 포함되어 있습니다. 여기에는 약 4300개의 유전자가 포함되어 있습니다. 비교를 위해 바이러스 DNA의 크기는 약 10 3 bp, 효모는 10 7 bp, 인간 염색체 DNA의 전체 길이는 3x10 9 bp입니다.
세균 염색체 대장균 1개의 원형 DNA 분자로 표시됩니다. 다른 많은 박테리아에도 하나의 고리 염색체가 있습니다. 시겔라 종, 살모넬라 종, P. aeruginosa, B. subtilus.그러나 이 게놈 구조는 보편적이지 않습니다. 일부 박테리아, 특히 V. 콜레라, L. 인터로간스, 브루셀라 spp.,가지다
두 개의 고리 염색체가 있습니다. 다른 여러 박테리아에서는 (B. burgdorferi, Streptomyces spp.)선형 염색체가 발견되었습니다.
박테리아 염색체는 박테리아 세포의 소형 핵양체를 형성합니다. 이는 박테리아 세포에 필수적인 기능을 암호화합니다.
5.1.2. 세균성 플라스미드
플라스미드는 크기가 103~106bp인 이중 가닥 DNA 분자입니다. 고리 모양이거나 선형일 수 있습니다. 플라스미드는 박테리아 세포의 생명에 필수적이지는 않지만 불리한 생활 조건에 노출될 때 박테리아에 이점을 주는 기능을 암호화합니다.
플라스미드에 의해 박테리아 세포에 전달되는 표현형 특성은 다음과 같습니다.
항생제 내성;
병원성 인자 생산;
항생 물질을 합성하는 능력
콜리신의 형성;
복잡한 유기 물질의 분해;
제한 및 변형 효소의 형성. 플라스미드 복제는 염색체 c와 독립적으로 발생합니다.
박테리아 염색체의 복제를 수행하는 동일한 효소 세트의 참여(섹션 3.1.7 및 그림 3.5 참조).
일부 플라스미드는 엄격한 통제하에 있습니다. 이는 복제가 염색체 복제와 결합되어 각 박테리아 세포가 하나 또는 적어도 여러 개의 플라스미드 사본을 포함한다는 것을 의미합니다.
약한 통제하에 있는 플라스미드의 사본 수는 박테리아 세포당 10~200개에 달할 수 있습니다.
플라스미드 레플리콘을 특성화하기 위해 일반적으로 호환성 그룹으로 나뉩니다. 플라스미드 비호환성은 두 플라스미드가 동일한 박테리아 세포에서 안정적으로 유지되지 못하는 것과 관련이 있습니다. 비호환성은 레플리콘의 유사성이 높은 플라스미드의 특징이며, 세포 내 유지는 동일한 메커니즘에 의해 조절됩니다.
세균 염색체에 가역적으로 통합되어 단일 레플리콘으로 기능할 수 있는 플라스미드를 플라스미드라고 합니다. 통합적인또는 에피솜.
한 세포에서 다른 세포로 전달될 수 있고 때로는 다른 분류 단위에 속할 수도 있는 플라스미드를 플라스미드라고 합니다. 전염성 (공액)전염성은 플라스미드 전달을 담당하는 유전자를 결합한 트라-오페론을 갖는 대형 플라스미드에만 내재되어 있습니다. 이들 유전자는 성필리(sex pili)를 암호화하며, 이는 전염성 플라스미드를 포함하지 않는 세포와 다리를 형성하고 이를 통해 플라스미드 DNA가 새로운 세포로 전달됩니다. 이 과정을 동사 변화(섹션 5.4.1에서 자세히 논의됩니다). 전염성 플라스미드를 운반하는 박테리아는 "수컷" 사상 박테리오파지에 민감합니다.
tra 유전자를 보유하지 않는 작은 플라스미드는 스스로 전달될 수 없지만 접합 장치를 사용하여 전달 가능한 플라스미드가 있는 경우 전달이 가능합니다. 이러한 플라스미드를 플라스미드라고 합니다. 동원,그리고 프로세스 자체 - 동원비전달성 플라스미드.
의료 미생물학에서 특히 중요한 것은 R-플라스미드(영어에서 유래)라고 불리는 항생제에 대한 박테리아 저항성을 제공하는 플라스미드입니다. 저항 -반작용) 및 거대 유기체에서 감염 과정의 발달에 기여하는 병원성 요인의 생성을 보장하는 플라스미드. R-플라스미드는 항균 약물(예: 항생제)을 파괴하는 효소의 합성을 결정하는 유전자를 포함합니다. 이러한 플라스미드의 존재로 인해 박테리아 세포는 전체 약물 그룹의 작용, 때로는 여러 약물에 대한 내성(저항성)을 갖게 됩니다. 많은 R-플라스미드는 전염성이 있어 박테리아 개체군 전체에 퍼지므로 항균 약물의 효과에 접근할 수 없습니다. R-플라스미드를 운반하는 박테리아 균주는 병원 내 감염의 원인이 되는 경우가 매우 많습니다.
병원성 인자의 합성을 결정하는 플라스미드는 현재 인간 감염성 질병의 원인이 되는 많은 박테리아에서 발견되었습니다. Shigellosis, yersiniosis, 전염병, 탄저병, ixodid borelliosis 및 장내 Escherichiosis 병원체의 병원성은 병원성 플라스미드의 존재 및 기능과 관련이 있습니다.
일부 박테리아 세포에는 다른 박테리아에 대한 살균제 합성을 결정하는 플라스미드가 포함되어 있습니다.
물질 구덩이. 예를 들어 일부 대장균대장균군에 대한 살균 활성을 갖는 콜리신의 합성을 결정하는 Col 플라스미드를 보유하고 있습니다. 그러한 플라스미드를 운반하는 박테리아 세포는 생태적 틈새를 식민지화하는 데 이점이 있습니다.
플라스미드는 인간 활동, 특히 대량의 생물학적 활성 물질을 생산하는 특수 재조합 박테리아 균주를 구성하는 유전 공학에서 사용됩니다(6장 참조).
5.1.3. 이동 유전 요소
이동 유전 요소는 박테리아 염색체와 플라스미드 모두에서 박테리아 게놈에서 발견됩니다. 이동 유전 요소에는 삽입 서열과 트랜스포존이 포함됩니다.
끼워 넣다 (삽입) 시퀀스 - IS 요소(영어에서. 삽입 순서)- 이것은 레플리콘의 한 섹션에서 다른 섹션으로, 그리고 레플리콘 사이에서 전체적으로 이동할 수 있는 DNA 섹션입니다. IS 요소의 크기는 1000bp입니다. 자신의 움직임에 필요한 유전자만 포함합니다. 전치: DNA에서 IS 요소를 제외하고 새로운 유전자좌로 통합하는 과정을 보장하는 효소 트랜스포사제를 코딩하는 유전자와 IS의 합성을 결정하는 유전자 운동의 전체 과정을 조절하는 억제자. 이들 유전자는 다음과 같은 위치에 있습니다. 거꾸로 반복이는 전위 효소, 특히 트랜스포사제의 참여로 삽입 서열의 이동을 수반하는 재조합 부위 역할을 합니다.
역 반복은 전이 요소의 양쪽에 위치한 DNA 가닥에서 단일 가닥 절단을 수행하는 효소 전이효소(그림 5.1)에 의해 인식됩니다. IS 요소의 원본은 동일한 위치에 유지되며 복제된 복사본은 새 사이트로 이동됩니다.
이동성 유전 요소의 이동을 일반적으로 복제 또는 불법 재조합이라고 합니다. 그러나 박테리아 염색체나 플라스미드와는 달리 이동성 유전 요소는 독립적인 복제체가 아니며,
쌀. 5.1. IS 요소의 구조 계획 : 1 - 억제 유전자; 2 - 트랜스포사제 유전자; 화살표는 파열 위치를 나타냅니다.
왜냐하면 그들의 복제는 그들이 위치한 레플리콘의 DNA 복제에 필수적인 요소이기 때문입니다.
IS 요소는 크기, 유형 및 반전된 반복 횟수가 다양합니다.
트랜스포존 -이들은 IS 요소와 동일한 특성을 갖지만 구조 유전자를 포함하는 DNA 세그먼트입니다. 독성과 같은 특정 생물학적 특성을 갖거나 항생제에 대한 저항성을 제공하는 분자의 합성을 제공하는 유전자.
레플리콘을 따라 또는 레플리콘 사이에서 이동성 유전 요소의 이동은 다음을 유발합니다.
이동한 DNA 부분의 유전자가 통합되어 비활성화됩니다.
유전 물질에 대한 손상 형성;
레플리콘 융합, 즉 플라스미드를 염색체에 통합시키는 것;
박테리아 개체군에서 유전자의 확산은 개체군의 생물학적 특성 변화, 전염병 병원체의 변화로 이어질 수 있으며 미생물 간의 진화 과정에도 기여합니다.
5.1.4. 인테그론
플라스미드와 이동 유전 요소 외에도 박테리아에는 유전자 확산을 촉진하는 또 다른 시스템인 인테그론 시스템이 있습니다. 인테그론이라고 불리는 작은 DNA 요소를 포착하는 시스템입니다. 유전자 카세트,부위별 재조합과 그 발현을 통해
인테그론은 5" 말단에 위치한 보존된 영역으로 구성되며, 여기에는 재조합 부위인 효소 인테그라제를 코딩하는 유전자가 포함되어 있습니다. att및 프로모터 P(그림 5.2).
카세트는 두 가지 형태로 존재할 수 있습니다: 선형, 카세트가 인테그론으로 통합된 경우, 작은 원형 이중 가닥 DNA 형태. 카세트의 크기는 260~1500bp입니다. 이들은 주로 1개의 항생제 내성 유전자와 3" 말단에 위치한 59개의 염기쌍으로 구성된 재조합 부위를 함유하고 있습니다.
Integrase는 59bp 사이트 사이에서 재조합을 수행합니다. 카세트와 플롯 att인테그론, P 인테그론 프로모터로부터 발현될 수 있는 방향으로 카세트 유전자를 인테그론에 통합합니다. 카세트를 인테그론에 통합하는 것은 가역적 프로세스입니다. 인테그론은 염색체와 플라스미드 모두에 위치할 수 있습니다. 따라서 카세트가 하나의 박테리아 세포 내에서 그리고 박테리아 개체군 전체에서 하나의 통합체에서 다른 통합체로 이동할 수 있습니다. 단일 인테그론은 여러 항생제 내성 카세트를 캡처할 수 있습니다. 변경 사항
쌀. 5.2.인테그론 구조: attI- 인테그론 재조합 부위; 인티- 유전자 코딩 통합효소; P - 프로모터; attC- 항생제 내성 카세트의 재조합 부위
박테리아 게놈, 즉 박테리아의 특성은 돌연변이와 재조합의 결과로 발생할 수 있습니다.
5.1.5. 병원성의 섬
병원성 박테리아의 게놈(8장 참조)에는 G-C 뉴클레오티드 염기쌍 구성이 주요 게놈과 다른 길이가 최소 10,000개 뉴클레오티드 쌍인 DNA 섹션이 있습니다. 이 영역은 숙주 신체에서 병리학적 과정의 발달을 보장하는 병원성 요인의 합성을 담당하므로 병원성 섬이라고 불립니다. 병원성 섬은 일반적으로 DNA 서열 또는 IS 요소의 직접 반복이 옆에 있습니다. 일부는 tRNA 유전자 근처에 위치한 통합 부위의 특징적인 영역을 포함합니다. 대부분의 병원성 섬은 박테리아 염색체에 국한되어 있습니다. (살모넬라),그러나 그들은 또한 플라스미드의 일부일 수도 있습니다 (시겔라)그리고 파지 DNA (V. 콜레라 O1, O139).
5.2. 박테리아의 돌연변이
돌연변이는 박테리아 세포의 형태 변화, 아미노산, 비타민과 같은 성장 인자에 대한 요구 사항의 출현과 같은 표현형을 초래하는 개별 DNA 뉴클레오티드 서열의 변화입니다. 영양요구성, 항생제 내성, 온도 민감도 변화, 독성 감소(약독화) 등
기능 상실을 초래하는 돌연변이를 직접 돌연변이라고 합니다. 돌연변이는 원래 속성의 복원을 경험할 수 있습니다. 반전(영어에서. 뒤집다 -뒤쪽에). 원래의 유전자형이 복원되면 유전자형과 표현형을 복원하는 돌연변이를 역방향 또는 직접형이라고 합니다. 전도.돌연변이가 유전자형을 복원하지 않고 표현형을 복원하는 경우 이러한 돌연변이를 호출합니다. 진압기.억제 돌연변이는 일차 돌연변이가 발생한 동일한 유전자 내에서나 다른 유전자 내에서 모두 발생할 수 있거나 tRNA의 돌연변이와 연관될 수 있습니다.
DNA 손상의 변화 정도에 따라 점돌연변이를 구분하며, 손상이 1개로 제한되는 경우
한 쌍의 뉴클레오티드 및 확장 또는 수차. 후자의 경우 여러 뉴클레오티드 쌍의 손실이 관찰될 수 있습니다. 삭제,뉴클레오티드 쌍의 추가, 즉 중복염색체 조각의 움직임, 전위그리고 뉴클레오티드 쌍의 재배열 - 반전.
돌연변이는 다음과 같을 수 있습니다. 즉흥적으로, 즉외부 영향 없이 자발적으로 발생하며, 유도.
자발적인 포인트돌연변이는 질소 염기에서 전자의 호변체 이동과 관련된 DNA 복제 중 오류의 결과로 발생합니다.
예를 들어, 티민(T)은 일반적으로 케토 형태로 발견되며, 아데닌(A)과 수소 결합을 형성할 수 있습니다. 그러나 DNA 복제 중 염기쌍 형성 과정에서 티민이 에놀 형태로 전환되면 구아닌과 쌍을 이룹니다. 그 결과, 새로운 DNA 분자에서는 이전에 A-T 쌍이 있던 자리에 G-C 쌍이 나타납니다.
자발적인 염색체 이상은 이동성 유전 요소의 이동으로 인해 발생합니다. 유도된 돌연변이는 외부 요인의 영향으로 나타납니다. 돌연변이 유발 물질.돌연변이원은 물리적(자외선, γ-방사선), 화학적(퓨린 및 피리미딘 염기의 유사체, 아질산 및 그 유사체 및 기타 화합물) 및 생물학적 트랜스포손일 수 있습니다.
퓨린 및 피리미딘 염기의 유사체(예: 2-아미노퓨린, 5-브로모우라실)는 뉴클레오티드에 포함되어 DNA에 포함되지만 호변이성체 변형으로 인해 "잘못된" 파트너와 쌍을 이룰 가능성이 훨씬 더 높으며 결과적으로 퓨린과 다른 퓨린(A-D) 또는 피리미딘과 다른 피리미딘(T-C). 퓨린을 다른 퓨린으로, 피리미딘을 다른 피리미딘으로 바꾸는 것을 이행.
아질산과 그 유사체는 질소 염기의 탈아미노화를 유발하여 페어링 중에 오류가 발생하고 결과적으로 전이가 발생합니다. 탈아미노화의 결과로 아데닌은 하이포잔틴으로 전환되고, 이는 시토신과 쌍을 이루어 AT-GC 전이를 유발합니다. 구아닌은 탈아미노화되면 크산틴으로 변하는데, 이는 여전히 시토신과 짝을 이룹니다. 따라서 구아닌의 탈아미노화에는 돌연변이가 동반되지 않습니다.
아크리딘과 프로플라빈은 DNA 사슬의 인접한 염기 사이에 도입되어 이들 사이의 거리를 두 배로 늘립니다. 복제 중 이러한 공간 변화로 인해 뉴클레오티드가 손실되거나 추가 뉴클레오티드 쌍이 포함되어 결과가 나타날 수 있습니다. 독서 프레임 전환 tRNA. 뉴클레오타이드의 손실이나 포함이 발생한 곳부터 정보가 잘못 읽혀집니다.
UV 조사는 주로 피리미딘 염기에 영향을 미치며 인접한 두 DNA 티민 잔기가 공유 결합될 수 있습니다.
UV 조사에 노출된 박테리아에서는 박테리아 DNA에 조사로 인한 손상이 존재함으로써 부분적으로 교정될 수 있는 것으로 나타났습니다. 배상금시스템 박테리아마다 여러 유형의 복구 시스템이 있습니다. 한 가지 유형의 복구는 빛에서 발생하며 티민 이합체를 절단하는 광활성화 효소의 활동과 관련이 있습니다. 다크 복구(Dark Repair) 동안 DNA 사슬의 결함이 있는 부분이 제거되고 남은 사슬의 주형에 있는 DNA 중합효소를 사용하여 결과적인 간격이 완성되고 리가아제에 의해 사슬에 연결됩니다.
5.3. 박테리아에서의 재조합
유전적 재조합은 서로 다른 유전자형의 두 DNA 사이의 상호작용으로, 두 부모의 유전자를 결합하는 재조합 DNA가 형성되는 것입니다.
박테리아의 재조합 특징은 유성생식과 감수분열의 부재에 의해 결정되며, 그 동안 고등 유기체에서 재조합과 반수체 유전자 세트가 발생합니다. 재조합 과정에서 박테리아는 전통적으로 유전 물질을 전달하는 기증자 세포와 이를 수용하는 수용자 세포로 나누어집니다. 전부는 아니지만 기증자 세포 염색체의 일부만이 수용자 세포에 침투하여 불완전한 접합체가 형성됩니다. 메로접합체.재조합의 결과로, 메로접합체에는 단 하나의 재조합체가 형성되며, 그 유전자형은 주로 수혜자의 유전자형으로 표시되며 기증자 염색체의 단편이 포함되어 있습니다. 상호 재조합체는 형성되지 않습니다.
분자 메커니즘에 따르면 박테리아의 유전자 재조합은 상동성, 부위 특이성, 불법성으로 구분됩니다.
5.3.1. 상동재조합
상동재결합에서는 DNA가 절단되고 재결합되는 과정에서 상동성이 높은 DNA 영역 간에 교환이 발생합니다. 상동재조합 과정은 결합된 유전자의 통제하에 있다. R.E.C.- 유전자로 구성된 시스템 RecA, B, C, D.이들 유전자의 산물은 DNA 가닥을 풀고 방향을 바꾸어 반치아스마(Hemichiasma), 즉 Holiday 구조를 형성하고 또한 Holiday 구조를 절단하여 재조합 과정을 완료합니다.
5.3.2. 부위별 재조합
이러한 유형의 재조합은 유전자의 기능에 의존하지 않습니다. RecA, B, C, D,확장된 DNA 상동성을 요구하지는 않지만, 이를 위해서는 엄격하게 정의된 DNA 서열과 특별한 효소 장치가 필요하며 이는 각 특정 사례에 따라 다릅니다. 이러한 유형의 재조합의 예는 염색체와 플라스미드의 동일한 IS 요소 사이에서 발생하는 박테리아 염색체에 플라스미드의 통합, 람다 파지 DNA가 염색체에 통합되는 것입니다. 대장균.하나의 레플리콘 내에서 발생하는 부위별 재조합도 유전자 활동 전환에 관여합니다. 예를 들어, 살모넬라의 경우 이 과정의 결과로 편모 H-항원의 위상 변화가 발생합니다.
5.3.3. 불법적이거나 복제적인 재조합
불법적이거나 복제적인 재조합은 유전자 기능에 의존하지 않습니다 RecA, B, C, D.이에 대한 예는 레플리콘을 따라 또는 레플리콘 사이에서 이동성 유전 요소의 전이이며, 섹션 5.1.3에서 이미 언급한 바와 같이 이동성 유전 요소의 전치는 DNA 복제를 동반합니다.
박테리아에서의 재조합은 박테리아 간 유전 물질 전달의 마지막 단계이며, 이는 세 가지 메커니즘에 의해 수행됩니다: 접합(박테리아가 접촉할 때,
그 중 하나는 접합 플라스미드를 운반함), 형질도입(박테리오파지 사용), 형질전환(고중합 DNA 사용).
5.4. 박테리아의 유전 정보 전달5.4.1. 동사 변화
직접적인 세포 접촉을 통해 기증자 세포에서 수용자 세포로 유전 물질이 전달되는 것을 접합이라고 하며, 이는 1946년 J. Lederberg와 E. Tatum에 의해 처음 발견되었습니다.
접합에 필요한 조건은 기증자 세포에 전달 가능한 플라스미드가 존재한다는 것입니다. 전염성 플라스미드는 기증자 세포와 수용자 세포 사이에 접합관을 형성하는 섹스 필리(sex pili)를 암호화하며, 이를 통해 플라스미드 DNA가 새로운 세포로 전달됩니다. 플라스미드 DNA를 세포에서 세포로 전달하는 메커니즘은 트라 오페론에 의해 암호화된 특수 단백질이 플라스미드 DNA(플라스미드 DNA라고 함)의 특정 서열을 인식한다는 것입니다. 기원 -시작), 이 서열에 단일 가닥 절단을 도입하고 5" 말단에 공유결합합니다. 그런 다음 단백질이 결합된 DNA 가닥은 수용 세포로 전달되고 절단되지 않은 상보 가닥은 기증자 세포에 남아 있습니다. DNA 합성의 세포 장치는 기증자와 수용자 모두의 단일 가닥을 이중 가닥 구조로 완성합니다. 전달된 사슬의 5" 말단과 관련된 단백질은 수용자 세포의 플라스미드가 고리로 닫히는 데 기여합니다. . 이 과정은 그림 1에 나와 있습니다. 5.3, 플라스미드 F를 수용 세포로 전달하는 예를 사용합니다(영어. 다산 -생식력) 이는 전염 가능하고 통합적인 플라스미드입니다. F 인자를 갖는 기증자 세포를 F+ 세포라고 하고, F 인자를 갖지 않는 수용자 세포를 F - 세포라고 합니다. F 인자가 기증자 셀에서 자율적 상태에 있는 경우 F + * F를 교차한 결과 수신자 셀은 기증자 속성을 획득합니다.
F 인자 또는 다른 전달 가능한 플라스미드가 기증자 세포의 염색체에 삽입되면 플라스미드와 염색체는 단일 전달 가능한 복제물로 기능하기 시작하여 박테리아 유전자를 혈장이 없는 세포로 전달할 수 있습니다.
쌀. 5.3.박테리아에서의 접합 계획: a - F + -에서 F - 세포로 F 플라스미드의 전달; b - 박테리아 염색체의 전달 Hfr*에프-
중간 수신자 셀, 즉 활용 과정. 플라스미드가 통합된 상태에 있는 균주는 염색체 유전자를 플라스미드가 없는 세포에 높은 빈도로 전달하므로 이 균주라고 합니다. Hfr(영어로부터 고주파~의 재조합 -높은 재조합 빈도) (그림 5.3, 비).
교배시 염색체 유전자가 전달되는 과정 Hfrχ F - 항상 동일한 지점, 즉 F 인자 또는 기타 전달 가능한 플라스미드의 통합 부위에서 DNA 절단으로 시작됩니다. 기증자 DNA의 한 가닥은 접합 다리를 통해 수용자 세포로 전달됩니다. 이 과정에는 상보적인 가닥이 완성되어 이중 가닥 구조가 형성되는 과정이 수반됩니다. 접합 중 염색체 유전자의 전달은 항상 내장된 플라스미드와 반대되는 동일한 방향을 갖습니다. 전달 가능한 플라스미드 자체는 마지막으로 전달됩니다. 수용자 세포로 전달되어 이중 가닥 구조로 완성된 기증자 DNA 가닥은 수용자 DNA의 상동 영역과 재결합하여 안정적인 유전 구조를 형성합니다. 접합 브리지의 취약성으로 인해 성 인자가 수용자 세포로 거의 전달되지 않으므로 생성된 재조합체는 일반적으로 기증자 기능을 갖지 않습니다.
유전자 전달의 방향성으로 인해 접합은 박테리아 게놈의 지도를 작성하고 유전자 지도를 구성하는 데 사용됩니다.
5.4.2. 변환
형질도입은 박테리오파지를 통해 박테리아 DNA를 전달하는 것입니다. 이 과정은 1951년 N. Zinder와 J. Lederberg에 의해 발견되었습니다. 박테리아 내에서 파지 복제 과정(섹션 3.3 참조) 중에 박테리아 DNA 조각이 파지 입자로 들어가고 파지 감염 중에 수용 박테리아로 전달됩니다. 변환에는 두 가지 유형이 있습니다. 일반적인형질도입(박테리오파지에 의한 박테리아 염색체의 일부 부분의 전달)은 파지 감염 중에 박테리아 DNA가 단편화되고 파지 DNA와 동일한 크기의 박테리아 DNA 단편이 파지에 침투한다는 사실로 인해 발생합니다. 머리에 결함이 있는 파지 입자가 형성됩니다. 이 과정은 파지 입자 1000개당 약 1개의 빈도로 발생합니다(그림 5.4, a). 수용자 세포가 결함이 있는 파지 입자에 감염되면 기증자 세포의 DNA가 그 안으로 "주입"되고 수용자 염색체의 상동 영역과 상동 재조합에 의해 재조합되어 안정적인 재조합체를 형성합니다. P-파지는 이러한 유형의 형질전환을 가지고 있습니다. 특정한형질도입은 파지 DNA가 박테리아 염색체에 통합되어 프로파지를 형성할 때 발생합니다. 박테리아 염색체에서 DNA 파지를 배제하는 과정에서 무작위 과정의 결과로 파지 DNA가 포함된 부위에 인접한 박테리아 염색체 조각이 포획되어 결함이 있는 파지가 된다(그림 5.4, b). 대부분의 온대 박테리오파지는 특정 영역의 박테리아 염색체에 통합되기 때문에 이러한 박테리오파지는 박테리아 DNA의 특정 부분을 기증자 세포에서 수용자 세포로 전달하는 것이 특징입니다. 결함이 있는 파지의 DNA는 부위 특이적 재조합에 의해 수용 세포의 DNA와 재결합됩니다. 재조합체는 도입된 유전자로 인해 수배체(merodiploid)가 됩니다. 특히 박테리오파지는 gal 유전자를 대장균.
쌀. 5.4.변환 방식: a - 비특이적(일반); b - 특정
5.4.3. 변환
변형 현상은 폐렴구균의 acapsular R-strain의 변형을 발견한 F. Griffiths에 의해 1928년에 처음 기술되었습니다. (연쇄상 구균에 의한 폐렴) S자형 캡슐을 형성하는 균주로. 그리피스는 소수의 비독성 R 세포와 열에 의해 살해된 S 세포를 쥐에게 동시에 주입했습니다. R 세포는 피막 물질이 유형 S II에 속하는 균주로부터 얻어졌고, 열 사멸된 S 균주는 유형 S III에 속했습니다. S III 캡슐을 함유한 악성 폐렴구균이 죽은 쥐의 혈액에서 분리되었습니다.
1944년에 O. Avery, K. McLeod 및 M. McCarthy는 형질전환 인자의 특성을 확립하여 캡슐화된 폐렴구균에서 추출한 DNA가 캡슐화되지 않은 폐렴구균을 캡슐화된 형태로 변형시킬 수 있음을 보여주었습니다. 따라서 DNA가 유전 정보의 전달자라는 것이 입증되었습니다.
변형 과정은 일부 박테리아 종에서 자연적으로 자발적으로 발생할 수 있습니다. B. 서브틸리스, H. 인플루엔자, S. 폐렴,죽은 세포에서 추출한 DNA가 수용 세포에 흡수될 때. 형질전환 과정은 수용자 세포의 능력과 기증자 형질전환 DNA의 상태에 따라 달라집니다. 역량 -이것은 가능하다
DNA를 흡수하는 박테리아 세포의 능력. 이는 DNA에 특정한 친화력을 갖는 세포막의 특수 단백질의 존재에 달려 있습니다. 그람 양성균의 능력 상태는 성장 곡선의 특정 단계와 관련이 있습니다. 그람 음성균의 능력 상태는 박테리아에 열 또는 전기 충격을 가하여 인위적으로 만들어야 합니다.
이중 가닥의 나선형 DNA 분자만이 변형 활성을 가지고 있습니다. 이는 DNA의 한 가닥만 수용 세포에 침투하는 반면, 세포막의 다른 가닥은 나머지 가닥이 세포에 침투하는 데 필요한 에너지 방출로 분해되기 때문입니다. 형질전환 DNA의 고분자량은 재조합 가능성을 증가시킵니다. 이는 세포 내부에서 형질전환 DNA 가닥이 엔도뉴클레아제에 노출되기 때문입니다. 염색체와의 통합은 형질전환 DNA에 염색체와 상동적인 영역이 존재해야 합니다. 한 가닥에서 재조합이 발생하여 이종이중 분자가 형성되는데, 그 중 한 가닥은 수용 유전자형을 갖고 다른 가닥은 재조합 유전자형을 갖습니다. 재조합 형질전환체는 복제 주기 후에만 형성됩니다(그림 5.5).
현재 이 방법은 주어진 게놈을 가진 재조합 균주를 구축하는 데 사용되는 유전공학의 주요 방법입니다.
쌀. 5.5.변환 방식
5.5. 바이러스 유전학의 특징
바이러스 게놈 구조의 특징은 바이러스 유형에 따라 유전 정보가 DNA와 RNA 모두에 기록될 수 있다는 것입니다.
바이러스의 돌연변이는 바이러스 핵산이 복제되는 동안 자연적으로 발생할 수 있을 뿐만 아니라 박테리아에서와 동일한 외부 요인 및 돌연변이 유발원의 영향을 받을 수도 있습니다.
표현형적으로 바이러스 게놈의 돌연변이는 항원 구조의 변화, 민감한 세포에서 생산적인 감염을 일으킬 수 없는 능력, 온도에 대한 생산 주기의 민감성, 바이러스가 감염시키는 플라크의 모양과 크기의 변화로 나타납니다. 한천 코팅 하에서 세포 배양에서 형성됩니다(3.2장 참조).
여러 바이러스가 민감한 세포에 동시에 감염되면 바이러스의 특성이 바뀔 수 있으며, 이러한 조건에서 특성의 변화는 서로 다른 바이러스에 속하는 핵산 물질 간의 교환(유전자 재조합 및 유전자 재활성화)과 그렇지 않은 과정의 결과로 발생할 수 있습니다. 유전 물질의 교환(보완 및 표현형 혼합)이 동반됩니다.
유전자 재조합 DNA 함유 바이러스에서 더 자주 발생합니다. RNA 바이러스 중 인플루엔자 바이러스와 같이 단편화된 게놈을 갖는 바이러스에서 관찰됩니다. 재조합 과정에서 게놈의 상동 영역 간에 교환이 발생합니다.
유전자 재활성화서로 다른 유전자에 돌연변이가 있는 관련 바이러스의 게놈 사이에서 관찰됩니다. 유전 물질의 재분배의 결과로 본격적인 딸 게놈이 형성됩니다.
보완세포를 감염시키는 두 바이러스 중 하나가 돌연변이의 결과로 기능하지 않는 단백질을 합성할 때 발생합니다. 완전한 단백질을 합성하는 비돌연변이 바이러스는 돌연변이 바이러스의 부재를 보완합니다.
표현형 혼합민감한 세포가 두 개의 바이러스와 혼합될 때 자손의 일부가 동일한 유전자형을 유지하면서 두 바이러스에 내재된 표현형 특성을 획득하는 경우 관찰됩니다.
5.6. 전염병 진단에 유전적 방법을 적용
유전적 방법은 순수한 배양물을 분리하지 않고 연구 중인 물질에서 미생물을 검출하고 미생물의 분류학적 위치를 결정하고 종내 식별을 수행하는 실용적인 목적으로 사용됩니다.
5.6.1. 박테리아의 종내 식별에 사용되는 방법
제한 분석은 다음과 같은 효소의 사용을 기반으로 합니다. 제한효소제한 효소는 무작위 위치가 아닌 특정 뉴클레오티드 서열의 인산염 결합을 끊어 DNA 분자를 절단하는 엔도뉴클레아제입니다. 분자 유전학 방법에서 특히 중요한 것은 제한 효소입니다. 제한 효소는 중앙 대칭이 있는 서열을 인식하고 대칭 축에서 양쪽 방향으로 동일하게 읽혀집니다. DNA 중단점은 대칭축과 일치하거나 대칭축을 기준으로 이동될 수 있습니다.
현재 다양한 박테리아로부터 175개 이상의 서로 다른 제한효소가 분리, 정제되었으며 이에 대한 인식(제한) 부위(site)가 알려져 있다. DNA 이중나선 절단이 발생할 수 있는 부위는 80가지가 넘는 것으로 확인되었습니다. 특정 분류학적 단위의 게놈에는 특정 제한 효소에 대해 엄격하게 정의된(유전적으로 결정된) 수의 인식 부위가 포함되어 있습니다. 특정 미생물에서 분리된 DNA를 특정 제한 효소로 처리하면 엄격하게 정의된 수의 고정된 크기의 DNA 단편이 형성됩니다. 각 조각 유형의 크기는 아가로스 젤 전기영동을 사용하여 결정할 수 있습니다. 작은 조각은 큰 조각보다 젤을 통해 더 빠르게 이동하고 이동 거리가 더 깁니다. 겔을 에티듐 브로마이드(ethidium bromide)로 염색하고 UV 광 하에서 사진을 찍습니다. 이러한 방식으로 특정 유형의 미생물에 대한 제한 지도를 얻을 수 있습니다.
서로 다른 계통에서 분리된 DNA의 제한 지도를 비교함으로써 이들의 유전적 관계를 파악하고, 특정 종이나 속의 구성원을 식별하며, 또한 탐지하는 것이 가능합니다.
돌연변이가 발생할 수 있는 살아있는 지역. 이 방법은 뉴클레오티드 쌍의 서열을 결정하는 방법(시퀀싱)과 분자 혼성화 방법의 초기 단계로도 사용됩니다.
박테리아의 플라스미드 프로파일 결정.플라스미드 프로필을 통해 박테리아의 종내 식별이 가능합니다. 이를 위해 박테리아 세포에서 플라스미드 DNA를 분리하고, 이를 아가로스 겔에서 전기영동으로 분리하여 플라스미드의 수와 크기를 결정합니다.
리보타이핑. rRNA를 암호화하는 오페론의 뉴클레오티드 염기 서열은 진화 과정에서 약간의 변화를 겪고 다른 박테리아에서 유사한 구조를 갖는 보존 영역과 속 및 종 특이적이며 유전적 지표인 가변 서열이 모두 존재한다는 특징이 있습니다. 신분증. 이 오페론은 박테리아 염색체에 여러 복사본으로 존재합니다. 제한 효소로 처리한 후 얻은 DNA 단편에는 해당 박테리아 종의 표지된 rRNA와의 분자 혼성화를 통해 검출할 수 있는 rRNA 유전자 서열이 포함되어 있습니다. rRNA 오페론 복사본의 수와 위치, 그리고 rRNA 오페론 내와 그 측면을 따라 있는 제한 부위의 구성은 박테리아 종에 따라 다릅니다. 이 방법은 이 속성을 기반으로 합니다. 리보타이핑,분리된 균주를 모니터링하고 유형을 결정할 수 있습니다. 현재 리보타이핑은 특수 장치에서 자동으로 수행됩니다.
5.6.2. 미생물을 순수 배양액으로 분리하지 않고 검출하는 데 사용되는 방법
분자 혼성화 방법을 사용하면 서로 다른 DNA 간의 유사성 정도를 확인할 수 있습니다. 이는 미생물의 정확한 분류학적 위치를 결정하고 연구 대상 물질을 순수 배양물로 분리하지 않고 미생물을 검출하는 데 사용됩니다. 이 방법은 알칼리성 환경, 즉 고온(90°C)에서 변성되는 이중 가닥 DNA의 능력을 기반으로 합니다. 두 가닥으로 풀리고, 온도가 10°C 떨어지면 다시 원래의 이중사슬 구조를 복원합니다. 이 방법에는 분자 프로브가 필요합니다.
조사방사성 핵종, 효소 또는 형광색소 염료로 표지된 단일 가닥 핵산 분자로, 테스트 중인 DNA와 비교됩니다.
분자 혼성화를 수행하기 위해 연구 중인 DNA를 위에서 설명한 방식으로 풀고 한 가닥을 특수 필터에 고정한 다음 프로브가 포함된 용액에 넣습니다. 이중 나선 형성에 유리한 조건이 생성됩니다. 프로브와 테스트할 DNA 사이에 상보성이 있으면 서로 이중 나선을 형성하며, 그 존재 여부는 프로브 라벨 유형에 따라 방사능 계수, ELISA(효소 결합 면역흡착 분석) 또는 농도계 등의 방법으로 감지됩니다. .
마이크로칩을 사용하여 시험 물질 내 미생물의 존재 여부 확인
마이크로칩은 100~1000개의 분자 DNA 프로브가 연결된 유리판으로, 특정 영역에 국한된 특정 분류 단위에 특정한 뉴클레오티드 시퀀스를 나타냅니다(그림 5.6).
쌀. 5.6.마이크로칩을 이용해 특정 DNA 서열을 검출하는 원리
전체 DNA는 테스트 샘플에서 분리되며, 이는 16S RNA 유전자의 안정적인 서열에서 증폭될 수 있습니다. 분리된 DNA는 형광색소나 효소로 표지되고 마이크로칩은 이를 처리하여 혼성화를 위한 조건을 만듭니다. 결합되지 않은 DNA는 씻어내고, 분자 하이브리드의 위치는 ELISA 또는 농도계로 결정됩니다.
중합효소 연쇄 반응을 사용하면 연구 중인 물질(물, 제품, 환자의 물질)에서 미생물 DNA를 순수 배양물로 분리하지 않고도 미생물 DNA의 존재를 통해 미생물을 검출할 수 있습니다.
이 반응을 수행하기 위해 연구 중인 물질로부터 DNA를 분리하여 특정 미생물에 특정한 유전자의 존재를 확인합니다. 유전자는 축적에 의해 검출됩니다. 이를 위해서는 원래 유전자의 DNA 3" 말단에 상보적인 프라이머(시드)가 있어야 한다. 유전자의 축적(증폭)은 다음과 같이 진행된다. 시험물질로부터 분리된 DNA를 가열한다. 이 경우 DNA가 2가닥으로 쪼개지며 프라이머를 첨가하고 DNA와 프라이머의 혼합물을 식히는데, 이 경우 원하는 유전자가 DNA 혼합물에 존재하면 프라이머가 상보적인 영역에 결합하게 됩니다. DNA와 프라이머의 혼합물에 DNA 중합효소와 뉴클레오티드를 첨가하고 DNA 중합효소가 기능하기에 최적인 온도를 설정합니다. 이러한 조건에서 유전자와 프라이머의 DNA가 상보적일 경우 3"에 뉴클레오티드를 첨가합니다. 프라이머의 끝부분이 2개의 유전자 복사본을 합성하게 됩니다. 그 후, 주기가 다시 반복되며, 매번 유전자 DNA의 양이 두 배로 늘어납니다(그림 5.7). 반응은 특수 장치, 즉 증폭기에서 수행됩니다. 결과는 증폭된 DNA의 후속 농도측정 또는 폴리아크릴아미드 겔에서의 전기영동에 의해 평가됩니다. PCR은 바이러스 및 세균 감염을 진단하는 데 사용됩니다.
실시간 PCR증폭과 증폭 산물의 결정이 동시에 수행되는 가속 PCR 방법을 나타냅니다. 이를 위해 분자 프로브가 증폭 튜브에 도입되며, 증폭된 사슬에 결합되면 특정 파장의 형광 신호를 생성합니다. 반응은 자동으로 수행됩니다.
쌀. 5.7.중합효소연쇄반응(구성)
전사 매개 증폭 rRNA는 혼합 감염을 진단하는 데 사용됩니다. 이 방법은 특정 박테리아 종에 특이적인 증폭된 rRNA의 분자 혼성화에 의한 검출을 기반으로 합니다. 연구는 세 단계로 수행됩니다:
DNA 의존성 RNA 폴리머라제를 사용하여 시험 물질로부터 분리된 DNA 매트릭스에서 rRNA 풀을 증폭시키는 단계;
형광색소 또는 효소로 표지된 상보적인 종 특이적 rRNA 올리고뉴클레오티드와 축적된 rRNA 풀의 혼성화;
농도계 및 ELISA에 의한 혼성화 생성물의 결정.
반응은 증폭된 rRNA 풀을 여러 샘플로 나누어 다양한 박테리아 종에 속하는 rRNA를 동시에 측정하는 시설에서 자동으로 수행되며, 여기에 종별 rRNA에 상보적인 표지된 올리고뉴클레오티드가 혼성화를 위해 추가됩니다.
생물학적 성질의 돌연변이 유발 요인으로 간주되는 것은 다음과 같습니다. 이동하는 (= 마이그레이션 ) 박테리아의 유전적 요소 – 하나의 레플리콘(염색체, 플라스미드 또는 파지)에서 다른 레플리콘으로의 이동뿐만 아니라 레플리콘 내의 한 영역에서 다른 영역으로 독립적으로 이동할 수 있는 개별 DNA 세그먼트입니다. 이러한 요소에는 단순 삽입 서열(IS 요소), 트랜스포존(Tn 요소) 및 파지 트랜스포존(Mu, D3112 등)이 포함됩니다. 레플리콘으로의 통합은 일반적인 세포 재조합 시스템과 독립적으로 발생하며, 이는 재조합 구조에서 의무적인 상동성을 요구합니다.
IS 요소 길이가 200~2000bp인 이중 가닥 DNA의 선형 단편입니다. 유전자만 들어있어요 티앤피, 이동(전위)에 필요한 트랜스포사제 효소의 합성을 암호화합니다. IS 요소의 끝에는 반전된 터미널 반복(ITR)이 있습니다. 다양한 IS 요소의 경우 말단 ITR 반복 길이는 8bp에서 40bp까지 다양합니다. 역 반복도 포함되며 조옮김에 중요합니다. IS 요소의 구조는 다음과 같이 개략적으로 설명할 수 있습니다.
IS 요소에는 IS1, IS2, IS3, IS4 등 여러 유형이 있습니다. 이들은 터미널 반복의 길이와 구조가 서로 다릅니다.
IS 요소는 박테리아 염색체와 플라스미드의 정상적인 구성 요소입니다. 다양한 레플리콘에는 IS 요소의 복사본이 다르며 종종 여러 개가 포함될 수 있습니다. IS 요소는 게놈의 한 영역에서 다른 영역으로, 예를 들어 박테리아 염색체에서 플라스미드로 또는 플라스미드에서 플라스미드로 이동할 수 있습니다. 또한 단일 유전자 내에 삽입하여 이를 비활성화하거나 조절을 변경할 수도 있습니다.
트랜스포존 – 복잡한 마이그레이션 요소. Tn 1, Tn 2,... Tn100, Tn 1002 등으로 지정됩니다. 그들은 전위를 담당하는 유전자 외에도 모든 표현형의 발현을 담당하는 구조적 유전자를 포함한다는 점에서 IS 요소와 다릅니다. 트랜스포존은 항생제 및 중금속 이온에 대한 내성, 유당, 라피노스, 톨루엔 분해, 장독소 합성 등을 분해하는 능력을 제어할 수 있으므로 IS 요소보다 검출하기가 더 쉽습니다. 트랜스포손의 길이는 2000bp가 넘습니다. IS 요소와 마찬가지로 트랜스포존은 종종 IS 요소인 역전된 터미널 반복(ITR)을 갖습니다. 트랜스포손은 구조와 구성뿐만 아니라 레플리콘으로의 통합 부위 선택의 특이성 정도에 의해서도 구별됩니다. 그러나 다른 박테리아 종과 레플리콘에 대한 동일한 트랜스포존의 전위 특이성은 다를 수 있다는 점에 유의해야 합니다.
트랜스포손과 IS 요소의 이동 빈도는 박테리아 세포 분열당 10 –4 –10 –7의 확률로 발생합니다. 이는 기증자와 수용자 레플리콘의 특성뿐만 아니라 숙주 세포의 게놈에 따라 달라질 수 있습니다. 또한 트랜스포손의 움직임은 환경적 요인(온도, 자외선, 화합물 등)의 영향을 받을 수 있습니다. 트랜스포존 운동의 메커니즘은 완전히 이해되지 않았습니다.
박테리오파지 뮤 중등도 박테리오파지에 속합니다. 그 특징은 이름에 반영된 돌연변이 유발성입니다. 무 (무 테이터). 이 박테리오파지는 박테리아에서 처음 발견되었습니다. 대장균, 그러나 세포에서도 재생산됩니다. 시겔라, 클렙시엘라, 슈도모나스, 시트로박터, 살모넬라등. 이는 여러 측면에서 IS 요소 및 트랜스포손과 유사하고 바이러스 입자를 형성할 수 있다는 점에서만 본질적으로 다르기 때문에 이동 유전 요소로 분류됩니다. IS 요소 및 트랜스포손과의 유사성은 주로 Mu 파지(선형 이중 가닥 DNA - 38kb)의 게놈도 끝 부분에 역전된 반복을 가지고 있지만 2개의 뉴클레오티드 쌍만 있다는 사실에서 표현됩니다.