ĐỀ TÀI THUYẾT TRÌNH MÔN SINH HỌC PHÂN TỬ CÁC HIỆN TƯỢNG DI TRUYỀN VI KHUẨN

TRƯỜNG: ĐẠI HỌC DUY TÂN

KHOA: KHOA Y
---

🙜 ---

ĐỀ TÀI THUYẾT TRÌNH MƠN SINH HỌC PHÂN TỬ

Giáo viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện

Lớp

: BÙI VĂN ĐỨC
: PHẠM MINH DUY
ĐINH TRẦN ANH THƯ
ĐẶNG PHAN Ý THƯƠNG
LÊ CAO CÁT TƯỜNG
: BIO 252 BB

CÁC HIỆN TƯỢNG DI TRUYỀN VI KHUẨN


M ỤC L ỤC:
1.

Di truyền vi khuẩn:

2. Các hiện tượng di truyền ở vi khuẩn
2.1 Biến nạp (Transformation)

2.1.1 Những thí nghiệm chứng minh về sự biến nạp
2.1.2 Điều kiện:
2.1.3 Quá trình biến nạp:
2.1.4. Ý nghĩa của biến nạp:

2.2 Tải nạp (Transduction):
2.2.1 Tải nạp chung
2.2.2 Tải nạp đặc hiệu
2.3 Giao nạp (Conjugation)
2.3.1 Chứng minh có hiện tượng lai ở vi khuẩn
2.3.2 Sự liên quan của giao nạp
2.3.3 Ý nghĩa của sự giao nạp


1. Di truyền vi khuẩn:
- Di truyền là sự duy trì các đặc điểm qua nhiều thế hệ. Cơ sở vật
chất của di truyền là nhiễm sắc thể. Nhiễm sắc thể của vi khuẩn ví
dụ như của E.coli gồm 5x106 đôi nucleotide chia thành nhiều đoạn
gọi là gen, mỗi gen quyết định sự tổng hợp một protein đặc hiệu.
Những protein đặc hiệu như enzyme và những cấu tạo khác của tế
bào xác định tất cả các tính trạng của một cá thể.
- Nhiễm sắc thể chịu sự nhân đôi trước khi phân bào. Do đó mỗi tế
bào con nhận một bộ gen tương đương với tế bào mẹ. Sự nhân đơi
của nhiễm sắc thể là một q trình chính xác, tuy nhiên mỗi gen có
một xác suất nhỏ về sai sót trong sao chép, do đó làm phát sinh đột
biến. Đột biến xảy ra ngẫu nhiên không cần sự can thiệp của mơi
trường bên ngồi với một tần suất rất nhỏ từ 10-5 đến 10-9. (1)
- Di truyền vi khuẩn: là sự bảo tồn các đặc tính của vi khuẩn qua
nhiều thế hệ. Cơ sở của sự bảo tồn các đặc tính là sự sao chép chất
liệu di truyền ( ADN) dựa theo nguyên tắc bán bảo tồn. (2)

2. Các hiện tượng di truyền ở vi khuẩn
- Sự tiến hóa của vi sinh vật phụ thuộc vào sự biến dị và sự chọn
lọc. Nó diễn ra chậm chạp, lúc sự biến dị xảy ra do tích lũy những
biến dị liên tiếp ở một chủng sinh vật. Quá trình này trở nên nhanh
chóng ở vi sinh vật nhờ các vi sinh vật phát triển những cơ chế vận
chuyển di truyền giữa các cá thể.
- Vi khuẩn vận chuyển những yếu tố di truyền qua ba cơ chế:
+ Biến nạp
+ Tải nạp


+ Giao nạp (tiếp hợp)
2.1 Biến nạp (Transformation)
- Biến nạp là sự vận chuyển ADN hòa tan của nhiễm sắc thể từ vi
khuẩn cho sang vi khuẩn nhận. Đây là 1 cơ chế thô sơ của sự vận
chuyển gen. (1)
2.1.1 Những thí nghiệm chứng minh về sự biến nạp
a. Thí nghiệm của Griffith (1928)
- Griffith năm 1928 đã khám phá sự biến nạp ở phế cầu bằng thí
nghiệm sau ở chuột :
Hiện tượng biến nạp được Griffith phát hiện ở vi khuẩn Diplococus
pneumoniae (nay gọi là Streptococus pneumoniae - phế cầu khuẩn
gây sưng phổi ở động vật có vú) vào năm 1928.
Vi khuẩn này có 2 dạng khác nhau:
– Dạng SIII, gây bệnh có vỏ bao tế bào (capsule) bằng
polysaccharid cản trở bạch cầu phá vỡ tế bào. Dạng này tạo đốm
mọc (khuẩn lạc) láng (Smooth-láng) trên môi trường agar.
– Dạng RII, khơng gây bệnh, khơng có vỏ bao, tạo đốm mọc nhăn
(Rough-nhăn).
Thí nghiệm tiến hành

- Tiêm vi khuẩn S sống gây bệnh cho chuột - chuột chết.
- Tiêm vi khuẩn R sống không gây bệnh - chuột sống.
- Tiêm vi khuẩn S bị đun chết cho chuột - chuột sống.
- Hỗn hợp vi khuẩn S bị đun chết trộn với vi khuẩn R sống đem
tiêm cho chuột - chuột chết. Trong xác chuột chết có vi khuẩn S và
R.


Hiện tượng trên cho thấy vi khuẩn S không thể tự sống lại được sau
khi bị đun chết, nhưng các tế bào chết này đã truyền tính gây bệnh
cho tế bào R. (3)

Kết quả
Một chất nào đó từ chủng S chết đã chuyển vào chủng R biến chủng
R thành chủng S
• S chết + R sống → S sống
• Griffith gọi q trình này là sự biến nạp (transformation)
• Thành phần chuyển từ chủng S sang chủng R gọi là tác nhân biến
nạp.

b. Thí nghiệm của Avery, Macleod & McCarty (1944) (3)


Năm 1944, Avery, Mc Leod và Mc Carty đã tiến hành thí nghiệm
xác định rõ tác nhân gây biến nạp. Nếu các tế bào S bị xử lý bằng
proteaz (enzym phân hủy protein) hoặc ARN-az (enzym phân hủy
ARN) hoạt tính biến nạp vẫn cịn, chứng tỏ protein và ARN khơng
phải là tác nhân gây biến nạp. Nhưng nếu tế bào S chết bị xử lý
bằng ADN-az (enzym chỉ phân hủy đặc hiệu ADN) thì hoạt tính
biến nạp khơng cịn nữa, chứng tỏ ADN là nhân tố biến nạp.

ADN của S + các tế bào R sống → chuột → chết (có R + S)
Hiện tượng biến nạp là một chứng minh sinh hóa xác nhận rằng
ADN mang tín hiệu di truyền.
2.1.2 Điều kiện:
- Vi khuẩn cho phải bị ly giải, NST phải được giải phóng và bị cắt
thành những đoạn ADN nhỏ
- Vi khuẩn nhận phải ở trạng thái sinh lý đặc biệt được gọi là khả
nạp (competence) mới có khả năng tiếp nhận ADN hòa tan của tế
bào cho.
- Trạng thái khả nạp xuất hiện trong một giai đoạn nhất định của
quá trình phát triển của tế bào vào lúc tế bào đang tổng hợp vách.
- Đối với vi khuẩn đường ruột, sự tiếp nhận đòi hỏi sự biến đổi bề
mặt của tế bào bằng cách xử lý với CaCl2 (1)
2.1.3 Quá trình biến nạp:
- Diễn biến của quá trình biến nạp ở cấp độ phân tử
- Để dễ hiểu, các giải thích dựa theo ADN của các dịng vi khuẩn S
và R trong thí nghiệm của Griffith.
-

Q trình gồm các giai đọan chủ yếu:

+ Sự phân hủy ADN tế bào cho: ADN tế bào cho có thể là của tế
bào tự nhiên bị phân hủy hoặc trong thí nghiệm bị gây chế bằng
nhiệt độ cao hay tác nhân phá vỡ tế bào.


+ ADN bám vào bề mặt tế bào: Protein gắn vào ADN.
+ Thâm nhập của ADN: Sợi ADN mạch kép của dòng vi khuẩn S
sau khi chui qua màng tế bào của dịng R thì một mạch S sẽ bị
nucleaz của tế bào cắt, còn lại một mạch nguyên.

+ Bắt cặp (Synapsis)và tái tổ hợp: Nhờ sự hỗ trợ của protein RecA
ADN của thể nhận R sẽ biến tính tách rời 2 mạch ở 1 đoạn dễ bắt
cặp với đoạn ADN thể cho S vừa chui vào.

+ Sao chép: Sau khi bắt cặp tạo đoạn lai R - S, phân tử ADN sao
chép tạo ra 2 sợi, một sợi kép R-R và sợi kép khác có mang đoạn
ADN thể nhận S-S. Kết quả cuối cùng là đọan gen của SIII chèn
vào bộ gen tế bào nhận. Sau phân bào thì một dòng tế bào nhận
được ADN ngoại lai vào bộ gen - tế bào được biến nạp. Tế bào đã
được biến nạp sinh sản tạo dòng nhận RII mới.(3)

2.1.4. Ý nghĩa của biến nạp: (4)


- Sự biến nạp cho phép kết hợp vào nhiễm sắc thể vi khuẩn ADN
tổng hợp hoặc ADN biến đổi invitro.
- Biến nạp cũng được sử dụng để xác định những vùng rất nhỏ trên
bản đồ di truyền của vi khuẩn.
- Biến nạp có thể xảy ra ở trong thiên nhiên. Người ta chọn lọc vi
khuẩn tái tổ hợp độc lực tăng lúc tiêm 2 chủng phế cầu vào phúc
mạc chuột nhắt. Như thế sự biến nạp có một ý nghĩa dịch tễ học, tuy
nhiên sự vận chuyển di truyền bằng biến nạp không hữu hiệu bằng
sự vận chuyển bằng plasmid
2.2 Tải nạp (Transduction): (3)
- Tải nạp là sự vận chuyển ADN từ vi khuẩn cho đến vi khuẩn nhận
nhờ phage.
•

Thí nghiệm chứng minh: Zinder và Lederberg (1952)

Thí nghiệm được tiến hành trong ống hình chữ U, ở đáy ống được
ngăn cách bằng màng lọc vi khuẩn. Màng có lỗ nhỏ vi khuẩn không
qua được, nhưng phage qua được. Nhánh A của ống chứa vi khuẩn
có khả năng tổng hợp tryptophan (trp+ ), cịn nhánh B ni các vi
khuẩn mất khả năng tổng hợp tryptophan (trp– ). Sau một thời gian
ni bên nhánh B xuất hiện vi khuẩn có khả năng tổng hợp
tryptophan (trp+ ). Qua nhiều lần thí nghiệm việc phage tải gen trp+
từ nhánh A sang nhánh B được chứng minh.


- Có 2 dạng tải nạp:
+ Tải nạp chung
+ Tải nạp đặc hiệu
2.2.1 Tải nạp chung (1)
+ Tải nạp chung là trường hợp gene của thể cho chuyển sang thể
nhận bằng phage
Phage ở đây chính là Bacteriophage là virus có khả năng xâm
nhiễm vi khuẩn. Mỗi vi khuẩn có thể là vật chủ của một hoặc nhiều
phage
Cơ chế tải nạp chung:
Phage T1 tạo ra enzym nuclease cắt ADN vi khuẩn thể cho
thành các đoạn có kích thước tương đương với ADN phage
Hình thành hạt tải nạp (phage mang gen của thể cho) chứa các
đoạn cắt ngẫu nhiên từ NST vi khuẩn
Hạt tải nạp xâm nhiễm tế bào vi khuẩn E.coli khác, chúng có
thể trao đổi chéo tại các đoạn tương đồng với NST vi khuẩn nhận
Sử dụng môi trường chọn lọc, người ta có thể phát hiện các
thể tái tổ hợp này.
-

2.2.2 Tải nạp đặc hiệu (4)


- Tải nạp đặc hiệu là hiện tượng tải nạp trong đó phage chỉ có thể
truyền một số gen nhất định từ vi khuẩn cho sang vi khuẩn nhận
- Năm 1954 Mores nhận thấy phage ơn hịa có thể thực hiện một
kiểu tải nạp khác gọi là tải nạp đặc hiệu.
Nó chỉ vận chuyển một nhóm giới hạn gen, nhóm gen được chuyển
nằm sát chỗ prophage gắn vào ở nhiễm sắc thể.

+

Sự tải nạp đặc hiệu vận chuyển những gen đặc hiệu ở nhiễm sắc
thể và địi hỏi sự tích hợp của phage.

+

+ Hơn nữa khác với tải nạp chung, phage tải nạp đặc hiệu chỉ được
phóng thích lúc chiếu tia cực tím chứ khơng bao giờ tự tách rời khỏi
nhiễm sắc thể.

•

Ý nghĩa của tải nạp (1)

Sự tải nạp có thể cho phép xác định những gen rất gần nhau ở
nhiễm sắc thể, do đó được sử dụng để thiết lập bản đồ di truyền.

-

Dựa vào tần số tải nạp hai gen cùng một lúc người ta có thể
xác định khoảng cách giữa các gen và nhờ thế xác định vị trí của
chúng.

-


Trong thiên nhiên sự tải nạp giữ một vai trò có ý nghĩa trong
lây lan các plasmid kháng thuốc ở vi khuẩn gram dương như
plasmid penicillinase ở tụ cầu.

-

Prophage có thể đem lại cho vi khuẩn một số tính chất đặc biệt
quan trọng ví dụ prophage b ở trực khuẩn bạch hầu.
2.3 Giao nạp (Conjugation) (3)
- Giao nạp hay tiếp hợp ở vi khuẩn là sự kết hợp nhất thời của hai
tế bào có kiểu bắt cặp đối nhau, được tiếp nối bằng sự chuyển một
phần vật chất di truyền từ tế bào cho sang tế bào nhận qua cầu tế
bào chất, và sau đó các tế bào tách nhau ra (exconjugants).
- Giao nạp đòi hỏi sự tiếp xúc trực tiếp giữa 2 loại tế bào được khởi
sự bằng ống giao nạp hay tính mao (pilus), một sợi ống nhỏ rất dài
do tế bào cho (donor cell) tạo ra.

Hai tế bào vi khuẩn giao nạp qua cầu tế bào chất pilus

- Về thuật ngữ, nhiều tác giả dùng “tiếp hợp” để chỉ q trình này,
theo chúng tơi, dùng “giao nạp” tốt hơn, vì phản ánh được bản chất
của quá trình, nhất quán với biến nạp, tải nạp ở vi khuẩn và khỏi
nhầm lẫn với tiếp hợp của nhiễm sắc thể.

2.3.1 Chứng minh có hiện tượng lai ở vi khuẩn (3)


- Vào năm 1946, J.Lederberg và E.Tatum đã sử dụng các dòng đột
biến khuyết dưỡng khác nhau ở E.coli để chứng minh có tái tổ hợp
giữa các dịng vi khuẩn khác nhau. Cụ thể dịng A có kiểu gen met–
bio– thr+ leu+ thi+ (có khả năng tổng hợp threonin, leuxin và
vitamin B1 (thiamin) và không tổng hợp được metionin và biotin),
cịn ở dạng B thì ngược lại có khả năng tổng hợp metionin và biotin
với kiểu gen met+ bio+ thr– leu– thi– . Trộn A và B trong ống
nghiệm, sau đó cấy lên một mơi trường tối thiểu (Minimal medium MM). Các khuẩn lạc mọc trên môi trường tối thiểu chứng tỏ có các
dạng lai, chúng chỉ mọc lên được nhờ sự bù đắp cho nhau các nhu
cầu dinh dưỡng. Dạng lai có kiểu gen met+ bio+ thr+ leu+ thi+ mọc
được trên mơi trường tối thiểu. Trong khi đó từng dạng A hoặc B
riêng lẻ không mọc được trên MT tối thiểu.
Dịng A = met– bio– thr+ leu+ thi+ × dòng B= met+ bio+ thr–
leu– thi–
Dạng lai met+ bio+ thr+ leu+ thi+ mọc thành khuẩn lạc, mỗi dạng
riêng lẻ không mọc thành khuẩn lạc.


Sơ đồ lai vi khuẩn

2.3.2 Sự liên quan của giao nạp (1)
- Hiện tượng giao nạp liên quan đến nhân tố sinh sản F. Nhân tố F
là một plasmid. Tế bào chứa F là tế bào đực hay tế bào F+ đóng vai
trị tế bào cho. Tế bào khơng chứa F hay là tế bào cái F- dóng vai trị
tế bào nhận. Trong thí nghiệm giao nạp trên, dịng A đóng vai trị
cho và dịng B đóng vai trị nhận.
- Từ các tế bào F+, Cavalli đã phân lập được các tế bào Hfr (High

frequency of recombination) có khả năng vận chuyển gen với một
tần số cao. Khi lai Hfr x F- thì thu được các tế bào tái tổ hợp 1000
lần nhiều hơn khi lai F+x F-.
- Trong các tế bào F+ nhân tố F tạo nên một lực đặc biệt gọi là lực
giao nạp. Chính nhờ lực này mà xảy ra sự giao nạp giữa các vi
khuẩn.

Trong các tế bào Hfr nhân tố F tích hợp vào nhiễm sắc thể của vi
khuẩn và chỉ có khả năng sao chép cùng với nhiễm sắc thể. Ở tế bào
Hfr nhân tố F cũng tạo nên một lực giao nạp, nhưng trong quá trình


giao nạp vì nằm cuối bộ gen, nó đẩy bộ gen vào tế bào nhận qua cầu
nguyên tương nối liền hai tế bào giao nạp.
Ở tế bào Hfr trong một số trường hợp F có thể tách rời khỏi nhiễm
sắc thể và mang theo một đoạn ADN của nhiễm sắc thể và được gọi
là F’. F’ có khả năng tự sao chép và có thể vận chuyển vào tế bào
nhận. F’ có thể vận chuyển một số tính trạng của một vi khuẩn này
sang một vi khuẩn khác. F’ được sử dụng để phân lập và vận chuyển
một số gen chọn lọc.
Giao nạp thường xảy ra giữa những vi khuẩn cùng lồi nhưng cũng
có thể xảy ra giữa những vi khuẩn khác loài như E.coli với
Samonella hoặc Shigella nhưng tần số tái tổ hợp thấp.
2.3.3 Ý nghĩa của sự giao nạp (1)
-Sự giao nạp là một công cụ khảo sát quan trọng trong nhiều lĩnh
vực sinh lý và di truyền vi khuẩn vì nó cho phép tạo nên những vi
khuẩn phối hợp nhiều đột biến khác nhau.
-Nhờ kỹ thuật giao nạp ngắt quãng người ta thiết lập bản đồ nhiễm
sắc thể của vi khuẩn. Ngoài ra chủng F’ được sử dụng để nghiên cứu
hoạt động của một số gen.

-Trong thiên nhiên sự giao nạp giữ một vai trò đáng kể trong biến dị
của vi khuẩn đặc biệt trong lây lan tính kháng thuốc giữa các vi
khuẩn Gram âm.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
(1) Đại học y dược huế, 2008
(2) Vi sinh y học, Học viện quân y, 2011
(3) Chương 20 di truyền học vi khuẩn, Biên soạn: Phạm
Thành Hổ, Nguyễn Lân Dũng
(4) (2008)


-