CHƯƠNG 9 DI TRUYỀN VI SINH VẬT

Chương 9

DI TRUYỀN VI SINH VẬT

I.Các đặc điểm di truyền của vi sinh vật
 II.Biến đổi không liên quan đến di truyền của vi
sinh vật:
 III.Biến đổi liên quan đến yếu tố di truyền của vi
sinh vật


– ĐỘT BIẾN
– SỰ DI CHUYỂN VÀ TÁI TỔ HP GEN Ở VK

1. Hiện tượng biến nạp ( Transformation)
 2.Hiện tượng tải nạp ( Transduction):
 3 Hiện tượng tiếp hợp (Conjugation)



 Sự

biến đổi (variation) không liên quan đến di
truyền của VSV

Là sự thay đổi tạm thời những đặc tính ( hình thái
hay tính chất sinh lý) của vi sinh vật . Sự biến đổi này
không có tính di truyền nhưng có thuận nghòch, có nghóa
là vi sinh vật có thể quay lại các tính chất ban đầu nếu
đặt trở lại điều kiện sống bình thường.


Biến đổi này hoàn toàn không do thay đổi cấu trúc
di truyền của tế bào . Ta còn gọi là biến đổi tượng hình
(biến đổi phenotyphe)











Sự biến đổi này có liên quan đến các giai đoạn tăng
trưỡng của vi sinh vật hay liên quan đến sự nuôi dưỡng
vi sinh vật trong những điều kiện vật lý, hóa học khác
nhau khác nhau.
Ví dụ:
* Biến đổi hình thái có liên quan đến giai đoạn
tăng trưỡng: Cuối giai đoạn tiềm ẩn (lag phase) vi khuẩn
thường có kích thước to khác thường. Giai đoạn logarit vi
khuẩn cóhình dạng và kích thước bình thường. Giai đoạn
suy tàn : vi khuẩn có hình dạng và kích thước thay đổi.
*Biến đổi đặc tính sinh lý do điều kiện nuôi cấy :
Nấm men nuôi trong điều kiện yếm khí thì chúng sẽ lên
men chất hữu cơ, nhưng nuôi trong điều kiện có không
khí thì sự lên men dừng lại, thay vào đó chúng sẽ hô hấp
hiếu khí.

 Những

biến đổi liên quan đến yếu tố di truyền

Ở vi khuẩn có thể có những thay đổi tính trạng gây
ra bởi sự thay đổi sâu sắc đến các tín hiệu di truyền
trong nhân tế bào. Những biến đổi di hình ( biến đổi
genotyphe) thường ổn đònh và có thể di truyền cho thế
hệ sau. Nguyên nhân của các biến đổi các tín hiệu di
truyền ở vi khuẩn là do :
-Hiện tượng đột biến ( Mutants)
-Hiện tượng tái tổ hợp gen ở vi khuẩn
(recombinants)


HIỆN TƯNG ĐỘT BIẾN (MUTANTS)
1 Đònh nghóa :

Đột biến là những thay đổi có tính nhảy vọt các
tính trạng của vi sinh vật có liên quan đến sự biến đổi
sai lệch một cách ngẫu nhiên hoặc cảm ứng phân tử
acid nucleic của ADN . Đột biến chính là sự biến đổi
đột ngột của gen.

Tính chất của đột biến là không thể đònh hướng
được , có tính di truyền và không liên tục. Có nghóa là
một khi vi sinh vật đã đột biến, chúng sẽ không thể có
lại được những đặc tính ban đầu , trừ phi có sự biến
chủng ngược ( sự hồi biến)




2. Phân loại đột biến:

Dựa vào tác nhân gây đột biến: có hai loại:
 - Đột biến ngẫu nhiên ( tự phát): xãy ra một cách
tự nhiên, không cần có sự can thiệp của con người.
Loại đột biến này có tần số rất thấp (10-4- 10-9).
Đột biến ngẫu nhiên có thể không có nguyên nhân ,
hay có thể có những nguyên nhân mà con người
không kiểm soát được ( các yếu tố môi trường như
tia UV, các tia phóng xạ...)
 -Đột biến nhân tạo hay cảm ứng: do con người
chủ động làm gia tăng tần số đột biến bằng cách
dùng những tác nhân gây đột biến mhư: sử dụng tia
U.V, tia X,hạt notron, các hợp chất hóa học ( acid
vô cơ, kiềm , muối amon , H2O2,, acid hữu cơ,thuốc
nhuộm màu, formaldehid, phenol , dietyl sulphat ,
acridin, iod....)



 Dựa vào kiểu

biến đổi cấu trúc gen: có 2

dạng đột biến
 -Đột biến điểm ( đột biến gen) là đột biến
gây bởi sự thay thế 1 cặp base này bằng một

cặp base khác. Đặc điểm đột biến điểm có thể
phục hồi được dòng ban đầu nhờ hiện tượng
tái
 -Đột biến đoạn: là đột biến gây ra do gãy cầu
nối hóa học giữa gốc đường và phosphat trong
phân tử ADN . Hậu quả là ADN có thể thêm
đoạn hay mất đoạn hay đảo đoạn. Độät biến
đoạn thường có biểu hiện thay đổi lớn , không
phục hồi được dòng ban đầu tổ hợp.








Nguyên nhân phát sinh đột biến
Cơ chế chung của quá trình phát sinh đột biến là các tác nhân gây đột biến tác
dụng lên cấu trúc gen và làm xảy ra những sai sót trong quá trình sao lại của
ADN .Trên mạch ADN, có những điễm dễ bò các tác nhân đột biến tác động hơn
những điểm khác, điểm đó được gọi là điểm nóng.
3.1.Một số hóa chất có thể là các tác nhân làm phát sinh đột biến.
Ví dụ1: chất 5.Bromuracin (Bu) là chất đồng đẳng với Thimin, có cấu tạo gần
giống nên có thể thay thế Thimin trong cặp A -T để tạo thành cặp A-Bu. Bản
thân sự thay thế A-T thành A-Bu không xảy ra đột biến. Sự đột biến xảy ra khi
quá trỉnh sao chép tiếp sau, khi đó xảy ra việc ghép đôi giữa Bu-G. Sau quá
trình sao chép tiếp , sẽ tạo thành 2 cặp G-C và và A-Bu. Như vậy sau quá trỉnh
sao chép cặp A-T sẽ được thay thế bởi cặp G-C. Lúc đó đột biến xảy ra.





(Do sự ghép đôi nhầm lẫn giữa T và Bu, mà qua 4 lần phân bào cặp AT bò thay
thế thành cặp CG)



4. Chọn lọc đột biến:
 Là tách tế bào đột biến ra khỏi quần thể . Cóù thể
để tự nhiên, vi khuẩn bò đột biến được tách ra khỏi
quẩn thể bình thường của chúng. Tuy nhiên hiện
tượng này khó xảy ra, vì tần số đột biến quá thấp ,
nên sau thời gian , vi khuẩn đột biến bò che lấp
trong quẩn thể. Tế bào đột biến chỉ bộc lộ khi tốc
độ phân chia của nó cao hơn gắp nhiều lần vi
khuẩn không bò đột biến.
 Để chọn lọc đột biến người ta thường dùng môi
trường nuôi cấy có chất ức chế các vi khuẩn không
bò đột biến , chỉ cho vi khuẩn đột biến mọc được .
Thí dụ: dùng môi trường có kháng sinh
streptomycin để chọn lọc vi khuẩn đột biến kháng
streptomycin



 5.






Sự thích nghi:

Ở vi sinh vật thường xảy ra hiện tượng biến đổi hình thái hay kiểu
trao đổi chất để thích nghi với môi trường mới. Hiện tượng này có
thể được con người áp dụng để huấn luyện vi sinh vật thích nghi
với môi trường mới bằng cách nâng dần mức độ biến đổi của mội
trường. Hiện tượng này còn được gọi là sự thích ứng.
Ví dụ: nuôi một loại vi khuẩn trong môi trường có kháng sinh mà
chúng rất nhạy cảm . Sau nhiều lần nuôi cấy, dần dần sẽ có một
chủng vi khuẩn sống được trong môi trường có kháng sinh trên.
Như vậy đã có hiện tượng vi khuản thích nghi với môi trường có
chứa kháng sinh ( hiện tượng lờn thuốc hay kháng thuốc kháng sinh
ở vi khuẩn).
Nguyên nhân sâu xa của hiện tượng thích nghi trên cũng là do
đột biến . Có nghóa là trong quần thể ban đầu ( trước khi vi khuẩn
tiếp xúc với kháng sinh) đã có một vài tế bào có đột biến gen và
có khả năng đề kháng được kháng sinh. Khi quần thể vi sinh vật
tiếp xúc với kháng sinh trong môi trường , thì các tế bào đột biến
đề kháng với kháng sinh sẽ có ưu thế phát triển mạnh , và dần dần
chiếm ưu thế trong quần thể, và cuối cùng dạng mới này (dạng đề
kháng kháng sinh ) có thể thay thế toàn bộ dạng ban đầu ( nhạy
cảm với kháng sinh).


ng dụng của đột biến vi sinh vật:
* Dùng ethylenin và bức xạ tử ngoại để

gây đột biến các chủng nấm sản xuất kháng
sinh penicillin với năng suất tăng cao hơn
gắp trăm lần chủng bình thường .

* Tạo đột biến về sinh hóa , làm ngăn trở
sự chuyển hóa a.asparagin thành homoserin ,
nhờ đó toàn bộ a.asparagin được dùng trong
sinh tổng hợp lisin . Làm tăng năng suất lisin
lên gắp 300 lần chủng ban đầu.



SỰ TÁI TỔ HP GEN Ở VI KHUẨN
(RECOMBINANTS)
Hiện nay người ta phát hiện có 3 con đường truyền
thông tin di truyền ở vi khuẩn , đó là :

* Biến nạp.

* Tải nạp .

* Tiếp hợp.
 Thông tin di truyền của vi khuẩn được truyền từ thể
cho sang thể nhận , ở đây có hiện tượng tái tổ hợp
(recombinants) giữa hệ gen cùa tế bào thể cho và
hệ gen của tế bào thể nhận.



1. Hiện tượng biến nạp ( transformation):

Đònh nghiã :

Biến nạp là sự biến đổi tính trạng của vi khuẩn
dưới ảnh hưỡng của sự xâm nhập một đoạn ADN lạ
từ môi trường bên ngoài . Đoạn ADN lạ này được
phóng thích từ một tế bào vi khuẩn khác ( vi khuẩn
cho ADN).

Ở đây sự biến nạp không cần tiếp xúc giữa hai
tế bào. Cơ chế nầy rất nhạy với enzim ADNase
(desoxyribonuclease) vì enzime này có thể thuỷ
phân các phân tử AND hoà tan .

Hiện tượng biến nạp được biết lần đầu từ thí
nghiệm của Griffith thực hiện trên chuột với phế
cầu khuẩn Pneumococcus.



* Thí nhiệm của Griffith ( 1928)











Griffith mhận thấy ở Pneumococcus có hai loại khuẩn lạc:
- Dạng gồ ghề( dạng R - rough) là các vi khuẩn không có lớp vỏ nhầy
- Dạng nhẳn ( dạng S- smooth): là các vi khuẩn có lớp vỏ nhầy.
Thí nghiệm được tiến hành như sau
- Tiêm Pneumococcus S1 cho chuột: chuột chết.
- Tiêm Pneumococcus R2 cho chuột : chuột không chết.
- Tiêm Pneumococcus S1 đã bò giết chết bởi nhiệt : chuột không chết.
- Trộn S1 đã chết với R2 còn sống, rồi tiêm vào chuột, chuột chết.
Từ con chuột bò chết này người ta phân lập được vi khuẩn S1 còn
sống. Vậy vi khuẩn R2 đã lấy một vật liệu nào đó của S1 đã chết để
biến thành S1 sống , và gây chết cho chuột.
Chất liệu đó là gì? Mãi tới năm 1943 mới được giải đáp bằng thí
nghiệm của Avery.


Thí nghieäm Griffith


Cơ chế hiện tượng biến nạp:















Tế bào vi khuẩn có thể cho ADN xâm nhập vào tế bào được là do
trong một giai đoạn tăng trưởng nào đó của tế bào, trên bề mặt của tế bào
có hiện diện những điểm tiếp nhận đặc biệt gọi là nhân tố dung nạp
(competent factor). Nhân tố này có khả năng tiếp nhận đọan ngắn ADN
từ môi trường bên ngoài để đưa vào bên trong tế bào vi khuẩn , nhờ đó
xảy ra tái tổ hợp.
Muốn thực hiện sự biến nạp cần phải có 2 điều kiện:
-Phải có trong môi trường các đoạn AND.
- Khả năng dung nạp ADN của vi khuẩn. nhận.
Không phải tất cả các vi khuẩn đều nhận ADN vào như nhau, mà
cần phải sử dụng một số chất để tạo lổ trên vách tế bào, giúp sự xâm
nhập dễ dàng của AND như: CaCl2 50 mM, LiCl....,
Quá trình biến nạp gồm 5 giai đoạn:
1. Sự tiếp xúc của đoạn AND lạ với tế bào nhận.
2. Sự xâm nhập của AND vào tế bào nhận.
3. Sự liên kết của AND lạvới đoạn tương đồng của nhiễm sắc thể tế bào
nhận.
4. Sự đồng hóa phân tử ADN lạ vào AND của tế bào nhận nhờ tái tổ hợp.
5. Sự nhân lên của nhiễm sắc thể có ADN biến nạp


 Quá trình biến nạp

gồm 5 giai đoạn:

 1. Sự tiếp xúc của đoạn AND lạ với tế bào nhận.

 2. Sự xâm nhập của AND vào tế bào nhận.
 3. Sự liên kết của AND lạvới đoạn tương đồng của

nhiễm sắc thể tế bào nhận.
 4. Sự đồng hóa phân tử ADN lạ vào AND của tế
bào nhận nhờ tái tổ hợp.
 5. Sự nhân lên của nhiễm sắc thể có ADN biến
nạp


2. Hiện tượng tải nạp ( Transduction):
 * Đònh nghóa:

Đó là sự truyền chất liệu di truyền từ tế bào vi
khuẩn cho sang tế bào vi khuẩn nhận qua trung
gian của thực khuẩn thể (bacteriophage_ phage).

Trong trường hợp này phage đóng vai trò là
một phage tải nạp. Phage tải nạp là một phage ôn
hòa chỉ chiếm một phần nhỏ (10-5- 10-8) trong
quần thể.

Hiện tượng tải nạp đã được Zinder và
Lederberg phát hiện năm 1952 trong khi nghiên
cứu lai các loài Salmonella.




* Cơ chế tải nạp :

Tải nạp là quá trình truyền những đoạn ADN từ vi
khuẩn cho sang vi khuẩn nhận nhờ một prophage:

- Prophage xâm nhập vào hệ gen của vi khuẩn thứ
1 ( vi khuẩn cho ADN) .

-Sau đó xảy ra sự tách bất bình thường ra khỏi hệ
gen của vi khuẩn, chúng mang theo một phần hệ gen của
tế bào chủ, sinh sản nhanh chóng và phá vở tế bào chủ
ra ngoài và trở thành nhân tố tải nạp.

-Nhân tố tải nạp này sẽ mang ADN của vi khuẩn thứ
1 truyền cho một vi khuẩn thứ 2 , vi khuẩn nhận ADN.

- Tiếp theo là hiện tượng tái tổ hợp để gắn đoạn ADN
tải nạp của thực khuẩn thể vào hệ gen của vi khuẩn
nhận.



 *Tải nạp chung:


Là trường hợp virus tải một đoạn nhỏ
ADN bất kỳ của vi khuẩn cho vào tế bào vi
khuẩn nhận và sau đó thực hiện sự tái tổ hợp
để gắn ADN này vào bộ gen của vi khuẩn
nhận.