Di truyền học vi khuẩn

Di truyền học Vi khuẩn


Khái niệm
Di truyền: là đặc tính chung của mọi

sinh vật, giữ lại và truyền cho con cháu
những đặc điểm về cấu tạo và phát
triển của tổ tiên.
Biến dị: là đặc tính chung của mọi sinh

vật, có thể mang những sự khác biệt
về nhiều chi tiết so với bố mẹ của
chúng và với các cá thể khác cùng loài.


CƠ SỞ VẬT CHẤT DI TRUYỀN
CỦA VI KHUẨN
ADN nhiễm sắc thể, ARN và protein :

→ ARN → Protein
Sao chép (tự sao): Là quá trình tổng
hợp vật chất di truyền (ADN ở các vi
sinh vật hoặc ARN của một số virus).
AND → ARN: phiên mã
ARN → AND: phiên mã ngược (virus)
Dịch mã: mARN→Ribosome→tARN → Protein
ADN

Khái niệm và phân loại
Plasmid

Khái niệm: Plasmid là một phân tử ADN, có

cấu trúc khép lại thành vịng trịn độc lập, có
khả năng tồn tại và nhân lên một cách độc
lập với hệ gen của tế bào chủ và tương tác,
hoạt động vững bền với tế bào chủ.
Giữa chúng và hệ gen tế bào chủ có những
sự tương tác cộng sinh và chi phối lẫn nhau.
Do vậy plasmid của loại vi khuẩn nào chỉ
thích nghi với loại vi khuẩn đó.
Vi khuẩn chỉ tiếp nhận những plasmid mà
chúng là tế bào chủ của các loại plasmid đó.



Plasmid
Phage cũng có thể được coi là

plasmid, nếu xét về mặt cấu trúc, bởi
chúng cũng là những ADN vịng khép
kín, độc lập, nhưng xét về mức độ cộng
sinh thì phage không đáp ứng được
yêu cầu này.
Phage khi xâm nhập vào vi khuẩn,
nhân lên và sau đó phá hủy tế bào
chủ. Tiếp tục gây nhiễm các tế bào
khác. Vì vậy chúng khơng phải là

plasmid theo đúng nghĩa của nó.


Phân loại plasmid
Nhóm plasmid R: là loại plasmid chứa một

hay nhiều gen có khả năng sản xuất các
loại men có khả năng phân giải kháng sinh
thành sản phẩm vô hoạt.
VD Như plasmid Col: là các loại plasmid

chứa các gen sản xuất kháng sinh colicin
giúp cho vi khuẩn chống lại vi khuẩn khác.
Plasmid F: quy định sự tổng hợp pili giới

tính cho vi khuẩn.



Vận chuyển và tái tổ hợp thông
tin di truyền
Tế bào nhân thật khi thụ tinh, các bộ gen

đơn bội kết hợp với nhau tạo thành một
hợp tử lưỡng bội
Chuyển nạp: Chuyển nạp là sự biến đổi
genotype của vi khuẩn, dưới ảnh hưởng
của ADN nhận được từ vi khuẩn cho.
Chuyển nạp tự nhiên: là hiện tượng chuyển nạp xẩy ra

khi nuôi cấy vi khuẩn trong điều kiện bình thường.
Chuyển nạp nhân tạo: nhiều vi khuẩn khi ni cấy
trong biều kiện bình thường không xẩy ra chuyển nạp.
Nhưng khi ủ tế bào trong dung dịch cation hóa trị hai
với nồng độ cao thì xẩy ra hiện tượng chuyển nạp.



Điều kiện chuyển nạp
Vi khuẩn cần chuyển nạp, phải ở trong trạng thái

tiếp thu (khoảng 10-15% tế bào của quần thể,
thông thường ở giai đoạn sinh trưởng giảm)
Chỉ xuất hiện trong điều kiện nuôi cấy nhất định,
thay đổi tùy theo loài vi khuẩn (pH, nhiệt độ,
thăng bằng ion, khuấy lắc,...).
Sự thay đổi của thành tế bào là điều kiện cần
thiết cho sự xâm nhập của ADN.
Kích thước và số lượng của ADN: hiện tượng
chuyển nạp chỉ xẩy ra với các đoạn ADN có trọng
lượng phân tử vừa phải, từ 10 5-107.
Số thụ thể (receptor) trên bề mặt tế bào
Thành phần mơi trường: phosphat, cazein,…
Nhiệt độ thích hợp là 29-32 0C. (Video)


Tải nạp
Tải nạp là sự truyền đi một mảnh nhỏ nguyên

liệu di truyền, từ một vi khuẩn cho đến một vi

khuẩn nhận qua một vài trung gian là một
phage vi khuẩn.
Gọi là phage vectơ hoặc phage tải nạp
Phage của vi khuẩn hoặc phage là những mảnh
có tính chất của virus nhưng ở mức độ phân
hóa sâu sắc hơn, có thể hòa tan vi khuẩn.
Những phage độc như phage T2, T3, T4, T5 phá
hủy nhanh chóng cấu trúc của nhiễm sắc thể
Một phage ''ơn hịa'' khơng có đủ hoạt lực để
làm dung giải ngay tất cả vi khuẩn được trộn
với những mảnh phage này.



Sự sinh tan
Quá trình sinh tan - Tiền phage: trong quá trình sinh

tan, ADN của phage hoặc một đoạn sao lại của nó tái
tổ hợp vào một vùng đặc hiệu trên NST của vi khuẩn.
Hệ gen của phage tái tổ hợp vào NST của vật chủ
hoặc thâm nhập vào và tồn tại ở dưới dạng tiền
phage vài phút sau khi xâm nhập.
Tiền phage (tiền thực khuẩn thể) không phải là một
thực khuẩn thể hoàn chỉnh mà chỉ là một genotype
của phage trong thành phần liên tục của NST vi
khuẩn.
Tiền phage sao lại (nhân đôi) cùng một lúc với NST
của vi khuẩn và truyền sang những tế bào con trong
nhiều thế hệ liên tiếp.
Những vi khuẩn đã tiếp thu đặc tính dung túng một

tiền phage trong NST của chúng và duy trì khả năng
sản sinh phage cho các thế hệ sau gọi là sự sinh tan.


Các kiểu tải nạp
Tải nạp chung hay tải nạp không đặc hiệu:

Là kiểu tải nạp do những phage tải nạp có
thể truyền đi các tính trạng rất khác nhau
từ vi khuẩn này sang vi khuẩn khác cùng
loài.
Tải nạp đặc hiệu: Đó là sự tải nạp do phage

chỉ có khả năng tải nạp một tính trạng di
truyền, do ADN của phage tải nạp chỉ kết
hợp với một đoạn xác định của hệ gen vi
khuẩn


Cơ chế chung của tải nạp
Tải nạp là quá trình truyền những đoạn ADN từ

tế bào cho sang tế bào nhận nhờ phage.
Phage và vi khuẩn tiếp xúc với nhau. Phage phá

vỡ tế bào vi khuẩn và đi vào tế bào chất của vi
khuẩn, lấy cắp ADN của vi khuẩn và chui ra.
Đem ADN cho vi khuẩn thể nhận khác.
Mỗi phage có đặc hiệu riêng với một loại vi

khuẩn.
Đoạn ADN của tế bào cho được gắn lên ADN của

phage thông qua hiện tượng trao đổi chéo.


Ứng dụng của q trình
tải nạp

Tải nạp đã giúp ích rất nhiều cho việc phân tích

bản chất phức tạp của những vùng ADN mà người
ta gọi là gen, tức là những vùng riêng biệt kiểm
sốt một tính trạng
Tải nạp là phương pháp phân tích di truyền học
có hai ưu điểm lớn như sau:
Phát hiện được những hiện tượng như hiện tượng tái
tổ hợp xảy ra giữa hai thể dị dưỡng khơng giống hệt
nhau, thậm chí trong trường hợp tải nạp được thực
hiện với tần số rất thấp.
Trong tải nạp ngừng trệ, có tính trạng giống như trạng
thái dị hợp tử ở sinh vật bậc cao, nghĩa là trong cùng
một tế bào, có thể có những gen giống hệt nhau
mang những biến đổi khác nhau.


Giao nạp (tiếp hợp)
Giao nạp ở vi khuẩn là sự kết hợp nhất thời

của hai tế bào có kiểu bắt cặp đối nhau,

được tiếp nối bằng cách 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.
Kiểu sao chép sigma (σ ) được vi khuẩn sử
dụng trong giao nạp để truyền phân tử ADN
dạng thẳng sang tế bào khác.


Biến dị ở vi khuẩn
Những biến đổi nhằm thích nghi của vi sinh vật đối

với ngoại cảnh, đó chính là sự biến dị vi sinh vật.
Các loại biến dị:
Biến dị phenotype: Là những biến dị về các tính trạng bên

ngồi, tạm thời thuận nghịch khơng ổn định trong tồn bộ quần
thể vi sinh vật. Biến dị xuất hiện do sự tác động của những
nhân tố ngoại cảnh
Biến dị genotype - sự đột biến: đột biến là sự sai khác của
con cái với bố mẹ về kiểu gen liên quan đến vật chất di truyền,
là những thay đổi cơ sở vật chất di truyền ở mức phân tử. Đột
biến mang tính chất di truyền, gián đoạn, hiếm, ngẫu nhiên,
độc lập, đặc hiệu.
Biểu hiện của đột biến: Thay thế một đôi base khác (đột
biến điểm), Cắt bộ khung pentose-phosphat của ADN sẽ gây
tổn hại, hoặc đảo ngược đoạn giữa hai điểm cắt (đột biến đoạn)


Nguyên nhân gây đột biến

Ngẫu nhiên: chưa biết rõ nguyên nhân này, có lẽ

do sai sót ngẫu nhiên khi liên kết giữa các nu bị
thay đổi một cách ngẫu nhiên.
Vật lý (tia tử ngoại (UV) gây đột biến điểm),...
Hóa học: ethidium bromide, acid, các hóa chất
khác,...
Sinh học:
Các dạng đột biến thường gặp:
Đột biến ngẫu nhiên: các đột biến mà không cần có

sự can thiệp của thực nghiệm
Đột biến cảm ứng: Có thể nâng cao tần số đột biến
bằng cách xử lý tế bào bằng các tác nhân gây đột biến


ỨNG DỤNG KỸ THUẬT DI TRUYỀN
TRONG CHẨN ĐOÁN BỆNH TRUYỀN
Quy trình thường quy để chẩn đốn bệnh do vi
NHIỄM
sinh vật

Bệnh phẩm → Môi trường nuôi cấy khởi đầu →

Nuôi cấy vào mơi trường tăng sinh
 3- Nghiên cứu hình thái, sinh lý, sinh hóa

4- Nghiên cứu tính gây bệnh
 5- Nghiên cứu type huyết thanh học


6- Thử kháng sinh đồ
 7- Kết luận:
- Căn nguyên, loài, type vi khuẩn gây
bệnh

- Khả năng sử dụng kháng sinh

- Nguồn gốc dịch (nếu có dịch)


Phương pháp nhân bản ADN (PCR: polymerase

chain reaction)