- Trang Chủ
- Sinh học
- Bài giảng Vi sinh vật đại cương: Chương 5 - TS. Nguyễn Thị Tuyết Lê
Xem mẫu
- 5.1. Vật chất di truyền của VSV
5.1.1. Vi khuẩn
Chương V DNA trong genom của TB nhân sơ được tìm thấy dưới
hai dạng cấu trúc: nhiễm sắc thể và các plasmid
a. Nhiễm sắc thể
• Thể nhân của VK là một NST cấu tạo từ một phân tử DNA
xoắn kép (gồm hai mạch xoắn), khép kín (không có đầu tự
DI TRUYỀN HỌC VI SINH VẬT do), phân bố trong tế bào chất.
• Mỗi tế bào VK chỉ có một thể nhân duy nhất
• Cấu trúc DNA của VK gồm hai chuỗi polymer. Mỗi chuỗi
được cấu tạo từ bốn loại monomer có cấu trúc tổng quát
gồm ba thành phần: bazơ nitơ dị vòng (dẫn xuất purine
hoặc pyrimidine), đường deoxyribose (C5) và Acid
phosphoric.
• Ở DNA, có bốn loại nucleotide: adenine (A), thymine (T),
guanine (G) và cytosine (C) (hay xitôzin)
1 2
Vật chất di truyền (DNA) của vi khuẩn b. Plasmid
b. Plasmid
• là cấu trúc gồm chuỗi ADN xoắn kép khép vòng tách rời
với cấu trúc nhiễm sắc thể của tế bào.
• Kích thước của 1 plasmid giao động từ 1 – hơn 400 kilo
base pairs (kbp). Số lượng plasmid giao động từ 1 -hàng
trăm bản copy trong cùng 1 tế bào
• Plasmid có thể chứa các gen hoặc nhóm gen mang các ưu
Prokaryotic chromosomes thế chọn lọc của tế bào vi khuẩn mang chúng, ví dụ gen
kháng kháng sinh.
3 4
Vai trò của plasmid
• Một số loại plasmid:
Mang các gen sx kháng sinh, đồng thời cũng sản sinh các
- Plasmid kháng thuốc R-plasmid (Resistance gen kháng lại kháng sinh lây lan tính kháng thuốc trong
plasmid), mang các gene có khả năng kháng lại kháng cộng đồng
sinh hay các chất độc.
Mang các gen liên quan đến chuyển hóa/phân hủy các chất
- Plasmid giới tính (Fertility plasmid): mang các gene thải trong môi trường
vận chuyển có vai trò quan trọng trong quá trình tiếp Ở một số VK gây bệnh cho người và động vật, plasmid chứa
hợp chuyển gen giữa các VK một số gen sản xuất các loại độc tố và các protein có hoạt
- Col-plasmid: chứa gene mã hóa cho sự tổng hợp colicin tính cao có chức năng tăng cường độc lực cho vi khuẩn.
là một protein có thể giết chết các vi khuẩn khác. Nhiều plasmid có lợi ví dụ như plasmid có trong vi khuẩn
- Plasmid phân hủy (Degradative plasmid): giúp phân cố định ở nốt sần cây họ đậu, có khả năng tạo cho các vi
hủy các hợp chất hữu cơ chết từ động, thực vật sử khuẩn nốt sần thu nhận nitơ khí trời để sản xuất protein.
dụng dụng trong sinh tổng hợp để tạo năng lượng Sử dụng trong liệu pháp gen: chuyển gen thay thế gen bệnh
- Plasmid mang độc tính (Virulence plasmid):giúp cho trong điều trị bệnh ở người
vi khuẩn có khả năng gây bệnh. Sử dụng trong công nghệ tái tổ hợp DNA: vận chuyển thuốc
(insulin)
5 6
1
- Plasmid và episome
c. Episome
• Episomes là những plasmid có khả năng gắn xen vào DNA
nhiễm sắc thể của sinh vật chủ.
• Nhờ khả năng này, chúng có thể tồn tại trong một thời gian
dài, được sao chép cùng lúc với DNA nhiễm sắc thể khi tế
bào phân chia, và trở thành một phần trong bộ máy di
truyền của tế bào.
• Episome có trọng lượng phân tử lớn, tối thiểu 62kbp.
• Virus được coi là 1 episome
• F factor (Fertility factor- F plasmid) tồn tại ở 3 dạng: F+,
Hfr và F primer
• Các gen nhảy (transposons)
7 8
5.1.2. Vật chất di truyền ở virus
Mỗi loại virus chỉ chứa một loại acid nucleic: DNA
hoặc RNA, chuỗi đơn hay chuỗi kép, dạng sợi thẳng
hay dạng vòng.
Virus bé nhất khoảng 4 gene và lớn nhất khoảng vài
trăm gene.
Bản chất của hiện tượng di truyền là ADN hoặc ARN
có khả năng tự nhân lên, quá trình này được gọi là quá
trình tự sao chép. Sau đó ADN được dùng để làm
khuôn tổng hợp ARN trong quá trình phiên mã.
Một số loại virus thông tin di truyền nằm trong ARN vì
vậy để có thể lắp genom của bản thân vào NST của TB,
virus phải tổng hợp ra ADN trung gian từ sợi khuôn
ARN. Quá trình này được gọi là quá trình phiên mã
ngược, cuối cùng, sinh tổng hợp protein diễn ra trên
phức hợp bao gồm sợi mARN, ribosome. 9 10
5.1.3. Vật chất di truyền ở VSV nhân thật 5.2. Các phương phức vận chuyển thông tin di
truyền
Là acid nucleic DNA, RNA: DNA mang mật mã thông tin di
truyền trong khi RNA tham gia chuyển hóa mật mã này thành 5.2.1. Ở vsv nhân thật
protein mà thể hiện tính trạng. Khi thụ tinh, các bộ gen đơn bội kết hợp với nhau hợp tử
Điểm khác biệt lớn giữa VSV nhân thật và VSV nhân sơ là lưỡng bội. Qua các quá trình nguyên phân liên tiếp, ở hợp tử
nhân thật có màng nhân và genome thường gồm hai bộ (lưỡng diễn ra sự tái tổ hợp giữa hai bộ gen (hình thành các bắt chéo,
bội) hoặc đôi khi nhiều hơn nhiễm sắc thể (ở thực vật: tam xảy ra khi NST tương đồng tiếp hợp). Trong quá trình này, NST
bội, tứ bội, đa bội) cũng cấu tạo từ DNA xoắn kép nhưng đứt ra và nối tại các điểm tương ứng.
không khép kín (có đầu tự do) Vì thế nguyên liệu di truyền được trao đổi giữa các nhiễm sắc tử
Tuy nhiên ở nhiều nấm và thực vật NST ở thể đơn bội. Thể với nhau. Trao đổi chéo là một sự kiện ngẫu nhiên dẫn đến tái tổ
đơn bội này ở nhiều nấm tồn tại song song với thể lưỡng bội hợp di truyền và vì thế làm nảy sinh các hệ gen mới.
và dạng tế bào song nhân - có hai nhân đơn bội riêng rẽ. Trao đổi chéo có thể xẩy ra bất kỳ nơi nào trên NST. Các giao
Bên cạnh genome nhiễm sắc thể (ở trong nhân), ở các tử chứa tổ hợp gen mới gọi là kiểu tái tổ hợp với nhau và sự
eukaryote còn có hệ thống tín hiệu di truyền khác là DNA giảm phân (phân bào giảm nhiễm) thành bộ gen đơn bội (giao
trong các ty thể và lạp thể. 11
tử). 12
2
- 5.2.2. Ở vi khuẩn
• Chỉ một phần phân tử ADN được chuyển từ TB cho
sang TB nhận, do đó sẽ xuất hiện các hợp tử một
phần.
• ADN của TB nhận và một phần ADN của TB cho
ghép đôi và trao đổi đoạn. Khi phân chia nhân và phân
bào tiếp theo sẽ xuất hiện một TB chỉ chứa một nhiễm
sắc thể đã tái tổ hợp.
• Tùy theo cách vận chuyển ADN, ta phân biệt ba kiểu
vận chuyển tính trạng di truyền ở vi khuẩn: biến nạp,
tải nạp và tiếp hợp, sau khi ADN được chuyển, trong
tế bào nhận sẽ diễn ra tái tổ hợp. ADN của TB cho lắp
vào ADN của TB nhận (sự tái tổ hợp).
13 14
a. Biến nạp (Transformation)
• Là sự vận chuyển ADN hòa tan của NST thể từ vk cho sang
vk nhận.
• Khi tế bào vk bị vỡ do bị dung giải (lysis), ADN dạng vòng
tròn của chúng thoát ra môi trường thành các đoạn thẳng
với chiều dài khác nhau, có khả năng gây biến nạp cho các
tế bào nhận khác.
• Griffith năm 1928 đã khám phá sự biến nạp ở phế cầu
bằng thí nghiệm sau ở chuột nhắt
Thí nghiệm của Griffith: Tiêm cho chuột chủng phế cầu
khuẩn độc lực S (có giáp mô) và chủng không có độc lực dạng
R (không có giáp mô)
15 16
• 1944 O. T. Avery, McCleod và McCarty làm
lại thí nghiệm của Griffith và phát hiện ra
rằng, khi chuột được tiêm vi khuẩn R trộn lẫn
với giáp mô của vi khuẩn dạng S đã được xử lý
chuột thì chuột không chết. Nhưng khi tiêm vk
dạng R trộn lẫn với NST của vk dạng S thì
chuột chết
NST của phế cầu khuẩn dạng S là nguyên nhân
của sự biến nạp chứ không phải là giáp mô
Sự biến nạp của vi khuẩn liên quan đến sự
truyền một phần DNA từ tế bào vk chết (tb cho-
Một số nhân tố được gọi là “nhân tố biến nạp” đã được donor) cho tb vk sống (tb nhận-recipient). Quá
truyền từ phế cầu khuẩn dạng S sang PCK dạng R, làm biến trình này được gọi là tái tổ hợp
đổi TB R thành TB dạng S, có độc lực 17 18
3
- • Điều kiện để có biến nạp: Các giai đoạn của quá trình biến nạp
Vi khuẩn cần chuyển nạp phải ở trong một tình trạng sinh Sau khi xâm nhập, phân tử ADN sợi kép bị enzyme
lý đặc biệt gọi là khả nạp (competence). endonuclease cắt ở màng tế bào thành đoạn ngắn sợi đơn
Kích thước và số lượng của ADN: hiện tượng chuyển nạp và đi vào nguyên sinh chất.
chỉ xẩy ra với các đoạn ADN có trọng lượng phân tử vừa Đoạn ADN sợi đơn kết đôi với ADN của TB nhận ở đoạn
phải, từ 105 -107. Mỗi đoạn ADN chuyển nạp tương đương tương đồng rồi tái tổ hợp; bằng cách đó ADN biến nạp
với một đoạn 1/200-1/500 hệ gen của tế bào cho. Có nghĩa là kết hợp vào NST của TB nhận.
phải chia nhỏ chuỗi ADN của tế bào cho ra 200-500, đoạn NST tái tổ hợp là phân tử ADN sợi kép của TB nhận
nhỏ các đoạn này mới có khả năng chuyển nạp. trong đó một đoạn ngắn của một sợi được thay thế bằng
Thành phần môi trường cũng ảnh hưởng đến tần số chuyển một đoạn ADN của TB cho.
nạp. Ví dụ có albumin và phosphat trong môi trường làm Ơ các vi khuẩn, bình thường không xẩy ra biến nạp
tăng tần số chuyển nạp, trái lại casein làm giảm tần số nhưng khi được cảm ứng trong phòng thí nghiệm thì sẽ
chuyển nạp. xẩy ra biến nạp.
Nhiệt độ thích hợp là 29-32oC. Ví dụ: vi khuẩn E. coli khi xử lý bằng dung dịch
CaCl2 và bảo quản lạnh thì xẩy ra biến nạp.
19 20
b. Tải nạp (Transduction) Các kiểu tải nạp
• Tải nạp là sự vận chuyển ADN từ vi Tải nạp chung hay tải nạp không đặc hiệu
khuẩn cho đến vi khuẩn nhận nhờ
phage (thực khuẩn thể). • Xảy ra khi phage tải nạp có thể mang bất kỳ gen nào
• Thí nghiệm của Zinder và từ VK cho chuyển sang cho VK nhận
Lenderberg chứng minh phage là Tải nạp đặc hiệu
nhân tố chuyển gen
TN của Zinder và Lederberg:
• Đó là sự tải nạp mà phage chỉ có khả năng tải nạp một
Nhánh A: VK Salmonella không bị tính trạng di truyền, do ADN của phage tải nạp chỉ
đột biến có genotype Trp+ (có khả kết hợp với một đoạn xác định của hệ gen vi khuẩn
năng tổng hợp Tryptophan). • Ví dụ: phage λ của E. coili K12, phage này làm tan
Nhánh B: VK Salmonella đột biến
có genotype Trp- (không có khả
những nòi dại của E. coli K12 chỉ có thể tải nạp đoạn
năng tổng hợp Tryptophan). DNA xác định hoạt tính và tạo thành enzyme lên men
Sau thời gian nuôi nhánh B xuất galactoza (Gal+) từ nòi E. coli Gal+ sang nòi E. coli
hiện vk có khả năng tổng hợp Gal-
tryptophan Trp+
21 22
c. Tiếp hợp (Conjugation)
• Tiếp hợp là hiện tượng vận chuyển vật chất thông tin di
truyền từ VK cho sang VK nhận khi hai VK tiếp xúc với
nhau.
• Tiếp hợp đơn giản qua pili giới tính (sex pili) của vi
khuẩn mang F+ plasmid truyền vật chất di truyền cho vi
khuẩn nhận F-
• Tiếp hợp thường xảy ra giữa những VK cùng loài nhưng
cũng có thể xảy ra giữa những VK khác
23 24
4
- 5.3. BIẾN DỊ b. Biến dị về dạng khuẩn lạc
5.3.2. Biến dị kiểu hình - Được coi là biến dị gây ra bởi điều kiện môi trường.
• Là những biến dị về các tính trạng bên ngoài, tạm thời, - Do những tổn thương trong cấu trúc của TB vi khuẩn có
thuận nghịch và không ổn định của quần thể vsv. thể tạo nên những biến dạng của khuẩn lạc
• Biến dị xuất hiện do sự tác động của các nhân tố ngoại cảnh Ví dụ: Những vi khuẩn cùng loài khi phát triển trên
• Những biến dị này xuất hiện chậm và mất đi khi các yếu tố môi trường đặc có thể hình thành khuẩn lạc láng
làm xuất hiện chúng mất đi do đó đây là biến dị không di (dạng S) hoặc nhám (dạng R). Trong một số điều kiện
truyền. nuôi cấy sẽ tạo ra khuẩn lạc trung gian không ổn định
a. Biến dị hình thái vsv như khuẩn lạc con, KL lùn nhỏ, khuân lạc G mọc trên
mặt, khuẩn lạc L mọc ở rìa khuẩn lạc bình thường, khuẩn
Hình thái của vsv có thể thay đổi do ảnh hưởng của những lạc lớn nhầy…
yếu tố khác nhau:
- Thành phần hóa học của môi trường - Một số vsv có biến dị về màu sắc khuẩn lạc khi nuôi cấy
trên môi trường chọn lọc (Serratea marcesceus) hoặc sinh
- Điều kiện nuôi cấy (pH, nhiệt độ, áp suất…) sắc tố làm biến đổi màu sắc của môi trường
- Những chất độc (chất sát trùng, kháng sinh…) 25 26
5.3.3. Biến dị kiểu gen
• Đột biến tự phát (ngẫu nhiên)
• Là những biến đổi đột ngột xảy ra ở vật chất di - đột biến xuất hiện trong môi trường nuôi cấy một cách
truyền như ADN (Thay 1 cặp nucleotide; Mất tự nhiên, không cần có nhân tố cảm ứng
Nucleotide; Chèn thêm nucleotide; Đảo trình tự - Đột biến không đồng loạt, không xác định thời gian,
Nucleotide) hoặc ở NST (mất đoạn; đảo đoạn; lặp có tỷ lệ thấp
đoạn; chuyển đoạn tương hỗ) - Tác nhân gây đột biến: sự thay đổi môi trường không
- Đột biến xảy ra đột ngột, không xảy ra liên tục, độc kiểm soát được (sự tích lũy các sản phẩm trao đổi
lập với môi trường xung quanh và có tính di truyền chất…)
cố định • Đột biến cảm ứng
- Hậu quả của đột biến ở gen gây nên biến đổi về - Xuất hiện do các tác nhân cảm ứng vật lý, hóa học…
kiểu gen và kiểu hình - Có sự biến đổi trình tự xắp xếp các axit nucleic
- Có hai loại đột biến: Đột biến ngẫu nhiên và Đột - Có tần số biến dị cao
biến cảm ứng (có mặt tác nhân gây đột biến) 27 28
- Tần số xuất hiện những thể đột biến hoặc tỷ lệ cá • Nguyên nhân gây đột biến
thể đột biến ở 1 thời điểm trong 1 quần thể vsv
+ Ngẫu nhiên: chưa biết rõ nguyên nhân này, có
không cao, phụ thuộc vào: Tần số đột biến và khả
lẽ do sai sót ngẫu nhiên khi liên kết giữa các
năng điều chỉnh tỷ lệ các tế bào đột biến
nu bị thay đổi một cách ngẫu nhiên.
+ Tần số đột biến: xác xuất mà 1 TB trong một thế + Tác nhân Vật lý: tia tử ngoại (UV) gây
hệ có sự đột biến về gen. thymine dimer; tia phóng xạ Đột biến ADN
Đột biến 1 tính trạng (tự phát): 10-4 – 10-5 + Tác nhân Hóa học: Thuốc trừ sâu, thuốc diệt
cỏ, chì, thủy ngân … gây rối loạn cấu trúc
Đột biến kép (2 tính trạng): 10-9
NST
+ Sự điều chỉnh tỷ lệ thể đột biến: Xuất hiện thể + Tác nhân virus: Một số virus gây đột biến
đột biến ngược ở mỗi thế hệ tiếp theo để giữ cho tỷ NST như Sarcoma virus, Herpes virus gây
lệ thể đột biến cố định đứt gãy NST
29 30
5
- 5.4. Vai trò của di truyền vsv b. Tạo các giống cây trồng, vật nuôi để nâng cao năng suất
và chất lượng sản phẩm
Giải mã các bộ gen của VSV và các sinh vật khác (genetic
mapping)
Có vai trò trong lây lan các plasmid kháng thuốc ở vi
khuẩn
Nghiên cứu những đặc tính chức năng của vi khuẩn mà
không thể nghiên cứu bằng tiếp hợp được
Ví dụ: đã phát hiện và kiểm soát những gen hình
thành giáp mô, sự đề kháng với kháng sinh, nghiên cứu quá
trình hình thành nha bào, …
Gây đột biến cảm ứng đối với các VSV tạo ra các chủng
vi sinh vật mới có khả năng sản xuất nhiều loại sản phẩm
sinh học như: axitamin, protein, vitamin, enzyme,
hoocmon, kháng sinh... trên qui mô công nghiệp
Ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm y dược: vaccine,
31 32
kháng thể đơn dòng…
Ôn tập chương 5
1. Cơ sở vật chất thông tin di truyền ở Vi khuẩn
2. Phương thức vận chuyển vật chất thông tin di
truyền ở vi khuẩn
3. Biến dị kiểu hình và biến dị kiểu gen: đặc
điểm, nguyên nhân, ví dụ
4. Vai trò của di truyền vi sinh vật
33
6
nguon tai.lieu . vn
