Di truyền học vi sinh vật

CHƯƠNG 8 DI TRUYỀN HỌC VI SINH VẬT 1. DI TRUYỀN HỌC VIRUS - Được phát hiện vào cuối thế kỷ 19. - Đặc điểm cấu tạo: acid nucleic được gói trong một vỏ protein. 1.1. Cấu tạo virus - Bộ gen rất đa dạng: DNA mạch kép, DNA mạch đơn, RNAmạch kép hay RNAmạch đơn. - Bộ gen thường là một phân tử acid nucleic dạng vòng tròn hay thẳng. - Virus nhỏ nhất có khoảng 4 gen, virus lớn nhất có khoảng vài trăm gen. - Vỏ protein (capsid) có dạng hình que, hình ống xoắn, hình đa diện hay phức tạp. - Vài loài virus có các cấu trúc phụ . - Một số virus (virus cúm, virus động vật) có màng bao bên ngoài vỏ capsid. Cấu tạo virus HIV 1.2. Sự sao chép của virus - Virus là sinh vật ký sinh nội bào bắt buộc: chỉ biểu hiện gen và sinh sản trong một tế bào sống khác. - Tạo ra hàng trăm, hàng ngàn virus mới trong mỗi thế hệ. - Sử dụng enzyme, chất dinh dưỡng, ribosome và các nguồn khác trong tế bào ký chủ để tạo ra nhiều bản sao của bộ gen và protein vỏ. - Các virus mới hình thành do sự ghép các bộ phận lại với nhau. - Virus mới phá vỡ tế bào ký chủ thoát ra ngoài và tìm đến những tế bào mới. Chú ý: - Nếu bộ gen của virus là DNA mạch kép: sự sao chép giống như sao chép của DNA của tế bào - Nếu bộ gen của virus là DNA mạch đơn hay RNA mạch đơn: trong bộ gen của virus có gen tạo ra enzyme cho sự sao chép 1.3. Bacteriophage - Là virus của vi khuẩn (phage hay thực khuẩn thể). - Cấu tạo gồm ba phần: + Capsid là một đầu đa diện bọc lấy vật chất di truyền. + Bao đuôi hình ống dài làm bằng protein . + Sợi gốc dài bám vào tế bào vi khuẩn khi gây nhiễm. - Phage được ký hiệu là T1, ...., T7. - Sinh sản theo chu trình tan hoặc tiềm tan. Bacteriophage a. Chu trình tan Phage sinh sản theo chu trình tan là phage làm chết tế bào ký chủ (phage độc (virulent)). - Các sợi đuôi của Phage T4 bám vào bề mặt của tế bào E. coli. - Ống đuôi co lại tạo lỗ thủng trên vách tế bào. - Bơm DNA vào tế bào ký chủ. - DNA của tế bào ký chủ bị enzyme của T4 phân cắt thành các nucleotide và được dùng để sao chép DNA của T4 . - Các protein của capsid được tổng hợp thành 3 phần riêng, tự ráp lại với nhau và ghép với DNA mới được sao chép. - Lysozyme được tạo ra để phá vách tế bào ký chủ cho các phage mới thoát ra ngoài. - Toàn bộ chu trình diễn ra trong khoảng 20 – 30 phút ở 37oC. - Số lượng phage T4 tăng lên hàng trăm lần. b. Chu trình tiềm tan - Virus sinh sản mà không làm chết tế bào ký chủ (phage ôn hoà (temperate virus)). - Có khả năng sinh sản theo chu trình tan và chu trình tiềm tan. + Phage gắn vào bề mặt tế bào và bơm DNA vào tế bào ký chủ + DNA phage tạo thành vòng tròn và tham gia vào chu trình tan của phage T4 hoặc gắn vào nhiễm sắc thể của ký chủ (prophage) để đi vào chu trình tiềm tan. - DNA của prophage được nhân lên khi tế bào ký chủ sinh sản và phân chia về các tế bào con giống như DNA của ký chủ  một tế bào vi khuẩn nhiễm phage sẽ nhanh chóng sinh ra nhiều tế bào vi khuẩn nhiễm phage. - Đôi khi prophage bị tách ra khỏi DNA của ký chủ, trở nên độc lập và bắt đầu chu trình tan. 2. DI TRUYỀN HỌC VI KHUẨN 2.1. Hiện tượng biến nạp - Là hiện tượng truyền thông tin di truyền bằng DNA. a. Điều kiện: - Tế bào nhận phải có trạng thái sinh lý đặc biệt để có thể nhận được DNA của thể cho (khả năng dung nạp). - DNA của thể cho phải là mạch kép. - Đoạn biến nạp bằng khoảng 1/200 bộ gen vi khuẩn. b. Cơ chế phân tử - Sợi DNA mạch kép của vi khuẩn S chui qua màng tế bào của vi khuẩn R . -Một mạch của S sẽ bị nuclease của tế bào R cắt, mạch còn lại vẫn giữ nguyên. - DNA của tế bào R tách rời hai mạch ở một đoạn để bắt cặp với đoạn DNA còn nguyên vẹn của S. - DNA lai sẽ sao chép tạo ra hai sợi: một sợi R-R và một sợi có gắn với một đoạn S-S. Hiện tượng biến nạp ở vi khuẩn 2.2. Tải nạp (transduction) ở vi khuẩn - Phage bám vào bề mặt của tế bào vi khuẩn (4 phút) và bơm DNA vào tế bào. - Enzyme của phage phân cắt DNA của tế bào ký chủ (vi khuẩn A). - DNA của phage được sao chép rồi lắp vào trong các vỏ mới được tổng hợp. - Trong quá trình lắp ráp khoảng 1 – 2% phage vô tình mang đoạn DNA của vi khuẩn. - Phage mang DNA của vi khuẩn A xâm nhập vào vi khuẩn B và quá trình tái tổ hợp xảy ra làm gắn gen của A vào bộ gen của B. Hiện tượng tải nạp 2.3. Giao nạp (conjugation) ở vi khuẩn a. Sự phân hoá giới tính ở vi khuẩn - Vi khuẩn được chia thành hai dạng F+ . (Fertility) (“giống đực”) và F- (“giống cái”). - F+ tiếp xúc với F- một thời gian thì F- sẽ trở thành F+ (nhân tố truyền từ F+ sang F- được gọi là nhân tố di truyền). - Trường hợp nhân tố di truyền từ F+ chuyển sang F- và gắn vào bộ gen của F- sẽ tạo dạng lai là Hfr (High frequency of recombination) . b. Tái tổ hợp Điều kiện để có sự tái tổ hợp - Hai dòng vi khuẩn phải tiếp xúc với nhau: F+ x F- hoặc F- x Hfr. - Các gen chỉ được chuyển khi nhân tố F gắn vào DNA của vi khuẩn. Sự tái tổ hợp - Khi chuyển vật chất di truyền từ F+ sang F- thì nhân tố F đi đầu. - Quá trình di chuyển DNA từ F+ qua F- là một chiều và có thể bị ngắt quãng. - Dòng Hfr có tần số lai cao hơn nhiều (plasmid có sẵn trên bộ gen), còn ở F+ thì nó phải gắn vào bộ gen rồi mới di chuyển . Hiện tượng giao nạp ở vi khuẩn Sự giao nạp ở vi khuẩn