बैक्टीरिया की आनुवंशिक सामग्री. माइक्रोबायोलॉजी: व्याख्यान नोट्स (के

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पुस्तक का परिचयात्मक अंश दिया गया है सूक्ष्म जीव विज्ञान: व्याख्यान नोट्स (के. वी. टकाचेंको)हमारे बुक पार्टनर - कंपनी लीटर्स द्वारा प्रदान किया गया।

व्याख्यान संख्या 4. सूक्ष्मजीवों की आनुवंशिकी। अक्तेरिओफगेस

1. जीवाणुओं की वंशानुगत सामग्री का संगठन

बैक्टीरिया के वंशानुगत तंत्र को एक गुणसूत्र द्वारा दर्शाया जाता है, जो एक डीएनए अणु है, यह सर्पिल होता है और एक अंगूठी में मुड़ा हुआ होता है। यह वलय एक बिंदु पर साइटोप्लाज्मिक झिल्ली से जुड़ा होता है। व्यक्तिगत जीन जीवाणु गुणसूत्र पर स्थित होते हैं।

क्रोमोसोमल जीन के अलावा, जीवाणु जीनोम की कार्यात्मक इकाइयाँ हैं:

1) आईएस अनुक्रम;

2) ट्रांसपोज़न;

3) प्लास्मिड.

आईएस अनुक्रम डीएनए के छोटे टुकड़े हैं। उनमें संरचनात्मक (प्रोटीन-कोडिंग) जीन नहीं होते हैं, लेकिन केवल ट्रांसपोज़िशन (गुणसूत्र के साथ आगे बढ़ने और उसके विभिन्न वर्गों में एकीकृत होने की क्षमता) के लिए जिम्मेदार जीन होते हैं।

ट्रांसपोज़न बड़े डीएनए अणु होते हैं। स्थानांतरण के लिए जिम्मेदार जीन के अलावा, उनमें एक संरचनात्मक जीन भी होता है। ट्रांसपोज़न एक गुणसूत्र के साथ चलने में सक्षम हैं। उनकी स्थिति जीन अभिव्यक्ति को प्रभावित करती है। ट्रांसपोज़न क्रोमोसोम के बाहर (स्वायत्त रूप से) मौजूद हो सकते हैं, लेकिन स्वायत्त प्रतिकृति में असमर्थ हैं।

प्लास्मिड अतिरिक्त क्रोमोसोमल आनुवंशिक सामग्री हैं। यह एक गोलाकार, डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए अणु है, जिसके जीन अतिरिक्त गुणों को कूटबद्ध करते हैं, जिससे कोशिकाओं को चुनिंदा लाभ मिलते हैं। प्लास्मिड स्वायत्त प्रतिकृति में सक्षम हैं, यानी, गुणसूत्र से स्वतंत्र या इसके कमजोर नियंत्रण के तहत। स्वायत्त प्रतिकृति के कारण, प्लास्मिड प्रवर्धन की घटना को जन्म दे सकता है: एक ही प्लास्मिड कई प्रतियों में मौजूद हो सकता है, जिससे किसी दिए गए गुण की अभिव्यक्ति बढ़ सकती है।

प्लास्मिड द्वारा एन्कोड किए गए लक्षणों के गुणों के आधार पर, उन्हें प्रतिष्ठित किया जाता है:

1) आर-प्लास्मिड। दवा प्रतिरोध प्रदान करें; इसमें एंजाइमों के संश्लेषण के लिए जिम्मेदार जीन शामिल हो सकते हैं जो दवाओं को नष्ट कर देते हैं, झिल्ली पारगम्यता को बदल सकते हैं;

2) एफ-प्लास्मिड। वे बैक्टीरिया में सेक्स को कोड करते हैं। पुरुष कोशिकाओं (F+) में F प्लास्मिड होता है, महिला कोशिकाओं (F-) में नहीं होता है। संयुग्मन के दौरान पुरुष कोशिकाएँ आनुवंशिक सामग्री के दाता के रूप में कार्य करती हैं, और महिला कोशिकाएँ प्राप्तकर्ता के रूप में कार्य करती हैं। उनकी सतह पर विद्युत आवेश अलग-अलग होता है और इसलिए वे एक-दूसरे को आकर्षित करते हैं। यदि एफ-प्लास्मिड कोशिका में स्वायत्त अवस्था में है तो स्वयं दाता से निकल जाता है।

एफ-प्लास्मिड कोशिका गुणसूत्र में एकीकृत होने और एकीकृत अवस्था से बाहर निकलकर एक स्वायत्त अवस्था में आने में सक्षम हैं। इस मामले में, क्रोमोसोमल जीन को पकड़ लिया जाता है, जिसे कोशिका संयुग्मन के दौरान दान कर सकती है;

3) कोल प्लास्मिड। बैक्टीरियोसिन के संश्लेषण को एनकोड करता है। ये जीवाणुनाशक पदार्थ हैं जो निकट संबंधी जीवाणुओं पर कार्य करते हैं;

4) टॉक्स प्लास्मिड। एक्सोटॉक्सिन के उत्पादन को एनकोड करता है;

5) बायोडिग्रेडेशन प्लास्मिड। एंजाइमों को एन्कोड करें जिनके साथ बैक्टीरिया ज़ेनोबायोटिक्स का उपयोग कर सकते हैं।

किसी कोशिका द्वारा प्लास्मिड के नष्ट होने से उसकी मृत्यु नहीं होती है। एक ही कोशिका में विभिन्न प्लास्मिड हो सकते हैं।

2. जीवाणुओं में परिवर्तनशीलता

परिवर्तनशीलता दो प्रकार की होती है - फेनोटाइपिक और जीनोटाइपिक।

फेनोटाइपिक परिवर्तनशीलता - संशोधन - जीनोटाइप को प्रभावित नहीं करता है। संशोधन जनसंख्या के अधिकांश व्यक्तियों को प्रभावित करते हैं। वे विरासत में नहीं मिलते हैं और समय के साथ फीके पड़ जाते हैं, यानी, वे मूल फेनोटाइप में लौट आते हैं।

जीनोटाइपिक भिन्नता जीनोटाइप को प्रभावित करती है। यह उत्परिवर्तन और पुनर्संयोजन पर आधारित है।

उत्परिवर्तन जीनोटाइप में एक परिवर्तन है जो कई पीढ़ियों तक बना रहता है और फेनोटाइप में परिवर्तन के साथ होता है। बैक्टीरिया में उत्परिवर्तन की एक विशेषता उनका पता लगाने में सापेक्ष आसानी है।

उत्परिवर्तन स्थानीयकरण द्वारा प्रतिष्ठित हैं:

1) जीन (बिंदु);

2) गुणसूत्र;

3) प्लाज्मिड.

उत्पत्ति से, उत्परिवर्तन हो सकते हैं:

1) सहज (उत्परिवर्तजन अज्ञात);

2) प्रेरित (उत्परिवर्तजन अज्ञात)।

पुनर्संयोजन एक परिवर्तित जीनोटाइप वाले पुनः संयोजक व्यक्तियों की उपस्थिति के साथ दो व्यक्तियों के बीच आनुवंशिक सामग्री का आदान-प्रदान है।

बैक्टीरिया में कई पुनर्संयोजन तंत्र होते हैं:

1) संयुग्मन;

2) प्रोटोप्लास्ट का संलयन;

3) परिवर्तन;

4) पारगमन.

संयुग्मन दाता और प्राप्तकर्ता के बीच सीधे संपर्क के माध्यम से आनुवंशिक जानकारी का आदान-प्रदान है। प्लास्मिड में उच्चतम संचरण आवृत्ति होती है, और प्लास्मिड में अलग-अलग होस्ट हो सकते हैं। दाता और प्राप्तकर्ता के बीच एक संयुग्मन पुल के निर्माण के बाद, दाता डीएनए का एक स्ट्रैंड इसके माध्यम से प्राप्तकर्ता कोशिका में प्रवेश करता है। यह संपर्क जितना लंबा होगा, दाता डीएनए का उतना अधिक हिस्सा प्राप्तकर्ता को स्थानांतरित किया जा सकता है।

प्रोटोप्लास्ट संलयन कोशिका भित्ति की कमी वाले बैक्टीरिया में साइटोप्लाज्मिक झिल्ली के वर्गों के सीधे संपर्क के दौरान आनुवंशिक जानकारी के आदान-प्रदान के लिए एक तंत्र है।

जब प्राप्तकर्ता कोशिका दाता डीएनए वाले वातावरण में होती है तो परिवर्तन पृथक डीएनए टुकड़ों के रूप में आनुवंशिक जानकारी का स्थानांतरण होता है। ट्रांसडक्शन के लिए प्राप्तकर्ता कोशिका की एक विशेष शारीरिक स्थिति-क्षमता की आवश्यकता होती है। यह स्थिति सक्रिय रूप से विभाजित कोशिकाओं में निहित है जिसमें उनके स्वयं के न्यूक्लिक एसिड की प्रतिकृति की प्रक्रिया होती है। ऐसी कोशिकाओं में, एक क्षमता कारक कार्य करता है - यह एक प्रोटीन है जो कोशिका दीवार और साइटोप्लाज्मिक झिल्ली की पारगम्यता में वृद्धि का कारण बनता है, इसलिए एक डीएनए टुकड़ा ऐसी कोशिका में प्रवेश कर सकता है।

ट्रांसडक्शन समशीतोष्ण ट्रांसड्यूसिंग फ़ेज का उपयोग करके जीवाणु कोशिकाओं के बीच आनुवंशिक जानकारी का स्थानांतरण है। ट्रांसड्यूसिंग फ़ेज़ एक या अधिक जीन को स्थानांतरित कर सकते हैं।

पारगमन होता है:

1) विशिष्ट (एक ही जीन हमेशा स्थानांतरित होता है, ट्रांसड्यूसिंग फ़ेज़ हमेशा एक ही स्थान पर स्थित होता है);

2) निरर्थक (विभिन्न जीन संचरित होते हैं, ट्रांसड्यूसिंग फ़ेज़ का स्थानीयकरण स्थिर नहीं होता है)।

3. बैक्टीरियोफेज

फ़ेज विषाणु में एक सिर होता है जिसमें वायरल न्यूक्लिक एसिड और एक पूंछ होती है।

फ़ेज़ हेड के न्यूक्लियोकैप्सिड में घन प्रकार की समरूपता होती है, और प्रक्रिया में पेचदार प्रकार की होती है, यानी, बैक्टीरियोफेज में मिश्रित प्रकार की समरूपता होती है।

फ़ेज़ दो रूपों में मौजूद हो सकते हैं:

1) इंट्रासेल्युलर (यह एक प्रोफ़ेज, शुद्ध डीएनए है);

2) बाह्यकोशिकीय (यह एक विषाणु है)।

अन्य वायरस की तरह, फ़ेज में एंटीजेनिक गुण होते हैं और इसमें समूह-विशिष्ट और प्रकार-विशिष्ट एंटीजन होते हैं।

फ़ेज़-सेल इंटरैक्शन दो प्रकार के होते हैं:

1) लिटिक (उत्पादक वायरल संक्रमण)। यह एक प्रकार की अंतःक्रिया है जिसमें जीवाणु कोशिका में वायरस का प्रजनन होता है। इस प्रक्रिया में उसकी मृत्यु हो जाती है। सबसे पहले, फ़ेज़ को कोशिका भित्ति पर अधिशोषित किया जाता है। फिर प्रवेश चरण आता है। लाइसोजाइम फेज सोखने के स्थल पर कार्य करता है, और पूंछ भाग के संकुचनशील प्रोटीन के कारण, फेज न्यूक्लिक एसिड को कोशिका में इंजेक्ट किया जाता है। इसके बाद मध्य अवधि आती है, जिसके दौरान सेलुलर घटकों का संश्लेषण दबा दिया जाता है और फ़ेज़ प्रजनन का विच्छेदन मोड होता है। इस मामले में, फ़ेज़ न्यूक्लिक एसिड को न्यूक्लियॉइड क्षेत्र में संश्लेषित किया जाता है, और फिर राइबोसोम पर प्रोटीन संश्लेषण होता है। फ़ेज जिनमें लिटिक प्रकार की अंतःक्रिया होती है, विषाणु कहलाते हैं।

अंतिम अवधि में, स्व-संयोजन के परिणामस्वरूप, प्रोटीन न्यूक्लिक एसिड के चारों ओर मुड़ जाते हैं और नए फेज कण बनते हैं। वे कोशिका को छोड़ देते हैं, उसकी कोशिका भित्ति को तोड़ देते हैं, यानी, जीवाणु का अपघटन होता है;

2) लाइसोजेनिक। ये शीतोष्ण फ़ेज हैं। जब एक न्यूक्लिक एसिड एक कोशिका में प्रवेश करता है, तो यह कोशिका के जीनोम में एकीकृत हो जाता है, और कोशिका के साथ फ़ेज़ का दीर्घकालिक सहवास उसकी मृत्यु के बिना देखा जाता है। जब बाहरी परिस्थितियाँ बदलती हैं, तो फ़ेज़ अपना एकीकृत रूप छोड़ सकता है और एक उत्पादक वायरल संक्रमण विकसित कर सकता है।

विशिष्टता के आधार पर, निम्नलिखित को प्रतिष्ठित किया गया है:

1) पॉलीवलेंट फ़ेज (एक परिवार या बैक्टीरिया के जीनस की लाइसे संस्कृतियाँ);

2) मोनोवालेंट (केवल एक प्रकार के बैक्टीरिया की लाइसे संस्कृतियाँ);

3) विशिष्ट (एक जीवाणु प्रजाति के भीतर जीवाणु संस्कृति के केवल कुछ प्रकार (वेरिएंट) के लसीका पैदा करने में सक्षम)।

बैक्टीरियोलॉजिकल अनुसंधान के दौरान पृथक किए गए बैक्टीरिया के जीनस और प्रजातियों को निर्धारित करने के लिए फेज का उपयोग नैदानिक ​​​​दवाओं के रूप में किया जा सकता है। हालाँकि, इनका उपयोग अक्सर कुछ संक्रामक रोगों के उपचार और रोकथाम के लिए किया जाता है।

आधुनिक जीव विज्ञान और आनुवंशिकी अपनी उत्कृष्ट उपलब्धियों का श्रेय सूक्ष्म जीव विज्ञान को देते हैं, जिसने उन्हें प्रायोगिक विषयों के रूप में सूक्ष्मजीव प्रदान किए। सूक्ष्मजीवों के आनुवंशिकी के क्षेत्र में अनुसंधान का महत्व और प्रासंगिकता मुख्य रूप से इस तथ्य में निहित है कि वे आनुवंशिकता को नियंत्रित करने के तरीके बनाने वाले पहले व्यक्ति थे।

1865 में, चेक वैज्ञानिक ग्रेगर मेंडल ने आनुवंशिकता की पृथक इकाइयों के रूप में जीन के अस्तित्व की खोज की। 1928 में, एफ. ग्रिफिथ्स गैर-विषाणु न्यूमोकोकी को विषैले न्यूमोकोकी में बदलने वाले पहले व्यक्ति थे। उन्होंने सफेद चूहों को गर्मी से मारे गए कैप्सुलर न्यूमोकोकी से युक्त बैक्टीरिया के मिश्रण से संक्रमित किया, जिससे उनकी विषाक्तता खत्म हो गई, और वे एकैप्सुलर, गैर-विषाणु न्यूमोकोकी जीवित रहे। नियंत्रण प्रयोगों में, बैक्टीरिया के इन समूहों को अलग से पेश किया गया, जिससे चूहों की मौत नहीं हुई। हालाँकि, प्रायोगिक समूह में, चूहे मर गए और जीवित न्यूमोकोकी को उनके रक्त से अलग कर दिया गया, जिससे मारे गए न्यूमोकोकी का कैप्सूल प्राप्त हो गया। नतीजतन, मारे गए कैप्सुलर न्यूमोकोकी में एक पदार्थ होता है जो जीवित न्यूमोकोकी में कैप्सूल गठन (विषैलापन) के संकेत संचारित करने में सक्षम होता है। परिवर्तन का तंत्र अज्ञात रहा।

1953 में, एफ. क्रिक और डी. वाटसन ने डीएनए के दोहरे हेलिक्स के आधार पर जीन संरचना का निर्धारण किया। इस खोज से पता चला कि जीन अपने तीन सबसे महत्वपूर्ण कार्य कैसे करता है:

• 1) आनुवंशिकता की निरंतरता - डीएनए प्रतिकृति का अर्ध-रूढ़िवादी तंत्र;
• 2) शरीर की संरचनाओं और कार्यों का नियंत्रण - एक आनुवंशिक कोड का उपयोग करना जो केवल चार आधारों (अक्षरों) के रिजर्व का उपयोग करता है - एडेनिन (ए), थाइमिन (टी), गुआनिन (जी), साइटोसिन (सी);
• 3) उत्परिवर्तन और आनुवंशिक पुनर्संयोजन के कारण जीवों का विकास।

एफ. क्रिक, एस. ब्रेनर, एम. निरेनबर्ग, एस. ओचोआ, एक्स. कोराना के कार्यों के माध्यम से, माइक्रोबियल वस्तुओं का उपयोग करके, 1966 तक आनुवंशिक कोड को समझ लिया गया था, सभी जीवित जीवों के लिए इसकी त्रिगुणता, गैर-अतिव्यापीता और सार्वभौमिकता दिखाई गई थी। .

वैज्ञानिकों ने उनके गुणों के कारण बैक्टीरिया और वायरस के साथ काम करने में आसानी की सराहना की: छोटी पीढ़ी की अवधि, बड़ी संख्या में व्यक्तियों के साथ आबादी का तेजी से संचय, खेती और उपयोग में आसानी। जीवाणु वस्तुओं में मैसेंजर, राइबोसोमल और ट्रांसफर आरएनए की खोज की गई और प्रोटीन संश्लेषण का तंत्र स्थापित किया गया। डी. लेडरबर्ग और ई. टैटम ने बैक्टीरिया में संयुग्मन की खोज की, और वी. हेस ने एक प्लास्मिड की खोज की जो बैक्टीरिया की यौन ध्रुवता निर्धारित करता है। एफ. जैकब और ई. वोलमैन ने प्लास्मिड का सिद्धांत बनाया। एफ. जैकब और जे. मोनोड द्वारा एस्चेरिचिया कोली मॉडल पर विकसित ऑपेरॉन की अवधारणा, जीन अभिव्यक्ति के आनुवंशिक नियंत्रण के लिए एक सार्वभौमिक अवधारणा बन गई है।

1972 में जेनेटिक इंजीनियरिंग का उदय हुआ और यह तेजी से विकसित हो रही है। इसकी घटना और आनुवंशिकता के नियंत्रण के लिए महत्वपूर्ण महत्व 1970 में जी. टेमिन, एस. मिज़ुटानी, डी. बाल्टीमोर द्वारा कुछ ऑन्कोजेनिक वायरस में एंजाइम रिवर्स ट्रांसक्रिपटेस (रिवर्टेज़, आरएनए-निर्भर डीएनए पोलीमरेज़) की खोज थी। इससे मैसेंजर आरएनए मैट्रिक्स पर एक प्रतिलिपि डीएनए जीन प्राप्त करना और आनुवंशिक इंजीनियरिंग में इसका उपयोग करना संभव हो गया। जेनेटिक इंजीनियरिंग पर आधारित जैव प्रौद्योगिकी व्यापक रूप से बैक्टीरिया एंजाइमों, प्लास्मिड और वायरल वैक्टरों के साथ-साथ जैविक उत्पादों के मुख्य उत्पादकों के रूप में बैक्टीरिया का उपयोग करती है।

प्रोकैरियोट्स (बैक्टीरिया) में आनुवंशिक जानकारी युक्त रूपात्मक रूप से विशिष्ट सेलुलर संरचनाएं होती हैं - न्यूक्लियॉइड। न्यूक्लियॉइड में एक कुंडलित गुणसूत्र होता है, जो साइटोप्लाज्म में स्वतंत्र रूप से स्थित होता है, लेकिन साइटोप्लाज्मिक झिल्ली पर कुछ रिसेप्टर्स से जुड़ा होता है। इसलिए, यूकेरियोट्स के विपरीत, एक जीवाणु कोशिका अगुणित होती है, अर्थात। इसमें जीन का एक सेट होता है।

कुछ परिस्थितियों में, जीवाणु कोशिकाओं में एक गुणसूत्र की प्रतियां हो सकती हैं जो उनके जीन के सेट में पूरी तरह से समान होती हैं, और जीवाणु अगुणित रहते हैं। अन्य सभी जीवों के विपरीत, बैक्टीरिया में अपने डीएनए के द्रव्यमान को बदलने, जीवित स्थितियों के आधार पर अपने जीन की प्रतियों की सामग्री को 2, 4, 6, 8 गुणसूत्रों के द्रव्यमान के बराबर नियंत्रित करने की अनूठी संपत्ति होती है। यह उन्हें अपने स्वयं के प्रजनन की दर को विनियमित करने की अनुमति देता है - पर्यावरण में बैक्टीरिया के अस्तित्व को सुनिश्चित करने वाली मुख्य स्थितियों में से एक, और इसलिए प्रकृति में प्रजातियों का संरक्षण।

जीवाणु गुणसूत्र एक डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए अणु (गोलाकार गुणसूत्र) है जिसमें एक रैखिक क्रम में व्यवस्थित जीन होते हैं। चूंकि गुणसूत्र की लंबाई (y ई कोलाईलगभग 1000 µm) एक जीवाणु की लंबाई (औसतन 1.5-3.0 µm) से कई गुना अधिक है, गुणसूत्र एक विशेष वर्ग द्वारा प्रस्तुत कोर संरचना से जुड़े 12-80 लूप के रूप में एक सुपरकोइल्ड रूप में कॉम्पैक्ट रूप से पैक किया जाता है। आरएनए का - 4.5 एस आरएनए। बैक्टीरिया में जीनोम (किसी दिए गए व्यक्ति के गुणसूत्र में निहित न्यूक्लियोटाइड का पूरा सेट) और जीनोटाइप (किसी दिए गए व्यक्ति में व्यक्तिगत जीन का पूरा सेट) स्पष्ट नहीं हैं, लेकिन करीब हैं, क्योंकि अधिकांश जीन गुणसूत्र में निहित हैं एकवचन, यूकेरियोट्स के विपरीत जिसमें जीनोम में 30-50% तक दोहराए गए न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम होते हैं। इसलिए, बैक्टीरिया, वायरस और प्लास्मिड में जीनोम का आकार या तो आणविक भार में, या जीनोमिक न्यूक्लिक एसिड के न्यूक्लियोटाइड जोड़े की संख्या में, या जीन की संख्या में व्यक्त किया जाता है। ये मान तुलनीय हैं, क्योंकि औसतन प्रत्येक जीन में 1000 न्यूक्लियोटाइड जोड़े होते हैं, और एक डीएनए न्यूक्लियोटाइड का द्रव्यमान 500 डाल्टन होता है। हाँ, गुणसूत्र ई कोलाईइसका आणविक भार 2.8 x 10 9 डाल्टन है, न्यूक्लियोटाइड जोड़े की संख्या 3.8 x 10 6 है और इसमें 2500-3000 जीन होते हैं।

जीवाणु गुणसूत्र में दो प्रकार के जीन होते हैं: संरचनात्मक (सिस्ट्रोन), एक विशिष्ट पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला के संश्लेषण को कूटबद्ध करना, और नियामक (या स्वीकर्ता), जीन की गतिविधि को विनियमित करना (नियामक, ऑपरेटर, प्रमोटर, एटेन्यूएटर, टर्मिनेटर, आदि) . क्रोमोसोम की मुख्य संरचनात्मक और कार्यात्मक इकाई ऑपेरॉन है। यह संरचनात्मक सिस्ट्रॉन जीन का एक समूह है जो शारीरिक रूप से एक दूसरे से और ऑपरेटर जीन से जुड़ा हुआ है जो उनकी अभिव्यक्ति को नियंत्रित करता है। बदले में, एक ऑपेरॉन या उनका एक समूह एक जीन-नियामक के नियंत्रण में होता है, जो एक अधिक जटिल संरचनात्मक और कार्यात्मक इकाई - एक रेगुलोन का प्रतिनिधित्व करता है।

जीन एक गुणसूत्र पर रैखिक रूप से व्यवस्थित होते हैं, इसलिए उनके अनुक्रम का अध्ययन किया जा सकता है और एक गुणसूत्र (आनुवंशिक) मानचित्र संकलित किया जा सकता है। ऐसा करने के लिए, जीवाणु संयुग्मन के दौरान संबंधित जीन के स्थानांतरण के समय का अध्ययन किया जाता है। गुणसूत्र पर जीन का स्थानीयकरण उनके स्थानांतरण के मिनटों में निर्धारित होता है, विशेष रूप से एस्चेरिचिया कोली के लिए - 0 से 100 मिनट तक।

वर्तमान में, जीवित जीवों के जीनोम के संगठन का अध्ययन करने की मुख्य विधि अनुक्रमण है - जीन के डीएनए में न्यूक्लियोटाइड के अनुक्रम का निर्धारण। सबसे पहले, क्लोनिंग तकनीक का उपयोग करके, बड़ी संख्या में आवश्यक डीएनए टुकड़े प्राप्त किए जाते हैं। 20 सबसे महत्वपूर्ण जीवाणुओं के डीएनए गुणसूत्रों के न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम का पहले ही पूरी तरह से अध्ययन किया जा चुका है (K कीट है, ई. कोली, पी. एरुगिनोसाऔर आदि।)।

बैक्टीरियल क्रोमोसोम और बैक्टीरियल प्लास्मिड के कुछ जीन और जीन समूह ट्रांसपोज़ेबल आनुवंशिक तत्वों से संबंधित हैं, अर्थात। आनुवंशिक संरचनाएँ किसी दिए गए जीनोम के भीतर अक्षुण्ण रूप में चलने या एक जीनोम से दूसरे जीनोम में जाने में सक्षम होती हैं, उदाहरण के लिए, प्लास्मिड से बैक्टीरिया तक और इसके विपरीत। ट्रांसपोज़ेबल आनुवंशिक तत्वों को आईएस तत्वों और ट्रांसपोज़न द्वारा दर्शाया जाता है। आईएस तत्व, या सम्मिलन अनुक्रम, आमतौर पर आकार में छोटे होते हैं, दो हजार आधार जोड़े से अधिक नहीं होते हैं। उनमें प्रोटीन ट्रांसपोज़ेज़ को एन्कोड करने वाला केवल एक जीन होता है, जिसकी सहायता से आईएस तत्व क्रोमोसोम के विभिन्न भागों में एकीकृत होते हैं। उन्हें नामित किया गया है: IS 1, IS2, IS3, आदि। ट्रांसपोज़न (टीपी) उल्टे आईएस तत्वों से घिरे डीएनए के बड़े खंड हैं। उनके स्थानांतरण को सक्षम करने वाले जीन के अलावा, उनमें कई अन्य जीन भी होते हैं। एक बड़े ट्रांसपोज़न के भीतर छोटे ट्रांसपोज़न हो सकते हैं।

ट्रांसपोज़न एक गुणसूत्र के विभिन्न भागों में प्रवेश करने या एक जीनोम से दूसरे में जाने में सक्षम हैं। बहुत बार, ट्रांसपोज़न आर-प्लास्मिड में निहित होते हैं। ट्रांसपोज़न बैक्टीरिया, प्लास्मिड, वायरस और यूकेरियोट्स के जीनोम में पाए गए हैं। वे जीवित पदार्थ की परिवर्तनशीलता और विकास में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। ट्रांसपोज़न को क्रम संख्या द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है: Tn1, Tn2, Tn3, आदि।

सभी ज्ञात प्लास्मिड छोटे, सहसंयोजक रूप से एक रिंग में बंद, सुपरकॉइल्ड डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए अणु होते हैं, जिनका आकार 1.5 से 200 एमडी (1500 से 400,000 न्यूक्लियोटाइड जोड़े तक) होता है। आणविक भार जितना अधिक होगा, जीन का सेट उतना ही जटिल होगा और प्लास्मिड के कार्य उतने ही विविध होंगे। प्लास्मिड में स्व-प्रतिकृति जीन होते हैं; जीन जो स्थानांतरण के लिए स्व-स्थानांतरण या गतिशीलता को नियंत्रित करते हैं; अन्य जीन जो प्लास्मिड के विशिष्ट कार्यों को निर्धारित करते हैं। उदाहरण के लिए, एफ-प्लास्मिड कोशिका के दाता कार्यों और इसकी संयुग्मन करने की क्षमता को निर्धारित करते हैं; एंट-प्लास्मिड - एंटरोटॉक्सिन का संश्लेषण; बायोडिग्रेडेटिव प्लास्मिड - विभिन्न कार्बनिक और अकार्बनिक यौगिकों का विनाश।

प्लास्मिड की विशेषता निम्नलिखित गुणों से होती है:

• स्व-विनियमित प्रतिकृति;
• सतह बहिष्करण की घटना (एक तंत्र जो किसी अन्य, संबंधित प्लास्मिड को उस कोशिका में प्रवेश करने की अनुमति नहीं देता है जिसमें पहले से ही एक प्लास्मिड होता है);
• असंगति की घटना (दो निकट से संबंधित प्लास्मिड एक कोशिका में स्थिर रूप से सह-अस्तित्व में नहीं रह सकते हैं, उनमें से एक को हटा दिया गया है);
• प्रति कोशिका गुणसूत्र प्लाज्मिड प्रतियों की संख्या का नियंत्रण (कम-प्रतिलिपि - 1-4 प्रतियां और उच्च-प्रतिलिपि - प्लाज्मिड की 12 से 38 प्रतियां हैं);
• मेजबान कोशिका में प्लास्मिड के स्थिर संरक्षण का नियंत्रण;
• संतति जीवाणु कोशिकाओं में संतति प्लास्मिड के समान वितरण का नियंत्रण;
• स्व-स्थानांतरण की क्षमता (संयुग्मी प्लास्मिड में);
• स्थानांतरण के लिए जुटाए जाने की क्षमता (गैर-संयुग्मक प्लास्मिड में);
• मेजबान कोशिका को अतिरिक्त महत्वपूर्ण जैविक गुण प्रदान करने की क्षमता जो प्रकृति में बैक्टीरिया और प्लास्मिड के अस्तित्व को बढ़ावा देती है।

प्लास्मिड बैक्टीरिया के बीच दो तरह से फैलते हैं: लंबवत - जीवाणु कोशिका विभाजन की प्रक्रिया के दौरान मूल कोशिका से बेटी कोशिकाओं में स्थानांतरण द्वारा; क्षैतिज रूप से - कोशिका विभाजन की परवाह किए बिना जीवाणु आबादी में कोशिकाओं के बीच स्थानांतरण द्वारा। जीवाणु कोशिकाओं के बीच प्लास्मिड का स्थानांतरण प्लास्मिड के ट्रै-ओपेरॉन द्वारा नियंत्रित संयुग्मन द्वारा स्व-स्थानांतरण के तंत्र द्वारा किया जाता है। इस ऑपेरॉन की उपस्थिति के आधार पर, प्लास्मिड को संयुग्मी और गैर-संयुग्मक में विभाजित किया जाता है। प्लास्मिड स्थानांतरण के अन्य तंत्र भी संभव हैं (संयुग्मी प्लास्मिड, परिवर्तन, पारगमन का उपयोग करके गैर-संयुग्मक प्लास्मिड के स्थानांतरण के लिए जुटाना)।

प्लास्मिड का वर्गीकरण उनकी असंगति की अनूठी संपत्ति पर आधारित है, अर्थात। संबंधित प्लास्मिड की एक ही कोशिका में स्थिर रूप से सह-अस्तित्व में रहने में असमर्थता। यह प्लास्मिड के उस कोशिका में प्रवेश करने के बाद स्वयं प्रकट होता है जिसमें पहले से ही निकट से संबंधित प्लास्मिड होता है। प्लास्मिड जो एक दूसरे के साथ असंगत हैं, लेकिन दूसरों के साथ संगत हैं, उन्हें एक इंक समूह में संयोजित किया जाता है। उदाहरण के लिए, एंटरोबैक्टीरिया में 39 इंक-समूह प्लास्मिड पाए गए। एक ही इंक समूह से संबंधित प्लास्मिड में कई सामान्य विशेषताएं होती हैं।

प्लास्मिड का महत्वपूर्ण चिकित्सीय महत्व है, क्योंकि वे बैक्टीरिया के विभिन्न रोगजनक कारकों के संश्लेषण और उनकी दवा प्रतिरोध को नियंत्रित करते हैं। प्लास्मिड का सामान्य जैविक महत्व यह है कि वे बैक्टीरिया की आत्मरक्षा का एक अनूठा साधन हैं और प्रकृति में बैक्टीरिया के संरक्षण का पक्ष लेते हैं।

आनुवंशिक जानकारी का संतानों (वानस्पतिक डीएनए प्रतिकृति) में स्थानांतरण एक सार्वभौमिक तंत्र - अर्ध-रूढ़िवादी डीएनए प्रतिकृति के अनुसार बैक्टीरिया और प्लास्मिड में होता है। इस मामले में, बेटी कोशिकाएं गुणसूत्र डीएनए प्राप्त करती हैं, जिसमें एक स्ट्रैंड पैतृक (रूढ़िवादी) होता है, दूसरा डीएनए स्ट्रैंड अपने मैट्रिक्स पर नव संश्लेषित होता है, जो आनुवंशिक जानकारी (आनुवंशिकता) का बहुत सटीक संचरण सुनिश्चित करता है। बैक्टीरिया में वनस्पति डीएनए प्रतिकृति एक सख्ती से तय क्रोमोसोमल साइट (ओआरआईसी) से शुरू होती है, जिसे प्रतिकृति शुरू करने वाले एंजाइमों द्वारा पहचाना जाता है। यह प्रकृति में अर्ध-रूढ़िवादी है, एक साथ दो दिशाओं में चलती है, और एक निश्चित बिंदु - टर्मिनस पर समाप्त होती है। चूँकि डीएनए शृंखलाएँ प्रतिसमानांतर होती हैं (यदि एक स्ट्रैंड 5वें सिरे से शुरू होती है, तो दूसरी तीसरे सिरे से), और डीएनए पोलीमरेज़ III केवल 5-3 दिशा में डीएनए संश्लेषण करता है, प्रत्येक स्ट्रैंड पर प्रतिकृति अलग-अलग होती है: इनमें से एक पर बिना मुड़े हुए स्ट्रैंड ("सीधे", "लीडर") यह लगातार चलता रहता है, और दूसरी ओर ("लैगिंग") डीएनए पोलीमरेज़ III को स्ट्रैंड को 5-3 दिशा में भी बढ़ने के लिए वापस आना चाहिए, रुक-रुक कर, ओकाजाकी खंडों के गठन के माध्यम से बैक्टीरिया न्यूक्लियोटाइड्स में लगभग 1000 की लंबाई के साथ।

37 डिग्री सेल्सियस पर ई. कोली में डीएनए प्रतिकृति की दर प्रति सेकंड 2 x 10 3 न्यूक्लियोटाइड जोड़े के समावेश से मेल खाती है। डीएनए प्रतिकृति में एंजाइमों का एक जटिल शामिल होता है जो एक एकल संरचना बनाता है - प्रतिकृति। डीएनए प्रतिकृति का आनुवंशिक नियंत्रण क्रोमोसोमल जीन के एक बड़े समूह द्वारा किया जाता है।

वानस्पतिक प्रकार के अलावा, बैक्टीरिया में डीएनए प्रतिकृति के संयुग्मक और पुनरावर्ती प्रकार होते हैं। संयुग्मी प्रतिकृति आनुवंशिक सामग्री के आदान-प्रदान की संयुग्मी विधि के दौरान होती है और इसे प्लास्मिड जीन (ट्रा-ओपेरॉन) द्वारा नियंत्रित किया जाता है। इस मामले में, डीएनए का दूसरा स्ट्रैंड पूरा हो जाता है, पूरक स्ट्रैंड दाता से प्राप्तकर्ता तक स्थानांतरित हो जाता है। रिपेरेटिव प्रतिकृति डीएनए से संरचनात्मक क्षति को खत्म करने के लिए एक तंत्र के रूप में कार्य करती है या आनुवंशिक पुनर्संयोजन के अंतिम चरण में होती है। यह क्रोमोसोमल और प्लास्मिड जीन द्वारा नियंत्रित होता है।

जीवाणु जीनोम में निहित जानकारी को प्रोटीन जैवसंश्लेषण के माध्यम से समझा, भौतिक और कार्यान्वित किया जाता है। आनुवंशिक कोड की सार्वभौमिकता इसके डिकोडिंग और कार्यान्वयन (अभिव्यक्ति) की सार्वभौमिकता से मेल खाती है। हालाँकि, बैक्टीरिया में प्रोटीन जैवसंश्लेषण में प्रतिलेखन चरण में कुछ विशेषताएं होती हैं। यूकेरियोट्स और वायरस के जीन के विपरीत, बैक्टीरिया के जीन में नाइट्रोन नहीं होते हैं, इसलिए एमआरएनए के संश्लेषण के दौरान बैक्टीरिया में स्प्लिसिंग प्रक्रिया नहीं होती है। आरएनए स्प्लिसिंग एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें प्राथमिक आरएनए प्रतिलेखों से इंट्रोन्स (इंट्रोन-एक्सॉन संरचना वाले जीन में गैर-कोडिंग अनुक्रम) को निकाला जाता है और एक्सॉन को एक साथ जोड़ा जाता है, जिसके परिणामस्वरूप परिपक्व एमआरएनए का निर्माण और फिर अनुवाद होता है। बैक्टीरिया में आरएनए स्प्लिसिंग की कमी बैक्टीरिया (प्रोकैरियोट्स) में यूकेरियोटिक आनुवंशिक जानकारी के कार्यान्वयन में एक प्राकृतिक आनुवंशिक बाधा है। इस बाधा पर काबू पाने से जीवाणु वस्तुओं पर आनुवंशिक इंजीनियरिंग का निर्माण हुआ।

सूक्ष्मजीवों द्वारा आनुवंशिक जानकारी को उनके अस्तित्व की विशिष्ट स्थितियों के अनुसार बहुत "आर्थिक रूप से" महसूस किया जाता है। केवल दी गई परिस्थितियों में कोशिका व्यवहार्यता सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक जीन ही "काम" करते हैं (व्यक्त किए जाते हैं)। आनुवंशिक सूचना प्रणाली का स्व-नियमन इसमें प्रोटीन और अन्य मैक्रोमोलेक्यूल्स को एन्कोडिंग करने वाले संरचनात्मक जीन के अलावा, विशेष न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों (स्वीकर्ता या नियामक जीन) की उपस्थिति से सुनिश्चित होता है, जिनमें कोडिंग कार्य नहीं होते हैं, लेकिन संरचनात्मक के संचालन को नियंत्रित करते हैं। जीन. जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, पास में स्थित संरचनात्मक और नियामक जीन का एक सेट एक ऑपेरॉन, आनुवंशिक विनियमन की इकाई का गठन करता है। ऑपेरॉन का क्लासिक मॉडल लैक्टोज ऑपेरॉन है। आइए एस्चेरिचिया कोली के लैक्टोज ऑपेरॉन के उदाहरण का उपयोग करके, इसकी संरचना और लैक्टोज के अवशोषण में शामिल एंजाइमों के संश्लेषण को एन्कोड करने वाले संरचनात्मक जीन की गतिविधि को विनियमित करने की विधि पर विचार करें।

ऑपेरॉन "एक्टिवेटर प्रोटीन के लगाव की साइट" से शुरू होता है - अपस्ट्रीम रेगुलेशन (कैप प्रोटीन, जिसके बिना आरएनए पोलीमरेज़ ऑपेरॉन से संपर्क नहीं कर सकता है और ट्रांसक्रिप्शन शुरू नहीं कर सकता है) का उत्पाद है। गुणसूत्र पर अगला एक प्रमोटर है - आरएनए पोलीमरेज़ और उसके लगाव द्वारा मान्यता के लिए एक साइट। फिर ऑपरेटर आता है - वह साइट जिस पर एक विशेष प्रतिलेखन-अवरोधक नियामक प्रोटीन बांधता है। ऑपरेटर के बाद, संरचनात्मक जीन z, y, और a क्रमिक रूप से स्थित होते हैं, क्रमशः एन्कोडिंग, लैक्टोज के पाचन में शामिल तीन एंजाइमों का संश्लेषण - आर-गैलेक्टोसिडेज़, गैलेक्टोसाइड परमीज़, थियोगैलेक्टोसाइड ट्रांसएसेटाइलेज़। लैक ऑपेरॉन एक टर्मिनेटर के साथ समाप्त होता है - डीएनए का एक छोटा सा खंड जो स्टॉप सिग्नल के रूप में कार्य करता है जो आरएनए पोलीमरेज़ की प्रगति और ऑपेरॉन के प्रतिलेखन को रोकता है। 1ac ऑपेरॉन के बाहर, गुणसूत्र पर एक अन्य स्थान पर, एक विशेष नियामक जीन होता है जो एक नियामक प्रोटीन के निरंतर संश्लेषण को एन्कोड करता है। जब पर्यावरण में कोई लैक्टोज नहीं होता है, तो नियामक प्रोटीन ऑपेरॉन से जुड़ जाता है और, एक "बाधा" की तरह, प्रमोटर से संरचनात्मक जीन तक आरएनए पोलीमरेज़ की गति को रोकता है, प्रतिलेखन को दबाता है और अंततः, एंजाइमों के संश्लेषण को रोकता है। लैक्टोज, यदि पोषक माध्यम में मौजूद है, तो नियामक प्रोटीन से जुड़ जाता है और इसके विन्यास को बदल देता है, जिसके परिणामस्वरूप नियामक प्रोटीन अब ऑपरेटर से नहीं जुड़ सकता है। नतीजतन, "बाधा" खुल जाती है, आरएनए पोलीमरेज़ संरचनात्मक जीन को संबंधित एमआरएनए में स्थानांतरित कर देता है, जिसके मैट्रिक्स पर लैक्टोज को पचाने वाले एंजाइम संश्लेषित होते हैं।

इस प्रकार, लैक्टोज इसके अवशोषण के लिए आवश्यक एंजाइमों के संश्लेषण को प्रेरित करता है। ऐसे एंजाइमों को अनुकूली या आगमनात्मक कहा जाता है। जीन गतिविधि के नियमन के प्रकार पर विचार किया जाता है जिसे नकारात्मक कहा जाता है, क्योंकि यह एक नियामक प्रोटीन द्वारा ऑपेरॉन के दमन पर आधारित है। इस प्रकार के विनियमन के दो प्रकार हैं: नकारात्मक प्रेरण, जिसे हमने देखा, और नकारात्मक दमन।

बाद के मामले में, प्रारंभिक स्थिति में, नियामक प्रोटीन ऑपरेटर से बंध नहीं सकता है, और एंजाइम संश्लेषण होता है, और एक प्रभावक की उपस्थिति में, आमतौर पर एनाबॉलिक एंजाइमों की कार्रवाई का अंतिम उत्पाद, नियामक प्रोटीन, इसके प्रभाव में होता है , ऑपरेटर से जुड़ जाता है और एंजाइम संश्लेषण दबा दिया जाता है। नकारात्मक के अलावा, प्रोटीन संश्लेषण के आनुवंशिक विनियमन का एक सकारात्मक प्रकार भी जाना जाता है। नकारात्मक प्रकार से इसका अंतर यह है कि नियामक जीन का प्रोटीन उत्पाद ऑपेरॉन के प्रतिलेखन को प्रतिबंधित नहीं करता है, बल्कि, इसके विपरीत, इसे सक्रिय करता है। इस प्रकार का विनियमन बैक्टीरिया में भी दो प्रकारों में पाया जाता है - सकारात्मक प्रेरण और सकारात्मक दमन। उदाहरण के लिए, एरा ऑपेरॉन, जो अरबीनोज़ के अवशोषण को नियंत्रित करता है, एक सकारात्मक प्रेरण तंत्र के माध्यम से एस्चेरिचिया कोली में काम करता है।

जीनोटाइप द्वारा नियंत्रित जीवित जीवों की विशेषताओं की अभिव्यक्ति, जीव के अस्तित्व की स्थितियों पर निर्भर करती है। किसी जीव के अस्तित्व की विशिष्ट परिस्थितियों में उसकी विशेषताओं के समूह को फेनोटाइप कहा जाता है। स्थितियों के आधार पर, एक ही जीनोटाइप के सूक्ष्मजीवों के अलग-अलग फेनोटाइप हो सकते हैं, क्योंकि जीनोटाइप की आनुवंशिक जानकारी के विभिन्न भागों को लागू किया जाता है या जीनोटाइप प्रतिक्रिया मानदंड की एक अलग श्रेणी में कार्यान्वयन होता है। जब किसी जीव के अस्तित्व की स्थितियाँ बदलती हैं तो फेनोटाइप में परिवर्तन को संशोधन कहा जाता है। दूसरे शब्दों में, संशोधन आनुवंशिक रूप से समान सूक्ष्मजीवों में बाहरी कारकों के कारण होने वाले फेनोटाइपिक अंतर हैं।

बैक्टीरिया में संशोधन के विशिष्ट लक्षण हैं (तीन "ओएस"):

• परिवर्तनशीलता की निश्चितता (एक निश्चित पर्यावरणीय कारक या स्थितियाँ कड़ाई से परिभाषित विशेषता में परिवर्तन का कारण बनती हैं);
• परिवर्तनों का समुदाय (आनुवंशिक रूप से सजातीय आबादी के सभी या अधिकांश व्यक्तियों में एक साथ एक विशेषता में परिवर्तन);
• परिवर्तनों की प्रतिवर्तीता (परिवर्तन विरासत में नहीं मिलते, बाहरी कारक की समाप्ति के बाद वे गायब हो जाते हैं)।

कुछ मामलों में, बैक्टीरिया में तथाकथित दीर्घकालिक संशोधन देखे जाते हैं, जब किसी गुण में परिवर्तन कारक की कार्रवाई की समाप्ति के बाद कई पीढ़ियों तक बना रहता है। यह इस तथ्य के कारण है कि कोशिका विभाजन के दौरान, न केवल जीनोटाइप की संरचनाएं स्थानांतरित होती हैं, बल्कि कोशिका की सामग्री भी होती है, जो पिछली स्थितियों के तहत गठित पदार्थों के अवशेषों को आंशिक रूप से बरकरार रखती है।

आइए बैक्टीरिया की संशोधन परिवर्तनशीलता के एक उदाहरण पर विचार करें। पतला जीवाणु कल्चर बोते समय प्रोटियस वल्गारिस 24 घंटों के भीतर पोषक तत्व अगर पर बैक्टीरिया की कॉलोनियां विकसित हो गईं, जिनमें से प्रत्येक एक झुंड क्षेत्र से घिरा हुआ है। पित्त के साथ पोषक तत्व अगर पर कालोनियों को फिर से बोने के बाद, सभी कालोनियां बिना झुंड में आए 24 घंटों के भीतर विकसित हो गईं। इन कालोनियों को मूल पोषक तत्व अगर पर दोबारा बोने के बाद, सभी विकसित कालोनियों में फिर से झुंड क्षेत्र बन गए।

पित्त के साथ एक माध्यम पर प्रोटियस के फेनोटाइप में परिवर्तन को एक संशोधन माना जाना चाहिए, क्योंकि सभी तीन विशिष्ट विशेषताएं मौजूद हैं: परिवर्तनशीलता की निश्चितता (झुंड की अनुपस्थिति और कारक - पित्त के बीच संबंध), सामान्य परिवर्तनशीलता (सभी कालोनियों में परिवर्तन) जनसंख्या की), प्रतिवर्तीता (पोषक माध्यम में पित्त की अनुपस्थिति में, बैक्टीरिया को मूल फेनोटाइप में लौटाएं)।

सूक्ष्म जीव विज्ञानियों के व्यावहारिक कार्य में जीवाणु संशोधन की संभावना को लगातार ध्यान में रखा जाना चाहिए। बैक्टीरिया की सटीक वर्गीकरण और पहचान के लिए, बैक्टीरिया के गुणों (मानक पोषक तत्व मीडिया, परीक्षण, अभिकर्मकों, तापमान और अन्य खेती की स्थिति) का अध्ययन करने के लिए मानक (एकीकृत) स्थितियों का सख्ती से पालन किया जाना चाहिए।

प्रकृति में नये जीन का प्राथमिक स्रोत उत्परिवर्तन है। उत्परिवर्तन की कोई आम तौर पर स्वीकृत परिभाषा नहीं है। लेट से उत्परिवर्तन. उत्परिवर्तन एक निश्चित समय पर कोशिका में मौजूद आनुवंशिक संरचनाओं में होने वाला परिवर्तन है, जो स्थिर रूप से विरासत में मिलता है। उत्परिवर्तन के दो समूह हैं: गुणसूत्र विपथन, जिसमें 3 प्रकार (गुणसूत्रों के सेट की संख्या में परिवर्तन, व्यक्तिगत गुणसूत्रों की संख्या में परिवर्तन, गुणसूत्र पुनर्व्यवस्था) और जीन उत्परिवर्तन शामिल हैं। बैक्टीरिया में गुणसूत्र पुनर्व्यवस्था और जीन उत्परिवर्तन जैसे उत्परिवर्तन हो सकते हैं। इस मामले में, गुणसूत्र पुनर्व्यवस्था को विभाजन (गुणसूत्र के टुकड़े का नुकसान), व्युत्क्रम (गुणसूत्र खंड का 180 डिग्री तक घूमना), ट्रांसपोज़िशन (गुणसूत्र पर किसी स्थान पर छोटे डीएनए टुकड़े का सम्मिलन, उदाहरण के लिए, सम्मिलन खंड) के माध्यम से किया जाता है। या ट्रांसपोज़न)। जीन उत्परिवर्तन एकल-साइट (जीन के एक क्षेत्र में) या बहु-साइट हो सकते हैं। किसी जीन में उत्परिवर्तन प्रकट होने के लिए, न्यूक्लियोटाइड की एक जोड़ी में एक बिंदु परिवर्तन पर्याप्त है। उत्परिवर्तन की दिशा सीधी या उलटी हो सकती है। प्रत्यक्ष उत्परिवर्तन से जंगली प्रकार के जीव की विशेषताओं में परिवर्तन होता है; पिछला उत्परिवर्तन जंगली प्रकार में प्रत्यावर्तन के साथ होता है। जीन के किसी अन्य भाग में या किसी अन्य जीन में रिवर्स उत्परिवर्तन के परिणामस्वरूप मूल फेनोटाइप की बहाली एक दमनकारी उत्परिवर्तन है। एक उत्परिवर्तन जो किसी जीव की दो या दो से अधिक विशेषताओं को बदलता है, प्लियोट्रोपिक कहलाता है। स्वतःस्फूर्त और प्रेरित उत्परिवर्तन भी होते हैं। सहज उत्परिवर्तन इस अर्थ में अनायास होते हैं कि वे निर्धारित होते हैं, लेकिन हम उनके विशिष्ट कारणों को नहीं जानते हैं। प्रेरित उत्परिवर्तन कुछ उत्परिवर्ती कारकों के संपर्क के कारण होते हैं। इनमें विभिन्न प्रकार के आयनकारी विकिरण, पराबैंगनी किरणें और रासायनिक उत्परिवर्तन शामिल हैं।

उत्परिवर्तन तंत्र में परिवर्तनशीलता कुछ विशिष्ट विशेषताओं द्वारा विशेषता है।

• 1. आनुवंशिकता.
• 2. उत्परिवर्तन की कम आवृत्ति (दर) (बैक्टीरिया में 1 x 10 6 - 1 x 10 7, यानी 1-10 मिलियन में से एक कोशिका में उत्परिवर्तन)। उत्परिवर्तन (म्यूटेबिलिटी) उत्पन्न करने की क्षमता जीनोटाइप से प्रभावित होती है। बैक्टीरिया में, उत्परिवर्तन तेजी से बढ़ जाता है यदि उनमें विशेष जीन - उत्परिवर्तक हों। उदाहरण के लिए, एस्चेरिचिया कोली में दो उत्परिवर्ती जीन पाए गए - म्यूट टी, म्यूट एसआई।
• 3. परिवर्तनशीलता की गैर-दिशात्मकता (यानी अनिश्चितता, एक प्रभावशाली कारक के कारण विशेषताओं में परिवर्तन की अपर्याप्तता; एक ही कारक विभिन्न उत्परिवर्तन का कारण बनता है)।

एस लूरिया और एम डेलब्रुक (उतार-चढ़ाव परीक्षण), न्यूकॉम्ब (पुनर्वितरण परीक्षण) के प्रयोगों ने सहज उत्परिवर्ती के बैक्टीरिया की मूल आबादी में अस्तित्व दिखाया जो प्रभावशाली कारक - फेज - के प्रभाव से पहले भी प्रतिरोधी हैं। डी. लेडरबर्ग द्वारा विकसित फ़िंगरप्रिंट (प्रतिकृति) तकनीक ने किसी पर्याप्त कारक के संपर्क में आने से पहले या किसी उत्परिवर्तजन के संपर्क में आने के बाद कोशिकाओं की आबादी से उत्परिवर्ती को सीधे अलग करना संभव बना दिया - विभिन्न प्रकार के उत्परिवर्ती जो विशेषताओं में पर्याप्त नहीं हैं।

बैक्टीरिया में उत्परिवर्तनीय डीएनए क्षति की मरम्मत के लिए विशेष प्रणालियाँ होती हैं। सबसे अधिक अध्ययन की गई प्रणालियाँ हैं: "फोटोरिएक्टिवेशन", "डार्क रिपेयर", "रेप्लिकेटिव रिपेयर"। "फोटोरिएक्टिवेशन" केवल पराबैंगनी किरणों के कारण होने वाले डीएनए में दोषों (थाइमिन डिमर्स) की मरम्मत करता है। "डार्क रिपेयर" के दौरान, एंजाइमों का एक कॉम्प्लेक्स क्षतिग्रस्त क्षेत्र को काटकर और उसके स्थान पर पूरक डीएनए खंड के दूसरे स्ट्रैंड को संश्लेषित करके एक डीएनए स्ट्रैंड पर क्षति को बहाल करने के लिए काम करता है जो दोष को बदल देता है। "प्रतिकृति मरम्मत" प्रणाली पुनर्संयोजन के माध्यम से डीएनए के दोनों पहलुओं को हुई क्षति की भरपाई करती है।

वंशानुगत परिवर्तनशीलता का एक अन्य तंत्र जीवाणु आबादी की कोशिकाओं (क्षैतिज रूप से) के बीच आनुवंशिक सामग्री का आदान-प्रदान है। यह नए प्राथमिक लक्षण नहीं बनाता है, लेकिन यह विभिन्न जीनोम से जीन के पुनर्वितरण के कारण लक्षणों के नए संयोजनों के साथ जीवों के निर्माण में काफी तेजी लाता है, जो पर्यावरणीय परिस्थितियों में बैक्टीरिया के तेजी से अनुकूलन में योगदान देता है। बैक्टीरिया विभिन्न प्रजातियों और जेनेरा के साथ-साथ बैक्टीरियोफेज और प्लास्मिड के बीच व्यापक आनुवंशिक आदान-प्रदान करने में सक्षम हैं। बैक्टीरिया में, आनुवंशिक सामग्री के आदान-प्रदान के तीन मुख्य रूपों की पहचान की गई है: परिवर्तन, पारगमन, संयुग्मन (चित्र 3.2, 3.3)। वे आनुवंशिक सामग्री के संचारित होने के तरीके में भिन्न होते हैं।

परिवर्तन की विशेषता दाता के जीनोम से पृथक मुक्त डीएनए का उपयोग करके कुछ दाता जीनों को प्राप्तकर्ता कोशिका में स्थानांतरित करना है। परिवर्तन स्वतःस्फूर्त या प्रेरित हो सकता है। जब आनुवंशिक रूप से भिन्न कोशिकाएँ मिश्रित होती हैं तो प्राकृतिक परिस्थितियों में सहज परिवर्तन पुनः संयोजकों की उपस्थिति में प्रकट होता है। यह कोशिकाओं द्वारा उनके अपघटन के दौरान पर्यावरण में छोड़े गए डीएनए के कारण या व्यवहार्य दाता कोशिकाओं द्वारा सक्रिय डीएनए रिलीज के परिणामस्वरूप होता है। प्रेरित (कृत्रिम) परिवर्तन तब होता है जब दाता बैक्टीरिया से प्राप्त शुद्ध डीएनए को बैक्टीरिया कल्चर में जोड़ा जाता है। सफल परिवर्तन के लिए डीएनए और प्राप्तकर्ता बैक्टीरिया से संबंधित कई स्थितियों की आवश्यकता होती है। डीएनए को डबल-स्ट्रैंडेड होना चाहिए, इसमें 3-5 x 10 6 डाल्टन के टुकड़े होने चाहिए, और प्राप्तकर्ता के डीएनए के लिए आंशिक या पूरी तरह से समरूप होना चाहिए। प्राप्तकर्ता कोशिकाओं में क्षमता होनी चाहिए, अर्थात। संवेदनशीलता, जो केवल जीवन चक्र की एक निश्चित अवधि के दौरान होती है, कोशिका द्वारा एक विशेष प्रोटीन "क्षमता कारक" की रिहाई और कोशिका दीवार और झिल्ली की पारगम्यता में एक विशिष्ट परिवर्तन के कारण होती है। परिवर्तन प्रक्रिया में कई चरण होते हैं: एक सक्षम प्राप्तकर्ता की सतह पर डीएनए को "सक्षमता कारक" से बांधना, कोशिका में "खींचकर" डीएनए का प्रवेश, पुनर्संयोजन द्वारा प्राप्तकर्ता जीवाणु के गुणसूत्र में डीएनए का समावेश, अभिव्यक्ति स्थानांतरित जीन का. यदि डीएनए और रूपांतरित कोशिकाओं के मिश्रण को विद्युत आवेग (इलेक्ट्रोट्रांसफॉर्मेशन विधि) से उपचारित किया जाए तो आनुवंशिक परिवर्तन की दक्षता कई गुना बढ़ जाती है। प्राकृतिक परिस्थितियों में, आनुवंशिक सामग्री के स्थानांतरण के अन्य रूपों की तुलना में परिवर्तन की दक्षता कम महत्वपूर्ण है। जीवाणु कोशिकाओं में जीनोम को विदेशी डीएनए से बचाने के लिए एक तंत्र होता है - विशेष संशोधन और प्रतिबंध प्रणाली। ये प्रणालियाँ संशोधन द्वारा (आमतौर पर मिथाइलेशन द्वारा) अपने डीएनए की रक्षा करती हैं और विशेष एंजाइम - प्रतिबंध एंडोन्यूक्लाइजेस का उपयोग करके विदेशी डीएनए को नष्ट कर देती हैं। एक विशेष परिवर्तन विकल्प अभिकर्मक है, जब बैक्टीरियोफेज या प्लास्मिड डीएनए को कोशिका दीवार की कमी वाले प्राप्तकर्ता कोशिका में पेश किया जाता है।

ट्रांसडक्शन बैक्टीरियोफेज का उपयोग करके दाता कोशिका से प्राप्तकर्ता कोशिका तक आनुवंशिक सामग्री का स्थानांतरण है। सामान्य (अविशिष्ट) और विशिष्ट पारगमन होते हैं। सामान्य पारगमन का तंत्र यह है कि एक विषैले फेज के इंट्रासेल्युलर प्रजनन के दौरान, फेज डीएनए के बजाय, फेज लंबाई के बराबर जीवाणु डीएनए का एक टुकड़ा गलती से उसके सिर में शामिल हो सकता है। इस प्रकार दोषपूर्ण फ़ेज़ उत्पन्न होते हैं, जिनमें अपने स्वयं के जीनोमिक डीएनए के बजाय दाता जीवाणु से डीएनए का एक टुकड़ा होता है। ऐसे फ़ेज़ संक्रामक गुणों को बरकरार रखते हैं। वे जीवाणु कोशिका पर अवशोषित हो जाते हैं और उसमें डीएनए डाल देते हैं, लेकिन फ़ेज़ पुनरुत्पादित नहीं होता है। प्राप्तकर्ता कोशिका के गुणसूत्र के साथ एक फ़ेज़ द्वारा पेश किए गए दाता डीएनए टुकड़े के आनुवंशिक पुनर्संयोजन के मामले में, नया गुण आनुवंशिक रूप से तय होता है। इस प्रकार, सामान्य पारगमन के दौरान, फ़ेज़ आनुवंशिक सामग्री का केवल एक निष्क्रिय वाहक होता है।

विशिष्ट पारगमन को शीतोष्ण बैक्टीरियोफेज द्वारा दाता जीवाणु के कड़ाई से परिभाषित डीएनए टुकड़े के हस्तांतरण से अलग किया जाता है। जैसा कि ज्ञात है, शीतोष्ण बैक्टीरियोफेज वे हैं जो बैक्टीरिया कोशिकाओं को गुणसूत्र में एकीकृत कर सकते हैं, जिससे इसका लाइसोजेनाइजेशन हो सकता है। एक दाता जीवाणु के गुणसूत्र में एकीकृत एक समशीतोष्ण फ़ेज़ (प्रोफ़ेज) कुछ शर्तों के तहत, गुणसूत्र को छोड़ देता है, जीवाणु गुणसूत्र के निकटतम डीएनए अनुभागों को "हथिया लेता है" और उसके जीनोम के हिस्से को पीछे छोड़ देता है। एक दोषपूर्ण समशीतोष्ण फ़ेज़ उत्पन्न होता है जो दाता जीवाणु के जीवाणु जीन को अपने जीनोम में शामिल कर लेता है। इसके बाद, ट्रांसड्यूसिंग फ़ेज़ अपने डीएनए को प्राप्तकर्ता जीवाणु की कोशिका में पेश करता है, जहां यह, दाता जीवाणु के डीएनए टुकड़े के साथ, प्राप्तकर्ता गुणसूत्र में एकीकृत हो जाता है। इसके बाद, फ़ेज़ प्राप्तकर्ता के गुणसूत्र को छोड़ सकता है, लेकिन इसके द्वारा स्थानांतरित किए गए दाता जीवाणु के जीन प्राप्तकर्ता में रहते हैं। एक उदाहरण शीतोष्ण बैक्टीरियोफेज लैम्ब्डा (एक्स) है, जिसमें हमेशा गैल ऑपेरॉन या ओनेरॉन बायो होता है। विशिष्ट और सामान्य पारगमन कम-आवृत्ति (10 -4 - 10 -7 प्रति 1 फेज कण) हैं। विशिष्ट पारगमन का एक विशेष प्रकार फ़ेज़ या लाइसोजेनिक रूपांतरण है। ट्रांसड्यूसिंग फ़ेज़, प्राप्तकर्ता गुणसूत्र में एकीकृत होकर, जीवाणु के लाइसोजेनाइजेशन का कारण बनता है और नई विशेषताओं के लिए जीन को स्थानांतरित करता है, उदाहरण के लिए, विष निर्माण, डिप्थीरिया बैक्टीरिया में। हालाँकि, नए लक्षण को नियंत्रित करने वाले जीन लगातार ऐसे ट्रांसड्यूसिंग फ़ेज़ के जीनोम में शामिल होते हैं। इन जीनों की उपस्थिति विषैले दाताओं पर फ़ेज़ के प्रारंभिक प्रजनन से जुड़ी नहीं है। फ़ेज़ ने संभवतः अपने विकास के शुरुआती चरणों में इन जीनों को अपने जीनोम में शामिल कर लिया। ऐसे ट्रांसड्यूसिंग फ़ेज़ गैर-दोषपूर्ण होते हैं और बहुत उच्च आवृत्ति पर फ़ेज़ रूपांतरण का कारण बनते हैं।

संयुग्मन की विशेषता कोशिकाओं के बीच सीधे संपर्क के माध्यम से आनुवंशिक सामग्री का स्थानांतरण है। यह प्रक्रिया ध्रुवीय है - आनुवंशिक सामग्री केवल दाता बैक्टीरिया से प्राप्तकर्ता बैक्टीरिया तक स्थानांतरित होती है। दाता कोशिका कार्य और संयुग्मन प्रक्रिया को संयुग्मन स्थानांतरण जीन (ट्रा-ओपेरॉन) द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जो संयुग्मी प्लास्मिड में स्थानीयकृत होता है। कई संयुग्मी प्लास्मिडों में से, प्लास्मिड एफ है, जो केवल इन कार्यों को नियंत्रित करता है। एक स्वायत्त, एक्स्ट्राक्रोमोसोमल अवस्था में, यह दाता कोशिका प्रकार F+ (पुरुष), खोखले विली (F-पिली) का निर्माण और F- (महिला) प्राप्तकर्ता कोशिकाओं में अपना स्वयं का स्थानांतरण सुनिश्चित करता है। इस मामले में, दाता गुणसूत्र स्थानांतरित नहीं होता है, और एफ प्लास्मिड प्राप्त करने वाले प्राप्तकर्ता दाता प्रकार एफ+ प्राप्त कर लेते हैं। जब प्लास्मिड एफ को मेजबान जीवाणु के गुणसूत्र में एकीकृत किया जाता है, तो एचएफआर (पुनर्संयोजन की उच्च आवृत्ति) का निर्माण होता है - गुणसूत्र जीन के संचरण की उच्च आवृत्ति के साथ जीवाणु उपभेद। हालाँकि, प्लास्मिड एफ आमतौर पर प्राप्तकर्ता कोशिका में नहीं जाता है, क्योंकि यह उस गुणसूत्र के विपरीत अंत में स्थित होता है जहां से इसका संक्रमण शुरू होता है।

एफ-पिली चैनल के माध्यम से कोशिकाओं के बीच एक संयुग्मन पुल के माध्यम से एक गुणसूत्र का पारित होना इसकी प्रतिकृति से जुड़ा हुआ है। इस मामले में, गुणसूत्र के डीएनए का केवल एक स्ट्रैंड पुल से होकर गुजरता है, जिस पर प्राप्तकर्ता कोशिका में एक पूरक दूसरा स्ट्रैंड संश्लेषित होता है, और फिर, प्राप्तकर्ता गुणसूत्र के पुनर्संयोजन जीन (पुनर्संयोजन जीन) के नियंत्रण में, स्थानांतरित डीएनए टुकड़ा प्राप्तकर्ता गुणसूत्र में एकीकृत हो जाता है। प्लास्मिड एफ बैक्टीरिया गुणसूत्र के आसन्न क्षेत्र को कैप्चर करके एचएफआर उपभेदों को मूल एक्स्ट्राक्रोमोसोमल अवस्था में वापस ला सकता है। इस प्रकार, प्लास्मिड एफ' (एफ-प्राइम) बनता है, जो मेजबान जीवाणु के क्रोमोसोमल जीन का हिस्सा रखता है, उदाहरण के लिए, प्लास्मिड एफ' लैक। एफ' प्लास्मिड के माध्यम से प्राप्तकर्ता कोशिकाओं में दाता जीन के स्थानांतरण को सेक्सडक्शन कहा जाता है। इस मामले में, प्लास्मिड एफ' अपने जीनोम को स्थानांतरित करता है, जिसमें कुछ दाता जीन भी होते हैं, उच्च आवृत्ति के साथ, लेकिन दाता जीवाणु के गुणसूत्र स्थानांतरित नहीं होते हैं।

अन्य प्रकार के संयुग्मी प्लास्मिड (आर, एंट, कोल, आदि) का स्थानांतरण भी उच्च आवृत्ति के साथ होता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि संयुग्मन द्वारा प्लास्मिड का प्रभावी स्थानांतरण "संबंधित" बाधाओं को नहीं जानता है और विभिन्न प्रजातियों और जेनेरा के बैक्टीरिया के बीच होता है।

आनुवंशिक सामग्री के किसी भी रूप में आदान-प्रदान में, अंतिम चरण परिणामी डीएनए और प्राप्तकर्ता कोशिका के गुणसूत्र के बीच पुनर्संयोजन होता है। जब एक डीएनए स्ट्रैंड को स्थानांतरित किया जाता है, तो यह पहले एक पूरक स्ट्रैंड के साथ पूरा होता है। केवल डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए एक दूसरे के साथ पुनः संयोजित होता है। सामान्य पुनर्संयोजन, साइट-विशिष्ट पुनर्संयोजन और ट्रांसपोज़ेबल तत्वों द्वारा नियंत्रित पुनर्संयोजन ज्ञात हैं।

सामान्य पुनर्संयोजन समजातीय डीएनए के बीच होता है। साइट-विशिष्ट पुनर्संयोजन पुनर्संयोजन डीएनए अणुओं में विशिष्ट साइटों की उपस्थिति के कारण होता है, उदाहरण के लिए, गुणसूत्र ई कोलाईऔर शीतोष्ण बैक्टीरियोफेज लैम्ब्डा। सामान्य और साइट-विशिष्ट पुनर्संयोजन को हीए ए जीन द्वारा नियंत्रित किया जाता है। ट्रांसपोज़ेबल तत्वों द्वारा किए गए पुनर्संयोजन भी साइट-विशिष्ट होते हैं और विशेष न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों द्वारा निर्धारित होते हैं, लेकिन हीए ए जीन पर निर्भर नहीं होते हैं। बैक्टीरिया में पुनर्संयोजन प्रक्रियाओं में अग्रणी भूमिका जीन ए की होती है। इसका उत्पाद, आरईसी ए प्रोटीन (आणविक भार 38 केडीए), अद्वितीय कार्य करता है: डीएनए के एकल स्ट्रैंड को मजबूती से बांधता है; डीएनए डबल हेलिक्स से टूटे हुए स्ट्रैंड की रिहाई को बढ़ावा देता है; डीएनए के एकल स्ट्रैंड और डीएनए के दोहरे हेलिक्स को एक साथ रखता है; इसमें DNA-निर्भर ATPase का गुण होता है। जीन हेस ए न केवल पुनर्संयोजन की प्रक्रिया में शामिल है। इसका उत्पाद पोस्ट-रेप्लिकेटिव मरम्मत, प्रोफ़ेज प्रेरण, कोशिका विभाजन और बैक्टीरिया के अन्य महत्वपूर्ण कार्यों के लिए आवश्यक है। ऐसे जीन में अप्रभावी उत्परिवर्तन इन सभी कार्यों को प्रभावित करते हैं, इसलिए उन्हें एसओएस फ़ंक्शन कहा जाता है, और उनकी समग्रता एकल एसओएस प्रणाली का प्रतिनिधित्व करती है। किसी भी एसओएस फ़ंक्शन की अभिव्यक्ति एचईसी ए जीन उत्पाद की गतिविधि पर निर्भर करती है। डीएनए पर किसी भी हानिकारक प्रभाव के बाद एसओएस प्रणाली चालू हो जाती है। इसलिए, बैक्टीरिया की आनुवंशिक प्रणाली की आत्मरक्षा में एचईसी ए जीन का प्राथमिक महत्व है।

जीवाणु जीनोम का अध्ययन करने के लिए आनुवंशिक तरीकों के उपयोग से जीवाणुओं की आनुवंशिक वर्गीकरण बनाना संभव हो गया। इसके आधार पर, बैक्टीरिया के वर्तमान वर्गीकरण को काफी हद तक स्पष्ट किया गया है और प्राकृतिक वर्गीकरण और वर्गीकरण के विकास के लिए पूर्वापेक्षाएँ बनाई गई हैं। वर्गीकरण के हित में, कई तरीकों का उपयोग किया जाता है। डीएनए-डीएनए संकरण की विधि (डीएनए समरूपता के स्तर का पता लगाना)। 60-100% डीएनए समरूपता का माप प्रजातियों के स्तर पर संबंधितता को इंगित करने के लिए माना जाता है। हालाँकि, आम तौर पर कोई स्वीकृत मानदंड नहीं हैं। डीएनए-आरआरएनए संकरण विधि डीएनए के उस क्षेत्र के बीच आनुवंशिक संबंध को प्रकट करती है जो आरआरएनए संश्लेषण और आरआरएनए न्यूक्लियोटाइड को नियंत्रित करता है। आरआरएनए संश्लेषण के लिए जिम्मेदार सिस्ट्रोन रूढ़िवादी हैं और जीनस और पारिवारिक स्तर पर संबंधों की पहचान करना संभव बनाते हैं। सबसे विश्वसनीय तरीका डीएनए अनुक्रमण है। यह विधि व्यक्तिगत डीएनए टुकड़ों या गुणसूत्र के संपूर्ण डीएनए में न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम को प्रकट करती है। अध्ययन का सबसे अच्छा उद्देश्य (सबसे अधिक रूढ़िवादी) डीएनए क्षेत्र है जो बैक्टीरिया 16एस राइबोसोमल आरएनए के संश्लेषण को नियंत्रित करता है। इस टुकड़े के डीएनए को क्लोन किया जाता है और फिर अनुक्रमित किया जाता है। डीएनए अनुक्रमण विधि साम्राज्य, वर्ग, परिवार और जीनस के स्तर पर बैक्टीरिया की संबंधितता की पहचान करना संभव बनाती है, लेकिन प्रजातियों को स्थापित करने के लिए पर्याप्त संवेदनशील नहीं है। यह विधि बैक्टीरिया के विकासवादी संबंधों की पहचान करना संभव बनाती है और जीन सिस्टमैटिक्स में मौलिक है। सबसे महत्वपूर्ण बैक्टीरिया में, अनुक्रमण द्वारा क्रोमोसोमल डीएनए न्यूक्लियोटाइड्स (एस्चेरिचिया कोली, स्यूडोमोनास एरुगिनोसा, आदि) के पूर्ण अनुक्रम का अध्ययन किया गया था।

बैक्टीरिया में अधिग्रहित दवा प्रतिरोध की अत्यंत महत्वपूर्ण चिकित्सा समस्या के आनुवंशिक तंत्र का खुलासा किया गया है।

यह स्थापित किया गया है कि किसी भी संयोजन में 1-10 एंटीबायोटिक दवाओं के प्रतिरोध के लिए जीन ले जाने वाले आर-प्लास्मिड एंटीबायोटिक दवाओं के लिए बैक्टीरिया प्रतिरोध के तेजी से विकास में प्राथमिक महत्व रखते हैं। वे मिनटों के भीतर एंटीबायोटिक प्रतिरोध जीन को अतिसंवेदनशील बैक्टीरिया में स्थानांतरित कर सकते हैं, जिससे शरीर में बैक्टीरिया की पूरी आबादी प्रतिरोधी हो जाती है। आर प्लास्मिड को हटाने या उनके संचरण को अवरुद्ध करने का अभी भी कोई प्रभावी साधन नहीं है। अब तक, वास्तविक उपलब्धि उन दवाओं का उपयोग है जो एंटीबायोटिक दवाओं को नष्ट करने वाले एंजाइमों की गतिविधि को अवरुद्ध करती हैं, जिन्हें आर-प्लास्मिड द्वारा नियंत्रित किया जाता है। उदाहरण के लिए, बीटा-लैक्टामेज़ को निष्क्रिय करने के लिए क्लैवुलैनिक एसिड, सल्बैक्टम, टैज़ोबैक्टम का उपयोग बीटा-लैक्टम समूह के एंटीबायोटिक दवाओं के साथ संयोजन में किया जाता है।

जीवाणु रोगजनन कारकों का आनुवंशिक नियंत्रण स्थापित किया गया है। बैक्टीरिया, बैक्टीरियोफेज और प्लास्मिड के जीनोम में इन जीनों को स्थानीयकृत करने की संभावना का प्रदर्शन किया गया है। अवसरवादी जीवाणुओं के बीच रोगजनक उपभेदों के गठन के तंत्र की पहचान की गई है। यह जानकारी आणविक जैविक तरीकों का उपयोग करके रोगजनक बैक्टीरिया की पहचान करना और सूक्ष्मजीवों के विषैले टीके उपभेदों को उद्देश्यपूर्ण ढंग से प्राप्त करना संभव बनाती है।

आनुवंशिकी में एक बड़ी उपलब्धि पोलीमरेज़ चेन रिएक्शन (पीसीआर) विधि का विकास है, जिसे नोबेल पुरस्कार (मुलिस के., 1993) से सम्मानित किया गया था। पीसीआर के आधार पर, सूक्ष्मजीवों को इंगित करने और संक्रामक रोगों के निदान के लिए एक मौलिक रूप से नई सार्वभौमिक प्रणाली बनाई गई है - जीनोइंडिकेशन। पीसीआर विधि आपको इन विट्रो में डीएनए के कुछ वर्गों को बढ़ाने ("गुणा", क्लोन करने) की अनुमति देती है, जिससे 2-4 घंटों में इस डीएनए की लाखों प्रतियां प्राप्त होती हैं। पीसीआर विधि का सार एक एकाधिक चक्रीय प्रक्रिया है, जिसमें प्रत्येक चक्र में वैकल्पिक रूप से तीन चरण शामिल होते हैं - डीएनए का थर्मल विकृतीकरण (पिघलना), इसकी एनीलिंग (सिंथेटिक ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड प्राइमरों का जुड़ाव), संश्लेषण (थर्मोस्टेबल डीएनए के साथ डीएनए के दूसरे स्ट्रैंड को पूरा करना) पोलीमरेज़)। इन चरणों में परिवर्तन एक विशेष एम्पलीफायर डिवाइस (थर्मल साइक्लर) में प्रतिक्रिया मिश्रण के तापमान में बदलाव के परिणामस्वरूप होता है। डीएनए की मूल और बाद की प्रतियों का विकृतीकरण, जिससे डीएनए दो एकल धागों में विभाजित हो जाता है, 90-95 डिग्री सेल्सियस पर 40-50 सेकंड के लिए होता है। एनीलिंग (प्राइमर जोड़ना) 40-65 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर होता है। प्राइमर - सिंथेटिक ऑलिगोन्यूक्लियोटाइड्स (20-30 न्यूक्लियोटाइड्स) - वांछित विशिष्ट डीएनए टुकड़े को फ़्लैंक करते हुए, एकल-फंसे डीएनए लक्ष्य से जुड़े होते हैं। प्राइमर का चयन इसलिए किया जाता है ताकि वे वांछित टुकड़े को सीमित कर सकें और विपरीत डीएनए स्ट्रैंड के पूरक हों; इस मामले में, एक प्राइमर एक स्ट्रैंड पर है, दूसरा विपरीत पर है। संश्लेषण (बढ़ाव) - डीएनए डीएनए के दूसरे स्ट्रैंड का पूरा होना टैग-डीएनए पोलीमरेज़ की भागीदारी के साथ 72 डिग्री सेल्सियस पर होता है। दूसरे डीएनए स्ट्रैंड का पूरा होना प्रत्येक डीएनए स्ट्रैंड के 5" सिरे से 3" सिरे तक होता है, यानी। विपरीत दिशाओं में. पहले चक्र के परिणामस्वरूप, प्राइमर द्वारा सीमित डीएनए क्षेत्र की दो प्रतियां बनती हैं। थर्मल साइक्लर के प्रकार के आधार पर चक्र की अवधि 2-2 मिनट या 30-40 सेकंड है। प्रत्येक आगामी चक्र के परिणामस्वरूप, संश्लेषित प्रतियों की संख्या तेजी से दोगुनी हो जाती है (चित्र 3.4)। आमतौर पर, पीसीआर में 20-30 चक्र शामिल होते हैं, जो वांछित डीएनए टुकड़े की 1 मिलियन प्रतियों का संश्लेषण सुनिश्चित करता है।

चावल। 3.4.

पीसीआर उत्पादों का पता लगाने के लिए इलेक्ट्रोफोरेसिस या अन्य डिटेक्शन सिस्टम का उपयोग किया जाता है।

पीसीआर को चिकित्सीय महत्व के अधिकांश सूक्ष्मजीवों का पता लगाने के लिए अनुकूलित किया गया है। यह आपको शुद्ध संस्कृति की पहचान किए बिना सीधे अध्ययन के तहत सामग्री में वांछित सूक्ष्मजीवों का तुरंत पता लगाने की अनुमति देता है, और इसमें उच्च संवेदनशीलता (1 x 10 1 - 1 x 10 3 सूक्ष्मजीव प्रति 1 ग्राम सामग्री) है। पीसीआर ने खेती में मुश्किल और धीमी गति से बढ़ने वाले सूक्ष्मजीवों (वायरस, क्लैमाइडिया, रिकेट्सिया, माइकोप्लाज्मा, स्पाइरोकेट्स, माइकोबैक्टीरिया) का पता लगाने के लिए व्यापक आवेदन पाया है।

एलएफ, एफआईयू, पीएफ। पाठ संख्या 6

ए. बुनियादी बातें

बैक्टीरिया में आनुवंशिक सामग्री का संगठन.

बैक्टीरिया की वंशानुगत जानकारी डीएनए में संग्रहीत होती है, जो एक प्रोकैरियोटिक कोशिका में गोलाकार रूप से बंद, डबल-स्ट्रैंडेड, सुपरकॉइलड होती है और दो प्रकार के अणुओं द्वारा दर्शायी जाती है: एक बड़ा - एक न्यूक्लियॉइड, जहां महत्वपूर्ण संकेत एन्कोडेड होते हैं, और छोटे - आनुवंशिकता के एक्स्ट्राक्रोमोसोमल कारक (प्लास्मिड, ट्रांसपोज़न, आईएस अनुक्रम और शीतोष्ण बैक्टीरियोफेज), जिसमें अतिरिक्त विशेषताएं एन्कोडेड हैं।

आनुवंशिकता के एक्स्ट्राक्रोमोसोमल कारक और न्यूक्लियॉइड में उनका एकीकरण।

प्लास्मिड, एक न्यूक्लियॉइड की तरह, स्व-प्रतिकृति कर सकते हैं और इसलिए आनुवंशिकता के स्वायत्त कारकों से संबंधित होते हैं (बाकी के विपरीत - गैर-स्वायत्त, जो केवल न्यूक्लियॉइड या प्लास्मिड के हिस्से के रूप में दोहराने में सक्षम होते हैं, इसके अलावा, प्लास्मिड, समशीतोष्ण चरणों की तरह); , केवल समजात क्षेत्रों में एक न्यूक्लियॉइड में एकीकृत किया जा सकता है, ट्रांसपोज़न और आईएस अनुक्रमों के विपरीत, जिन्हें इसके किसी भी क्षेत्र में न्यूक्लियॉइड में एकीकृत किया जा सकता है।

प्लाज्मिड.

प्लास्मिड एक जीवाणु कोशिका में दो संभावित कार्य करते हैं - नियामक (कुछ न्यूक्लियॉइड जीन के डुप्लिकेट युक्त) और कोडिंग (ऐसे जीन ले जाना जो न्यूक्लियॉइड में नहीं हैं), और दो अवस्थाओं में मौजूद हो सकते हैं (स्वायत्त, यानी न्यूक्लियॉइड के बाहर, और एकीकृत होते हैं) न्यूक्लियॉइड ), और उनमें ट्रै-ओपेरॉन की सामग्री के आधार पर - संयुग्मी हो (यदि यह ऑपेरॉन किसी दिए गए प्लास्मिड में निहित है) और गैर-संयुग्मक।

ट्रै ऑपेरॉन के कार्य.

ट्रै ऑपेरॉन संयुग्मन प्रक्रिया की संभावना को निर्धारित करता है (संयुग्मी पिली के गठन और उनके माध्यम से आनुवंशिक सामग्री के एकतरफा हस्तांतरण की प्रक्रिया को निर्धारित करता है: एक प्लास्मिड या न्यूक्लियॉइड का एक खंड)।

एफ प्लास्मिड.

एफ-प्लास्मिड स्वयं ट्रै-ओपेरॉन हैं, बिना किसी अतिरिक्त जीन के; वे स्वयं के संयुग्मन पर स्थानांतरण का निर्धारण करते हैं, साथ ही एक अन्य डीएनए अणु जिसमें एफ-प्लास्मिड एकीकृत होता है (यदि यह डीएनए अणु एक गैर-संयुग्मित प्लास्मिड है, फिर एकीकरण के परिणामस्वरूप एफ-प्लास्मिड, यह संयुग्मन बन जाता है और संयुग्मन पीआईएल के माध्यम से स्थानांतरित हो जाता है, यदि यह एक डीएनए अणु है - एक न्यूक्लियॉइड, तो संयुग्मन के दौरान इसका हिस्सा स्थानांतरित हो जाता है, लेकिन एफ-प्लास्मिड स्वयं नहीं)।

प्लास्मिड एफ की विभिन्न अवस्थाओं का निर्माण।

एक स्वायत्त अवस्था से एक एफ-प्लाज्मिड न्यूक्लियॉइड में एकीकृत अवस्था में जा सकता है (इस मामले में इसे एचएफआर कारक कहा जाता है), और एक स्वायत्त अवस्था में भी लौट सकता है (या तो अपनी संरचना को पूरी तरह से बनाए रख सकता है या अपने टर्मिनल क्षेत्र को "आदान-प्रदान" कर सकता है) न्यूक्लियॉइड - बाद वाले मामले में, ऐसे पुनः संयोजक प्लास्मिड को एफ' प्लास्मिड कहा जाता है)।

आर-प्लास्मिड।

आर-प्लास्मिड प्लास्मिड हैं जो एंटीबायोटिक दवाओं के लिए एक जीवाणु कोशिका के बहुऔषध प्रतिरोध (या प्रतिरोध, इसलिए नाम) का निर्धारण करते हैं; उनमें ऐसे जीन शामिल होते हैं जो इस तरह के प्रतिरोध (आर-ओपेरॉन) और एक एफ-प्लास्मिड (जिसे इस मामले में आरटीएफ कारक कहा जाता है) निर्धारित करते हैं।

आर-ओपेरॉन की संरचना.

इस ऑपेरॉन में ऐसे जीन होते हैं जो एंटीबायोटिक प्रतिरोध का निर्धारण करते हैं, और इसमें एक ट्रांसपोसॉन या उसका एक हिस्सा - एक आईएस अनुक्रम भी हो सकता है।

आर-प्लास्मिड की उपस्थिति के कारण एंटीबायोटिक दवाओं के प्रति जीवाणु प्रतिरोध की क्रियाविधि।

आर-प्लास्मिड यह निर्धारित कर सकता है: एक जीवाणु कोशिका की एंटीबायोटिक को निष्क्रिय करने की क्षमता, एक जीवाणु कोशिका की एक एंटीबायोटिक को संशोधित करने की क्षमता जिसमें एंटीबायोटिक अपनी जीवाणुरोधी गतिविधि खो देता है, एक जीवाणु कोशिका की कोशिका दीवार की पारगम्यता को कम करने की क्षमता किसी दिए गए एंटीबायोटिक के लिए।

बैक्टीरियोसाइनोजेनिक प्लास्मिड (ई. कोलाई कोल-प्लास्मिड के उदाहरण का उपयोग करके)।

बैक्टीरियोसिनोजेनिक प्लास्मिड एंटीबायोटिक जैसे पदार्थों के संश्लेषण को निर्धारित करते हैं - बैक्टीरियोसिन; ई. कोली में, बैक्टीरियोसिनोजेनिक प्लास्मिड को कोलिसिनोजेनिक कहा जाता है (जैसा कि अन्य बैक्टीरिया में - प्रजाति के नाम से) या कोल-प्लास्मिड, और बैक्टीरियोसिन को कोलिसिन कहा जाता है (उसी सिद्धांत से)।

कोलिसिन के लक्षण.

कोलिसिन प्रोटीन होते हैं जो जीवाणु कोशिका को मारते हैं लेकिन इसे नष्ट नहीं करते हैं।

ट्रांसपोज़न।

ट्रांसपोज़न न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम होते हैं जिनमें आईएस अनुक्रम शामिल होते हैं (जो डीएनए अणु में अपना स्थान बदलने के लिए ट्रांसपोज़न की क्षमता निर्धारित करते हैं, साथ ही एक डीएनए अणु से दूसरे में "छलांग" लगाते हैं - तथाकथित "जंपिंग जीन"), जीन जो निर्धारित करते हैं कोई भी विशेषता, साथ ही विशेष टर्मिनल संरचनाएं, जिनकी बदौलत ट्रांसपोज़न एक स्वायत्त अवस्था में हो सकते हैं (क्योंकि, इन "चिपचिपे सिरों" के लिए धन्यवाद, वे एक रिंग में बंद हो जाते हैं)।

आईएस अनुक्रम.

आईएस अनुक्रमों में केवल ट्रांसपोज़िशन जीन शामिल होते हैं, ट्रांसपोज़न के विपरीत, वे एक स्वायत्त अवस्था में नहीं हो सकते हैं।

फ़ेज़ रूपांतरण के तंत्र।

जब, लाइसोजेनाइजेशन (यानी, समशीतोष्ण बैक्टीरियोफेज के जीनोम में एकीकरण) के परिणामस्वरूप, एक जीवाणु एक अतिरिक्त गुण प्राप्त करता है, तो यह तीन संभावित तंत्रों के कारण हो सकता है: प्रोफ़ेज जीन का अवसादन, एक दोषपूर्ण द्वारा संबंधित जीन का परिचय फ़ेज़, प्रमोटर प्रोफ़ेज द्वारा अपने स्वयं के प्रमोटर को नुकसान के कारण "मूक" जीन को ट्रिगर करना।

बैक्टीरिया में संशोधन.

संशोधन बैक्टीरिया में फेनोटाइपिक परिवर्तनशीलता हैं।

बैक्टीरिया में उत्परिवर्तन.

बैक्टीरिया में उत्परिवर्तनीय परिवर्तनशीलता के साथ, डीएनए की प्राथमिक संरचना में परिवर्तन होते हैं, जो वंशानुगत हानि या किसी विशेषता (या विशेषताओं) के परिवर्तन में व्यक्त होते हैं; सहज उत्परिवर्तन के साथ, वे कारक जो उन्हें (उत्परिवर्तजन) पैदा करते हैं, अज्ञात हैं - अक्सर सहज उत्परिवर्तन डीएनए प्रतिकृति के दौरान डीएनए पोलीमरेज़ त्रुटियों के परिणामस्वरूप होते हैं, सहज उत्परिवर्तन के बीच, सम्मिलन उत्परिवर्तन प्रतिष्ठित होते हैं, जो एक्स्ट्राक्रोमोसोमल वंशानुगत कारकों के एकीकरण के कारण होते हैं; न्यूक्लियॉइड में; बैक्टीरिया में प्रेरित उत्परिवर्तन प्रयोगात्मक रूप से एक विशिष्ट उत्परिवर्तन की क्रिया के कारण होते हैं।

एसआर पृथक्करण.

एसआर-पृथक्करण वह घटना है जब शुद्ध संस्कृति में आर-रूप दिखाई देते हैं जो कॉलोनियों के एस-रूप बनाते हैं; इसके तंत्र के अनुसार, एसआर पृथक्करण एक सम्मिलन उत्परिवर्तन है जो जीन के नुकसान की ओर जाता है जो कोशिका दीवार की बाहरी झिल्ली में एलपीएस पॉलीसेकेराइड इकाइयों के संश्लेषण को नियंत्रित करता है।

उत्परिवर्तन।

उत्परिवर्तनों को रासायनिक पदार्थों या भौतिक कारकों के रूप में समझा जाता है जो डीएनए में पूर्व-उत्परिवर्तन परिवर्तन का कारण बनते हैं, जो मरम्मत एंजाइमों में त्रुटियों के परिणामस्वरूप या मरम्मत प्रक्रिया के दौरान उत्परिवर्तन में बदल जाते हैं।

बैक्टीरिया में क्षतिपूर्ति.

यह शब्द जीवाणु कोशिका की मरम्मत प्रणालियों के एंजाइमों द्वारा क्षतिग्रस्त डीएनए की बहाली की प्रक्रिया को संदर्भित करता है।

बैक्टीरिया में पुनर्संयोजन परिवर्तनशीलता.

पुनर्संयोजन परिवर्तनशीलता को उस परिवर्तनशीलता के रूप में समझा जाता है जो प्राप्तकर्ता कोशिका के डीएनए में दाता कोशिका के डीएनए खंड के शामिल होने के परिणामस्वरूप होती है; बैक्टीरिया में, पाँच प्रकार के आनुवंशिक पुनर्संयोजन होते हैं (अर्थात, पुनर्संयोजन परिवर्तनशीलता के पाँच प्रकार): परिवर्तन (दाता से प्राप्तकर्ता कोशिका में आनुवंशिक सामग्री का सीधा स्थानांतरण), ट्रांसडक्शन (आनुवंशिक सामग्री का दाता से प्राप्तकर्ता कोशिका में स्थानांतरण) दोषपूर्ण बैक्टीरियोफेज), संयुग्मन (संयुग्मन पिली का उपयोग करके दाता से प्राप्तकर्ता कोशिका में आनुवंशिक सामग्री को स्थानांतरित करना), लाइसोजेनाइजेशन (जिसके दौरान बहिर्जात आनुवंशिक सामग्री को प्राप्तकर्ता कोशिका के जीनोम में पेश किया जाता है - एक समशीतोष्ण फेज का जीनोम), फेज रूपांतरण (अलग-अलग) लाइसोजेनाइजेशन से केवल दाता कोशिका का फेनोटाइप बदलता है)।

मेडिकल माइक्रोबायोलॉजी में जेनेटिक इंजीनियरिंग।

मेडिकल माइक्रोबायोलॉजी में, आनुवंशिक इंजीनियरिंग विधियों का तेजी से उपयोग किया जा रहा है, जिनकी मदद से सूक्ष्मजीवों को उनके जीनोम में संबंधित जीन को पेश करके चिकित्सा अभ्यास (टीके, हार्मोन, इंटरफेरॉन, साइटोकिन्स इत्यादि) में आवश्यक दवाओं का उत्पादन करने के लिए "मजबूर" किया जाता है। अर्थात। "निर्देशित" पुनर्संयोजन परिवर्तनशीलता के माध्यम से वांछित गुणों के साथ एक पुनः संयोजक तनाव प्राप्त करना।

सूक्ष्मजीवविज्ञानी निदान में प्रयुक्त आनुवंशिक विधियाँ।

आधुनिक चिकित्सा में, सूक्ष्मजीवविज्ञानी निदान के आनुवंशिक तरीके तेजी से व्यापक होते जा रहे हैं: जीवाणु जीनोम में ग्वानिन और साइटोसिन के प्रतिशत का निर्धारण, आणविक संकरण की विधि और विशेष रूप से पोलीमरेज़ चेन रिएक्शन (पीसीआर)।

आणविक संकरण विधि.

इस विधि का उपयोग विभिन्न डीएनए की समानता की डिग्री की पहचान करने के लिए किया जाता है (सूक्ष्मजीवों की पहचान करते समय, पृथक तनाव के डीएनए की तुलना संदर्भ तनाव के डीएनए से की जाती है)।

पोलीमरेज श्रृंखला अभिक्रिया।

पीसीआर को तीन उद्देश्यों को प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है: शुद्ध संस्कृति को अलग किए बिना पैथोलॉजिकल सामग्री में एक विशिष्ट प्रकार के सूक्ष्मजीव का पता लगाना, सूक्ष्मजीवों की पृथक शुद्ध संस्कृतियों की पहचान करना, सूक्ष्मजीवों का जीनोटाइप करना, यानी। एक प्रजाति के आनुवंशिक वेरिएंट का निर्धारण; पीसीआर का सिद्धांत सकारात्मक प्रतिक्रिया के मामले में वांछित जीन की मात्रा को बढ़ाना (बढ़ाना) है या नकारात्मक प्रतिक्रिया के मामले में ऐसी वृद्धि की अनुपस्थिति (यानी डीएनए निकाला जाता है और, यदि इसमें वांछित जीन होता है) , प्रतिक्रिया के दौरान इसकी मात्रा तेजी से बढ़ जाती है, जिसे इलेक्ट्रोफोरेसिस का उपयोग करके पता लगाया जाता है)।

बी. व्याख्यान पाठ्यक्रम

बी सैद्धांतिक सामग्री

11. जीवाणुओं में आनुवंशिक पदार्थ का संगठन
11.2. प्लाज्मिड
11.3. एफ प्लास्मिड
11.4. आर-प्लास्मिड
11.6. ट्रांसपोज़न
11.7. आईएस अनुक्रम
12. बैक्टीरिया में संशोधन, उत्परिवर्तन और मरम्मत
12.1. बैक्टीरिया में संशोधन
12.2. बैक्टीरिया में उत्परिवर्तन
12.3. एसआर पृथक्करण
12.4. उत्परिवर्तजन
12.5. क्षतिपूर्ति
13. बैक्टीरिया में आनुवंशिक पुनर्संयोजन, मेडिकल माइक्रोबायोलॉजी में जेनेटिक इंजीनियरिंग
13.1. बैक्टीरिया में आनुवंशिक पुनर्संयोजन के प्रकार
13.2. मेडिकल माइक्रोबायोलॉजी में जेनेटिक इंजीनियरिंग
14. सूक्ष्मजीवविज्ञानी निदान में आनुवंशिक विधियों का अनुप्रयोग
14.1. आणविक संकरण विधि
14.2. पोलीमरेज श्रृंखला अभिक्रिया

बैक्टीरिया में आनुवंशिक सामग्री का संगठन

11.1. जीवाणु कोशिका की आनुवंशिक सामग्री के संगठन की सामान्य योजना

बैक्टीरिया में आनुवंशिक सामग्री का संगठन पृथ्वी पर सभी रूपों के लिए सामान्य सिद्धांत पर आधारित है। इसलिए, यह सामग्री सामान्य आनुवंशिकी पाठ्यक्रम के छात्रों के ज्ञान को ध्यान में रखते हुए प्रस्तुत की गई है: केवल उन आनुवंशिक विशेषताओं को शामिल किया गया है जो प्रोकैरियोटिक कोशिका की विशेषता हैं। बैक्टीरिया की वंशानुगत जानकारी, सेलुलर जीवन के सभी रूपों (वायरस के विपरीत) की तरह, डीएनए में संग्रहीत होती है (चित्र 11.1-1), जो प्रोकैरियोटिक कोशिका में दो प्रकार के अणुओं द्वारा दर्शायी जाती है।

चावल। 11.1-1. डीएनए संरचना आरेख

ए. महत्वपूर्ण संकेत, जिनके बिना एक जीवाणु कोशिका अस्तित्व में नहीं रह सकती, एन्कोडेड हैं न्यूक्लियॉइड(धारा 4.2 देखें)।

बी. गैर-महत्वपूर्ण लक्षण बैक्टीरिया में एन्कोड किए जाते हैं आनुवंशिकता के एक्स्ट्राक्रोमोसोमल कारक: प्लास्मिड, ट्रांसपोज़न, आईएस अनुक्रम और शीतोष्ण बैक्टीरियोफेज। इन विशेषताओं के बिना, एक जीवाणु कोशिका सामान्य परिस्थितियों में मौजूद रह सकती है, लेकिन आनुवंशिकता के एक्स्ट्राक्रोमोसोमल कारकों में एन्कोडेड अतिरिक्त विशेषताएं जनसंख्या में कई कोशिकाओं को पर्यावरणीय परिस्थितियों में बदलाव होने पर जीवित रहने के अतिरिक्त अवसर देती हैं और जनसंख्या की विविधता को बढ़ाकर, जनसंख्या में वृद्धि करती हैं। उत्तरार्द्ध की अनुकूली क्षमताएं। उदाहरण के लिए, सामान्य परिस्थितियों में पेनिसिलिन के प्रतिरोध के लक्षण की आवश्यकता नहीं होती है और यह बैक्टीरिया कोशिका की व्यवहार्यता को प्रभावित नहीं करता है, लेकिन जब यह एंटीबायोटिक बाहरी वातावरण में दिखाई देता है, तो केवल वे बैक्टीरिया जिनमें संबंधित लक्षण को एन्कोड करने वाला प्लास्मिड होता है, जीवित रह सकते हैं। और केवल वे जीवाणु आबादी जिनमें संबंधित प्लास्मिड ले जाने वाली कोशिकाएं होती हैं, पेनिसिलिन की उपस्थिति में जीवित रह सकती हैं।

1. स्व-प्रतिकृति करने की क्षमता के अनुसारआनुवंशिकता के एक्स्ट्राक्रोमोसोमल कारकों को दो समूहों में विभाजित किया गया है: स्वायत्त और गैर-स्वायत्त।

एक। स्वायत्तबैक्टीरिया में आनुवंशिकता के एक्स्ट्राक्रोमोसोमल कारक प्लास्मिड हैं। इसका मतलब यह है कि वे अपने स्वयं के संबंधित ऑपेरॉन के साथ, स्वतंत्र रूप से दोहराने में सक्षम हैं।

बी। गैर स्वायत्तबैक्टीरिया में आनुवंशिकता के एक्स्ट्राक्रोमोसोमल कारक ट्रांसपोज़न, आईएस अनुक्रम और शीतोष्ण फ़ेज हैं। प्रतिकृति सुनिश्चित करने वाले अपने स्वयं के ऑपेरॉन के बिना, वे केवल उस डीएनए अणु में ही प्रतिलिपि बना सकते हैं जिसमें ऐसा ऑपेरॉन होता है - या तो न्यूक्लियॉइड में या प्लास्मिड में।

2. बैक्टीरिया में आनुवंशिकता के सभी एक्स्ट्राक्रोमोसोमल कारकों को न्यूक्लियॉइड में एकीकृत किया जा सकता है (और, तदनुसार, इसकी संरचना छोड़ें)। न्यूक्लियॉइड में सम्मिलन के स्थान पर निर्भर करता हैआनुवंशिकता के एक्स्ट्राक्रोमोसोमल कारकों को भी दो समूहों में विभाजित किया गया है।

एक। केवल सजातीय क्षेत्रों मेंप्लास्मिड और शीतोष्ण बैक्टीरियोफेज के न्यूक्लियॉइड में एकीकृत किया जा सकता है। इसका मतलब यह है कि एक विशेष प्लास्मिड और एक विशेष समशीतोष्ण बैक्टीरियोफेज के लिए न्यूक्लियॉइड में केवल एक ही स्थान होता है जहां इस विशेष प्लास्मिड या इस विशेष बैक्टीरियोफेज को न्यूक्लियॉइड में शामिल किया जा सकता है।

बी। किसी भी क्षेत्र मेंट्रांसपोज़न और आईएस अनुक्रमों द्वारा न्यूक्लियॉइड में एकीकृत किया जा सकता है।

11.2. प्लाज्मिड

प्लास्मिड बैक्टीरिया में आनुवंशिकता के एक्स्ट्राक्रोमोसोमल स्वायत्त कारक हैं।

ए. प्लास्मिड, जीवाणु आनुवंशिकता के अन्य एक्स्ट्राक्रोमोसोमल कारकों की तरह, जीवाणु आबादी की आनुवंशिक विविधता को बढ़ाते हैं। इसे उनका मुख्य कार्य माना जा सकता है, जिसे वे ट्रांसपोज़न, आईएस अनुक्रम और शीतोष्ण बैक्टीरियोफेज के साथ मिलकर करते हैं। विशेष रूप से, प्लास्मिड पृथक होते हैं दो कार्य: नियामक और कोडिंग।

1. प्लास्मिड में वही जीन हो सकते हैं जो न्यूक्लियॉइड में मौजूद होते हैं। यदि इनमें से एक न्यूक्लियॉइड जीन किसी कारण से चुप हो जाता है, तो समान प्लास्मिड जीन चालू हो जाएंगे - वांछित लक्षण अभी भी जीवाणु कोशिका के फेनोटाइप में मौजूद रहेगा। प्लास्मिड के इस कार्य को कहा जाता है नियामक.

2. कोडनप्लास्मिड का कार्य यह है कि उनमें ऐसे जीन हो सकते हैं जो जीवाणु गुणसूत्र (यानी, न्यूक्लियॉइड) में अनुपस्थित होते हैं। दरअसल, प्लास्मिड का यह कार्य आनुवंशिकता के सभी एक्स्ट्राक्रोमोसोमल कारकों के सामान्य कार्य के साथ मेल खाता है - जनसंख्या के जीनोटाइप की विविधता को बढ़ाने के लिए।

बी. आनुवंशिकता के अधिकांश अन्य एक्स्ट्राक्रोमोसोमल कारकों की तरह, प्लास्मिड एक जीवाणु कोशिका में मौजूद हो सकते हैं दो राज्यों में.

1. यदि प्लास्मिड न्यूक्लियॉइड के बाहर, साइटोप्लाज्म में स्थित है, तो इसे कहा जाता है स्वायत्तस्थिति ("आनुवंशिकता के स्वायत्त कारक" की अवधारणा से भ्रमित न हों)।

2. न्यूक्लियॉइड में शामिल प्लास्मिड स्थित है एकीकृतस्थिति।

बी. पर निर्भर करता है ट्रै ऑपेरॉन की सामग्री(जिस पर नीचे अधिक विस्तार से चर्चा की जाएगी) प्लास्मिड को भी दो समूहों में विभाजित किया गया है।

1. ट्रा ऑपेरॉन युक्त प्लास्मिड कहलाते हैं संयुग्मी, क्योंकि ऐसे प्लास्मिड संयुग्मन की प्रक्रिया के माध्यम से दाता कोशिका से प्राप्तकर्ता कोशिका तक आनुवंशिक सामग्री के स्थानांतरण का कारण बन सकते हैं (धारा 13.1 देखें)।

एक। ट्रै ऑपेरॉन गठन का निर्धारण करता है संयुग्मी पिली.

बी। इसके अलावा, ट्रै ऑपेरॉन नामक घटनाओं की एक श्रृंखला निर्धारित करता है स्थानांतरण के लिए लामबंदी. इस मामले में, डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए का एक खंड पहले खुलता है, फिर इसका एक स्ट्रैंड संयुग्मन पाइल के माध्यम से दूसरे, प्राप्तकर्ता, जीवाणु कोशिका में गुजरता है, जहां पूरक दूसरा स्ट्रैंड पूरा होता है। इस प्रकार, संयुग्मन के दौरान, दाता कोशिका आनुवंशिक सामग्री नहीं खोती है, लेकिन प्राप्तकर्ता कोशिका इसे प्राप्त कर लेती है (संयुग्मन की परिभाषा के स्पष्ट अर्थ के बावजूद "संयुग्मक पिली का उपयोग करके दाता से प्राप्तकर्ता कोशिका में आनुवंशिक सामग्री का स्थानांतरण)।

1 . ट्रा ऑपेरॉन स्वयं को स्थानांतरण के लिए सक्रिय कर सकता है संयुग्मी प्लाज्मिड(जैसा कि एफ + प्लास्मिड के संयुग्मन के दौरान स्थानांतरण के मामले में होता है, खंड 11.3 देखें)।

2 . ट्रै ऑपेरॉन स्थानांतरण के लिए दूसरे, गैर-संयुग्मक, प्लास्मिड को भर्ती कर सकता है (जैसा कि आरटीएफ प्लास्मिड के संयुग्मन के दौरान स्थानांतरण के मामले में होता है, धारा 11.4 देखें)।

3 . ट्रा ऑपेरॉन स्थानांतरण के लिए दाता कोशिका न्यूक्लियॉइड के एक क्षेत्र को संगठित कर सकता है (जैसा कि एचएफआर प्लास्मिड के कारण होने वाले संयुग्मन के दौरान होता है, खंड 11.3 देखें)।

2. वे प्लास्मिड जिनमें ट्रै ऑपेरॉन नहीं होता है, क्रमशः कहलाते हैं, गैर-संयुग्मक, क्योंकि संयुग्मन की प्रक्रिया निर्धारित करने में सक्षम नहीं हैं।

D. प्लास्मिड को दो समूहों में विभाजित किया गया है और उनकी प्रतिकृति पर नियंत्रण की डिग्री के अनुसारन्यूक्लियॉइड पक्ष से.

1. बड़े प्लास्मिड (अर्थात अपेक्षाकृत बड़े आणविक भार वाले) पाए जाते हैं सख्त नियंत्रण मेंइसकी प्रतिकृति के ऊपर न्यूक्लियॉइड पक्ष से। न्यूक्लियॉइड उन्हें, एक नियम के रूप में, केवल एक "अतिरिक्त" विभाजन की "अनुमति" देता है। तदनुसार, ऐसे प्लास्मिड कोशिका में एक या दो प्रतियों में पाए जाते हैं।

2. छोटे प्लास्मिड (अर्थात अपेक्षाकृत कम आणविक भार वाले) पाए जाते हैं कमजोर नियंत्रण के तहतन्यूक्लियॉइड की तरफ उनकी प्रतिकृति के ऊपर और इसकी तुलना में बहुत अधिक बार विभाजित हो सकता है - इसलिए, ऐसे प्लास्मिड की 30 प्रतियां एक साथ एक जीवाणु कोशिका में मौजूद हो सकती हैं।

D. अंत में, प्लास्मिड को वर्गीकृत किया गया है असंगति समूह. तथ्य यह है कि संबंधित प्लास्मिड एक ही जीवाणु कोशिका में एक साथ मौजूद नहीं हो सकते हैं, क्योंकि यदि उनमें से एक पहले से ही इसमें मौजूद है, तो दूसरा अब इसमें प्रवेश नहीं कर पाएगा (इस घटना को कहा जाता है)। अतिसंक्रमण के प्रति प्रतिरोधक क्षमताऔर एक संवेदनशील कोशिका के साथ वायरस के संबंध से भी संबंधित है)। परिणामस्वरूप, एक ही कोशिका में एक दूसरे से संबंधित और असंगत प्लास्मिड एक असंगति समूह का निर्माण करते हैं। वर्तमान में, प्लास्मिड के बीच बीस से अधिक ऐसे असंगति समूह हैं।

11.3. एफ प्लास्मिड

एफ प्लास्मिड बिना किसी अतिरिक्त जीन के, स्वयं ट्रै ऑपेरॉन का प्रतिनिधित्व करते हैं। इसे प्लास्मिड भी कहा जाता है लिंग कारकया एक प्रजनन कारक (इसलिए नाम) क्योंकि एफ-प्लास्मिड की उपस्थिति कोशिका को संयुग्मन के दौरान वंशानुगत सामग्री के संभावित दाता में बदल देती है (यानी, "पुरुष" कोशिका में), क्रमशः, एफ-प्लास्मिड की कमी वाली कोशिका है संयुग्मन के दौरान आनुवंशिक सामग्री का संभावित प्राप्तकर्ता ("महिला" कोशिका)। प्राप्तकर्ता कोशिका, संयुग्मन के दौरान एफ-प्लास्मिड प्राप्त करके, महिला से पुरुष में बदल जाती है (यानी, "लिंग परिवर्तन" होता है)।

A. एफ-प्लास्मिड, जो एकीकृत अवस्था में होता है, कहलाता है एचएफआर प्लास्मिड(पुनर्संयोजन की उच्च आवृत्ति - पुनर्संयोजन की उच्च आवृत्ति)। यदि संयुग्मन के दौरान दाता कोशिका में Hfr कारक होता है, तो संयुग्मन के दौरान इस कारक के जुड़ाव के स्थान पर न्यूक्लियॉइड श्रृंखला टूट जाती है और Hfr कारक के स्थान के विपरीत डीएनए का अंत संयुग्मन पुल में प्रवेश करना शुरू कर देता है। चूंकि संयुग्मन पुल स्थिर नहीं है, संयुग्मन के दौरान कोशिकाओं के बीच संपर्क अल्पकालिक होता है और संपूर्ण न्यूक्लियॉइड डीएनए श्रृंखला को प्राप्तकर्ता कोशिका में जाने का समय नहीं मिलता है। नतीजतन, एचएफआर कारक स्वयं इस प्रकार के संयुग्मन में स्थानांतरित नहीं होता है (लिंग परिवर्तन नहीं होता है), और न्यूक्लियॉइड टुकड़ा उच्च आवृत्ति के साथ प्राप्तकर्ता कोशिका में पेश किया जाता है (क्योंकि संयुग्मन होता है, एक नियम के रूप में, एक ही प्रजाति की कोशिकाओं के बीच ) प्राप्तकर्ता कोशिका के गुणसूत्र के साथ पुनः संयोजित होता है।

बी। एफ प्लाज्मिड, एक स्वायत्त अवस्था में होने के कारण, संयुग्मन के दौरान स्वयं प्राप्तकर्ता कोशिका में चला जाता है। इस मामले में, प्राप्तकर्ता कोशिका "महिला" से "पुरुष" में बदल जाती है (यानी, एक लिंग परिवर्तन होता है), लेकिन प्राप्तकर्ता कोशिका में पेश की गई आनुवंशिक सामग्री, जिसे प्लास्मिड जीन द्वारा दर्शाया जाता है, शायद ही कभी जीवाणु गुणसूत्र के साथ पुनर्संयोजित होती है, क्योंकि यह है गुणसूत्र आनुवंशिक सामग्री से संबंधित समरूपता की अपेक्षाकृत कम डिग्री।

बी. लिंग कारक एक स्वायत्त राज्य से एक एकीकरण राज्य की ओर और एक एकीकरण राज्य से एक स्वायत्त राज्य की ओर जा सकता है। बाद की प्रक्रिया प्लास्मिड और न्यूक्लियोटाइड के आसन्न हिस्सों के आदान-प्रदान के साथ हो सकती है, जिसके परिणामस्वरूप प्लास्मिड जो एक स्वायत्त राज्य में पारित हो गया है, पुनर्संयोजन होगा - इसमें न्यूक्लियॉइड का एक टुकड़ा होगा, अपना टुकड़ा छोड़ देगा इसके बजाय यह. इस प्लास्मिड को इस रूप में नामित किया गया है एफ'-प्लास्मिड. यदि दाता कोशिका संयुग्मन के दौरान एफ'-प्लाज्मिड ले जाती है, तो यह प्राप्तकर्ता कोशिका में प्रवेश करती है, जिससे बाद में "लिंग परिवर्तन" होता है, लेकिन साथ ही पुनर्संयोजन की उच्च आवृत्ति होती है (शामिल न्यूक्लियॉइड टुकड़े के कारण) . ऊपर वर्णित एफ-प्लास्मिड की विभिन्न अवस्थाओं का गठन चित्र में दिखाया गया है। 11-3-1.

11.4. आर-प्लास्मिड

आर-प्लास्मिड प्लास्मिड हैं जो जीवाणुरोधी पदार्थों (मुख्य रूप से एंटीबायोटिक्स) के लिए जीवाणु कोशिका के मल्टीड्रग प्रतिरोध (या प्रतिरोध, इसलिए नाम) निर्धारित करते हैं।

एक। आर-प्लास्मिड की संरचनादो मुख्य संचालकों की उपस्थिति से निर्धारित होता है। अत: यह प्लास्मिड दो रूपों में हो सकता है।

1. यदि आर-प्लास्मिड में ट्रै-ओपेरॉन है, तो इस स्थिति में आर-प्लास्मिड है संयुग्मी. इस प्लास्मिड में ट्रै ऑपेरॉन को आरटीएफ कारक (प्रतिरोध हस्तांतरण कारक) कहा जाता है। जीन जो एंटीबायोटिक दवाओं के प्रति प्रतिरोध निर्धारित करते हैं, तथाकथित आर-ऑपेरॉन बनाते हैं (अधिक सटीक होने के लिए, प्रत्येक एंटीबायोटिक का प्रतिरोध एक अलग आर-ऑपेरॉन द्वारा निर्धारित किया जाता है - यानी आर-प्लास्मिड में कई आर-ऑपेरॉन शामिल होते हैं), जो, अपनी बारी में , एक स्वतंत्र प्लास्मिड के रूप में भी मौजूद हो सकता है। दूसरे शब्दों में, संयुग्मी आर प्लास्मिड में दो प्लास्मिड होते हैं: आरटीएफ कारक और आर कारक (जिसे एक बड़े आरटीएफ प्लास्मिड के भीतर एक छोटे आर प्लास्मिड के समावेश के रूप में समझा जा सकता है)।

2. असंयुग्मकइस प्लास्मिड के रूप में केवल आर-ओपेरॉन शामिल हैं।

बी। आर-ओपेरॉन में शामिलइसमें कई जीन शामिल हो सकते हैं।

1. सबसे पहले, ये जीन हैं जो निर्धारित करते हैं विशिष्ट एंजाइमों का संश्लेषण.

एक। ये एंजाइम हो सकते हैं निष्क्रिय करने वाला एंटीबायोटिक.

बी। या एंजाइम एंटीबायोटिक-संशोधित. इस मामले में, संशोधित एंटीबायोटिक (उदाहरण के लिए, फॉस्फोराइलेटेड) अपनी जीवाणुरोधी गतिविधि खो देता है।

वी अंततः, ये एंजाइम हो सकते हैं कोशिका भित्ति की पारगम्यता कम करेंइस एंटीबायोटिक के लिए, जिसके परिणामस्वरूप यह जीवाणु कोशिका के अंदर प्रवेश नहीं कर पाता है और अपनी क्रिया के लक्ष्य तक "प्राप्त" नहीं कर पाता है (उदाहरण के लिए, यहां प्रोटीन संश्लेषण को अवरुद्ध करने के लिए राइबोसोम तक)।

2. और दूसरी बात, आर-ओपेरॉन में संपूर्ण शामिल हो सकता है transposonया इसका एक भाग - आईएस अनुक्रम(नीचे देखें)।

बी. आर-ओपेरॉन की संरचना से यह स्पष्ट हो जाता है एंटीबायोटिक दवाओं के प्रति जीवाणु प्रतिरोध का मुख्य तंत्र, आर-प्लास्मिड की उपस्थिति के कारण होता है। उनमें से तीन हैं.

1. आर-प्लास्मिड एक जीवाणु कोशिका की क्षमता निर्धारित कर सकता है एंटीबायोटिक को निष्क्रिय करें.

2. या आर-प्लाज्मिड इस तरह से जीवाणु कोशिका की क्षमता निर्धारित कर सकता है एंटीबायोटिक को संशोधित करेंपरिणामस्वरूप यह अपनी जीवाणुरोधी गतिविधि खो देगा।

3. और अंत में, आर-प्लास्मिड निर्धारित कर सकता है किसी दिए गए एंटीबायोटिक के प्रति कोशिका भित्ति की पारगम्यता में कमीऔर इस प्रकार उसे अपने कार्य के लक्ष्य तक पहुंच से वंचित कर देता है।

डी. आर-प्लाज्मिड हमेशा नहीं होता है संचारितसंयुग्मन के माध्यम से.

1. ग्राम-पॉजिटिव बैक्टीरिया में, आर-प्लास्मिड सबसे अधिक बार प्रसारित होता है पारगमन.

2. के माध्यम से विकारआर प्लास्मिड सबसे अधिक बार ग्राम-नेगेटिव बैक्टीरिया में फैलता है।

11.5. बैक्टीरियोसाइनोजेनिक प्लास्मिड (ई. कोली कोल-प्लास्मिड के उदाहरण का उपयोग करके)

बैक्टीरियोसिनोजेनिक प्लास्मिड लगभग सभी प्रकार के जीवाणुओं में निहित होते हैं। वे एंटीबायोटिक जैसे पदार्थों - बैक्टीरियोसिन के संश्लेषण का निर्धारण करते हैं। हम उदाहरण के तौर पर एस्चेरिचिया कोली का उपयोग करके इन प्लास्मिड को देखेंगे। इसके बैक्टीरियोसिनोजेनिक प्लास्मिड को कोलिसिनोजेनिक (अन्य बैक्टीरिया की तरह - प्रजाति के नाम से) या कोल-प्लास्मिड (कोलिसिनोजेनिक प्लास्मिड का सबसे बड़ा समूह) कहा जाता है, और बैक्टीरियोसिन को कोलिसिन (उसी सिद्धांत से) कहा जाता है।

एक। कोल प्लास्मिड रचनादो मुख्य संचालकों की उपस्थिति से निर्धारित होता है।

1. इस प्लास्मिड में, सबसे पहले, जीन होते हैं जो संश्लेषण का निर्धारण करते हैं कोलिसिन.

एक। कोलिसिन हैं गिलहरी.

बी। 25 से अधिक हैं प्रकारकोलिसिन.

वी कोलिसिन काम नहीं करतेएक समान प्रकार का कोलिसिनोजेनिक प्लास्मिड ले जाने वाली कोशिका पर।

डी. कोलिसिन जीवाणु कोशिका को मारता है, लेकिन झूठ मत बोलोयह, जो जीवित जीवाणुओं के आवास में सेलुलर क्षय के विषाक्त उत्पादों की उपस्थिति को रोकता है।

2. और दूसरी बात, कोल प्लास्मिड होता है ट्रै ऑपेरॉन. तदनुसार, यह संयुग्मी प्लास्मिड को संदर्भित करता है।

बी. कोल प्लास्मिड अन्य प्लास्मिड से कई मायनों में भिन्न होता है विशेषताएँ.

1. अन्य संयुग्मी प्लास्मिड के विपरीत, कोल प्लास्मिड शायद ही कभी एकीकृत होता हैन्यूक्लियॉइड में. यद्यपि परिभाषा के अनुसार सभी संयुग्मी प्लास्मिड ऐसा करने में सक्षम हैं, अन्यथा वे स्थानांतरण के लिए जीवाणु गुणसूत्र के एक क्षेत्र को संगठित करने में सक्षम नहीं होंगे (धारा 11.3.ए देखें)।

2. आमतौर पर कोल प्लास्मिड होता है स्तंभित, अर्थात। इसमें से जानकारी नहीं हटाई जाती है. वे। यह जो लक्षण निर्धारित करता है उसकी सामान्य परिस्थितियों में कोशिका को आवश्यकता नहीं होती है।

3. जब यह विशेषता मांग में आ जाती है और कोल प्लास्मिड का दमन हो जाता है, तो जीवाणु कोशिका कोलिसिन को संश्लेषित करती है और मर जाती है। दूसरे शब्दों में, कोल प्लास्मिड है संभावित रूप से घातक.

में। अर्थकोल प्लास्मिड को दो दृष्टिकोणों से देखा जा सकता है।

1. जैविककोल प्लास्मिड का महत्व यह है कि यह पोषक तत्व सब्सट्रेट की कमी होने पर जनसंख्या दुर्लभता प्राप्त करने में मदद करता है। यह निम्नलिखित योजना के अनुसार होता है (चित्र 11.5-1)।

एक। जनसंख्या में विभिन्न प्रकार के कोल प्लास्मिड वाली कोशिकाएँ होती हैं (चित्र में विभिन्न रंगों में चिह्नित)। जब पोषक माध्यम समाप्त हो जाता है, तो कोशिकाओं में से एक में कोल प्लास्मिड दब जाता है, यह कोशिका संबंधित प्रकार के कोलिसिन को संश्लेषित करती है और मर जाती है।

बी। कोलिसिन केवल उन कोशिकाओं पर कार्य करता है जिनमें कोल प्लास्मिड नहीं होता है, जो इस विशेष प्रकार के कोलिसिन के संश्लेषण को निर्धारित करता है। तदनुसार, कोल प्लास्मिड युक्त कोशिकाएं, जो इस प्रकार के कोलिसिन के संश्लेषण को निर्धारित करती हैं, जीवित रहती हैं।

वी हालाँकि, अन्य प्रकार के कोल प्लास्मिड ले जाने वाली आबादी की अन्य कोशिकाएँ मर जाती हैं, आबादी ख़त्म हो जाती है ("कम खाने वाले") और, परिणामस्वरूप, ख़राब वातावरण में अपने जीवन को लम्बा खींच सकती है।

2. चिकित्साकोल-प्लास्मिड प्लास्मिड का महत्व यह है कि इसकी मदद से, ई. कोलाई, जो सामान्य रूप से मानव आंत में निवास करता है, सामान्य माइक्रोबायोसेनोसिस को नियंत्रित करता है - सूक्ष्मजीवों का एक सेट जो एक स्वस्थ व्यक्ति की आंतों में निवास करता है, क्योंकि कोलिसिन न केवल कोशिकाओं पर कार्य करता है उनकी अपनी प्रजाति, बल्कि आंत्र समूह के बैक्टीरिया की अन्य प्रजातियों की कोशिकाओं पर भी।

11.6. ट्रांसपोज़न

ट्रांसपोज़न, आईएस अनुक्रमों की तरह, अक्सर "जंपिंग जीन" कहा जाता है। उनकी क्षमता के कारण, प्लास्मिड और समशीतोष्ण फेज के विपरीत, किसी भी, और न केवल समजातीय, क्षेत्रों में एक डीएनए अणु (न्यूक्लियॉइड, प्लास्मिड या शीतोष्ण फेज) में एकीकृत होने के लिए, वे डीएनए अणु में अपने स्थानीयकरण के स्थान को बदल सकते हैं जिसमें वे एकीकृत हैं. इसके अलावा, वे एक डीएनए अणु से दूसरे तक "छलाँग" भी लगा सकते हैं।

A. ट्रांसपोज़न आमतौर पर निम्नलिखित दिए जाते हैं परिभाषा: ये न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम हैं (2,000 से 20,000 न्यूक्लियोटाइड जोड़े तक) जो डीएनए अणु में अपना स्थान बदल सकते हैं और एक डीएनए अणु से दूसरे में स्थानांतरित हो सकते हैं।

B. जीवाणु कोशिका में वे दो में स्थित हो सकते हैं राज्य अमेरिका.

1. एक ट्रांसपोसॉन स्थित हो सकता है एकीकृतहालत, यानी एक प्रतिकृति (न्यूक्लियॉइड या प्लास्मिड) में एकीकृत किया जाए और, तदनुसार, इस प्रतिकृति के भाग के रूप में प्रतिकृति बनाई जाए।

2. एक ट्रांसपोसॉन जीवाणु कोशिका और में स्थित हो सकता है स्वायत्तराज्य (अर्थात प्रतिकृति के बाहर)। इस मामले में, यह एक रिंग में बंद हो जाता है, लेकिन, स्व-प्रतिकृति करने में असमर्थ होने के कारण, कोशिका विभाजन के दौरान यह दो नवगठित में से केवल एक में गुजरता है।

बी ट्रांसपोसॉन के होते हैंतीन मुख्य भागों में से.

1. इसमें शामिल है विशेष अंत संरचनाएँ, जो ट्रांसपोसॉन को जीवाणु कोशिका में पाए जाने वाले अन्य डीएनए टुकड़ों से अलग करते हैं और इस प्रकार, आनुवंशिकता के इस विशेष एक्स्ट्राक्रोमोसोमल कारक के मार्कर हैं।

2. एक ट्रांसपोसॉन की डीएनए अणु में अपना स्थान बदलने और एक डीएनए अणु से दूसरे में स्थानांतरित होने की क्षमता विशेष द्वारा निर्धारित की जाती है स्थानान्तरण जीन(वास्तव में, ये आईएस अनुक्रम हैं)।

3. इसके अलावा, ट्रांसपोसॉन में जीन होते हैं प्रोटीन संश्लेषण का निर्धारण, जिससे इस ट्रांसपोसॉन युक्त जीवाणु कोशिका में अतिरिक्त विशेषताओं की उपस्थिति होती है।

एक। अक्सर ऐसे जीन एक या दूसरे प्रोटीन को संश्लेषित करने के लिए जीवाणु कोशिका की क्षमता निर्धारित करते हैं टोक्सिन.

बी। कोई कम अक्सर एक ट्रांसपोसॉन निर्धारित करता है वहनीयताकोशिकाओं कोकोई एंटीबायोटिक(बिल्कुल एक, आर-प्लास्मिड के विपरीत)।

वी कम सामान्यतः, एक ट्रांसपोसॉन प्रोटीन के संश्लेषण को निर्धारित करता है जो निर्धारित करता है अन्य लक्षण.

11.7. आईएस अनुक्रम

आईएस अनुक्रम (सम्मिलित अनुक्रम) ट्रांसपोज़न का हिस्सा हैं, जो ट्रांसपोज़न की क्षमता सुनिश्चित करते हैं।

A. आईएस अनुक्रम आमतौर पर निम्नलिखित दिए गए हैं परिभाषा: ये ट्रांसपोज़िशन में सक्षम न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों (लगभग 1,000 बेस जोड़े) के सम्मिलन हैं।

बी. आईएस अनुक्रम मौलिक हैं ट्रांसपोज़न से भिन्न.

1. सबसे पहले, वे इसमें केवल ट्रांसपोज़िशन जीन होते हैं.

2. दूसरे, वे स्वतंत्र अवस्था में नहीं पाया जाता.

बी. आईएस अनुक्रम तीन मुख्य कार्य करते हैं कार्य.

1. इनकी सहायता से समन्वय स्थापित किया जाता है आनुवंशिकता के एक्स्ट्राक्रोमोसोमल कारकों की परस्पर क्रियाएक दूसरे के साथ और जीवाणु गुणसूत्र के साथ उनका पुनर्संयोजन सुनिश्चित करने के लिए।

2. इसके अतिरिक्त, वे कार्यान्वित भी कर सकते हैं नियामक कार्य(अर्थात् "इसे चालू/बंद करके" जीन प्रतिलेखन को नियंत्रित करें)।

3. अंत में, आईएस अनुक्रम उत्परिवर्तन उत्पन्न कर सकता है(व्युत्क्रम, 5-9 न्यूक्लियोटाइड जोड़े पर दोहराव)।

11.8. फ़ेज़ रूपांतरण के तंत्र

यहां, बैक्टीरिया में आनुवंशिकता के बैक्टीरियोफेज और एक्स्ट्राक्रोमोसोमल कारकों के बारे में जानकारी प्रस्तुत करने के बाद, हम फेज रूपांतरण के तंत्र के बारे में जानकारी संक्षेप में प्रस्तुत कर सकते हैं (धारा 10.4.बी.2 देखें), जब, लाइसोजेनाइजेशन के परिणामस्वरूप (यानी, जीनोम में एकीकरण) एक समशीतोष्ण बैक्टीरियोफेज का), जीवाणु अतिरिक्त संकेत प्राप्त करता है।

A. सबसे पहले, यह घटना निम्न के कारण हो सकती है प्रोफ़ेज जीन का अवसादन, जैसा कि ऊपर बताया गया है (धारा 10.4.बी.2 देखें)।

बी. दूसरे, एक अतिरिक्त लक्षण दाता जीवाणु के जीनोम द्वारा निर्धारित किया जा सकता है, जब एक दोषपूर्ण फ़ेज़ द्वारा प्राप्तकर्ता जीवाणु के जीनोम में पेश किया जाता है विशिष्ट पारगमन(धारा 10.4.बी.2 देखें)।

बी. और तीसरा, यदि एक समशीतोष्ण बैक्टीरियोफेज किसी जीन के क्षतिग्रस्त प्रमोटर के पास एकीकृत हो गया है, तो इस निष्क्रिय प्रमोटर का कार्य प्रोफेज प्रमोटर द्वारा "कब्जा" किया जा सकता है, पुनर्स्थापित कर रहा हैजिसके चलते अभिव्यक्तिप्राप्तकर्ता जीवाणु का "मूक" जीन।

सम्बंधित जानकारी।

बैक्टीरिया प्रोकैरियोटिक सूक्ष्मजीव हैं, जिनकी आनुवंशिक सामग्री मुख्य रूप से एक एकल गोलाकार डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए द्वारा दर्शायी जाती है, जिसे आनुवंशिकीविदों द्वारा गुणसूत्र कहा जाता है। अपेक्षाकृत दुर्लभ मामलों में, एक गुणसूत्र को एक रैखिक डीएनए अणु द्वारा दर्शाया जाता है।

इस डीएनए का आकार जीवाणु कोशिका के आकार से बहुत बड़ा होता है। तो, उदाहरण के लिए, पर ई कोलाईक्रोमोसोमल डीएनए की लंबाई 1300 µm (1.3 मिमी - 4.6 x 10 6 bp) है, और कोशिका का आकार 1.1-1.5 x 2.0-6.0 µm है। इसके अलावा, डीएनए पूरी कोशिका को नहीं भरता है, बल्कि केवल एक सीमित क्षेत्र में ही समाहित होता है, जो कोशिका के आयतन का लगभग एक तिहाई हिस्सा बनता है।

चित्र .1। जीवाणु जीनोम और उसके संघनन स्तर का आरेख।

इससे पता चलता है कि डीएनए एक कोशिका में एक सघन संरचना के रूप में उच्च क्रमबद्ध (संघनित) अवस्था में मौजूद होता है। यूकेरियोटिक नाभिक की अस्पष्ट याद दिलाने वाली इस संरचना को कहा जाता है न्यूक्लियॉइडऔर डीएनए-विशिष्ट दागों के बाद ही माइक्रोस्कोप में दिखाई देता है (चित्र 1)। एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में, यह घने केंद्रीय क्षेत्र से फैले कई लूपों से बनी एक संरचना के रूप में दिखाई देता है। लूपों की बड़ी संख्या (प्रति जीनोम 140 तक) का निर्माण कहलाता है डोमेन, डीएनए संघनन के स्तरों में से एक है। प्रत्येक डोमेन एक आरएनए अणु द्वारा आधार से जुड़ा होता है और इसमें लगभग 40 केबी होते हैं। डीएनए लूप एक स्वतंत्र रूप से विस्तारित डुप्लेक्स के रूप में नहीं होते हैं, लेकिन एचएलपी प्रोटीन के साथ कनेक्शन के माध्यम से सुपरहेलिकल संरचनाओं में मुड़ने के कारण संघनन का दूसरा स्तर होता है।

ये प्रोटीन आकार में छोटे, अत्यधिक क्षारीय और डीएनए से मजबूती से बंधे होते हैं। अमीनो एसिड संरचना में वे यूकेरियोटिक हिस्टोन से मिलते जुलते हैं।

न्यूक्लियॉइड परमाणु झिल्ली द्वारा साइटोप्लाज्म से अलग नहीं होता है और जुड़ा होता है मेसोसोम- कोशिका में साइटोप्लाज्मिक झिल्ली का विशिष्ट आक्रमण। जीनोम के कामकाज के लिए डीएनए को झिल्ली के एक विशिष्ट क्षेत्र से बांधना आवश्यक है।

बैक्टीरिया का गोलाकार डीएनए अणु (गुणसूत्र) एक स्व-प्रतिकृति आनुवंशिक अणु है - प्रतिकृति. प्रतिकृति से शुरू होता है प्रतिकृति आरंभ बिंदु (ओआरआई)- मूल ) , स्थानीयकृत, एक नियम के रूप में, झिल्ली से डीएनए लगाव की साइट पर। आरंभ बिंदु से, अर्ध-रूढ़िवादी तंत्र का उपयोग करके, प्रतिकृति क्रमिक रूप से, द्विदिश रूप से होती है। प्रतिकृति समाप्त होती है प्रतिकृति समाप्ति क्षेत्र (टेर), प्रतिकृति की उत्पत्ति के विपरीत गोलाकार डीएनए के एक खंड पर स्थित है (चित्र 2)।

चावल। 3. डीएनए और जीवाणु कोशिका विभाजन की बेटी प्रतियों का वितरण।

एक जीवाणु कोशिका में गुणसूत्रों की संख्या विकास के चरण और संस्कृति विकास की शारीरिक स्थितियों पर निर्भर करती है। लघुगणकीय विकास चरण में ई कोलाईप्रति 1 न्यूक्लियॉइड में एक जीनोम के 2.8 डीएनए समकक्ष होते हैं, जो दो संतति गुणसूत्रों के धीमे पृथक्करण या कोशिका विभाजन से पहले ही डीएनए प्रतिकृति के नए चक्रों की पुनर्स्थापना के कारण होता है (चित्र 4)।

चित्र.4. संस्कृति विकास के स्थिर (ए) और लॉगरिदमिक (बी) चरणों में एक कोशिका में गुणसूत्रों की संख्या।

कुछ जीवाणुओं में, कोशिकाओं में आम तौर पर एक नहीं, बल्कि कई गुणसूत्र होते हैं। वे एक या अधिक न्यूक्लियॉइड बना सकते हैं। किसी कोशिका में डीएनए सामग्री की उसके आकार पर भी निर्भरता होती है, हालांकि इसका मतलब आनुवंशिक जानकारी की मात्रा में संबंधित परिवर्तन नहीं है।

बैक्टीरियल डीएनए की विशेषता उच्च जीन घनत्व (1 जीन प्रति 1 केबी) है। प्रोटीन-कोडिंग डीएनए सभी डीएनए का लगभग 85-90% बनाता है। जीनों के बीच डीएनए अनुक्रमों का औसत आकार केवल 110-125 बीपी है। गैर-कोडिंग जीवाणु डीएनए 1% से कम होता है और आमतौर पर ट्रांसपोज़न के रूप में मौजूद होता है। तो, तनाव के डीएनए में इशरीकिया कोली K12 लाइन एमजी 1655 में विभिन्न ट्रांसपोज़न (आईएस) की 41 प्रतियां मिलीं, जो प्लास्मिड सम्मिलन और बहिष्करण की प्रक्रियाओं में शामिल हैं। कई फ़ेज़, हालांकि जीवाणु जीनोम से पूरी तरह से बाहर नहीं किए गए हैं, अपने कुछ जीन को निशान के रूप में वहां छोड़ देते हैं। स्वतंत्र गति और विकास में असमर्थ इन अवशेषों को "गुप्त" फ़ेज कहा जाता है।

जीवाणु जीनोम में इंट्रॉन अत्यंत दुर्लभ हैं। जीन ओवरलैप के मामले हैं, जहां एक जीन डीएनए के एक ही स्ट्रैंड पर दूसरे के अंदर पाया जाता है। बैक्टीरियल जीनोम की विशेषता ऑपेरॉन द्वारा होती है: ई कोलाईअनुमानित प्रतिलेखन इकाइयों में से 27% ऑपेरॉन हैं।

एक जीवाणु कोशिका में अन्य प्रतिकृतियां हो सकती हैं जो जीवाणु गुणसूत्र से अलग मौजूद हो सकती हैं। वे कहते हैं प्लाज्मिड्स. प्लास्मिड 1000 बीपी से विभिन्न आकारों के गोलाकार (कुछ प्रजातियों में रैखिक) डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए अणु होते हैं। जीवाणु गुणसूत्र के आकार के लगभग एक तिहाई तक। जीवाणु कोशिकाओं में प्लास्मिड की संख्या और सीमा भिन्न हो सकती है। प्लास्मिड के स्पेक्ट्रम में अंतर अक्सर एक ही जीवाणु प्रजाति के विभिन्न उपभेदों की कोशिकाओं के बीच भी देखा जाता है। कुछ प्लास्मिड को जीवाणु गुणसूत्र में डाला जा सकता है, जो जीवाणु प्रतिकृति का हिस्सा बनता है, और एक स्वायत्त प्रतिकृति के रूप को बहाल करते हुए, इसे फिर से बाहर रखा जा सकता है। ऐसे प्लास्मिड कहलाते हैं प्रकरण.

प्रोफ़ेज को बैक्टीरिया की आनुवंशिक सामग्री में भी शामिल किया जा सकता है।

विषय की सामग्री की तालिका "जीवाणु वृद्धि का आकलन। जीवाणुओं द्वारा स्पोरुलेशन। जीवाणुओं की आनुवंशिकी।":
1. जीवाणुओं की दो चरणीय वृद्धि। डियाक्सिया। बिना विभाजन के विकास. जीवाणु वृद्धि का आकलन. जीवाणु वृद्धि का मात्रात्मक मूल्यांकन।
2. जीवाणुओं की वृद्धि को प्रभावित करने वाले कारक। बैक्टीरिया के विकास के लिए कल्चर मीडिया। सरल और जटिल संस्कृति मीडिया. ठोस एवं तरल संस्कृति मीडिया।
3. जीवाणु वृद्धि का तापमान। मेसोफिलिक बैक्टीरिया. थर्मोफिलिक बैक्टीरिया. साइकोफिलिक बैक्टीरिया. जीवाणुओं का वातन.
4. जीवाणु वृद्धि के लिए आवश्यक पीएच मान। जीवाणु रंजक. पिगमेंट के प्रकार. जीवाणु वर्णक के कार्य.
5. जीवाणुओं द्वारा स्पोरुलेशन। जीवाणु बीजाणु. स्पोरंजिया। एंडोस्पोर्स। एक्सोस्पोर्स।
6. जीवाणु बीजाणुओं की आकृति विज्ञान। जीवाणु बीजाणु की संरचना. जीवाणु बीजाणु की संरचना.
7. जीवाणुओं का स्पोरुलेशन। बैक्टीरिया में स्पोरुलेशन के चरण। बैक्टीरिया में बीजाणुओं का स्थान.
8. जीवाणु बीजाणुओं का अंकुरण. बीजाणु सक्रियण. बैक्टीरिया के निष्क्रिय (अप्रयुक्त) रूप।

10. जीवाणु आनुवंशिकता के एक्स्ट्राक्रोमोसोमल कारक। बैक्टीरियल प्लास्मिड. प्लास्मिड के प्रकार. बैक्टीरियल प्लास्मिड के कार्य.

आजकल आणविक जीव विज्ञान को प्राकृतिक विज्ञान का प्राथमिकता वाला क्षेत्र माना जा सकता है। यह सूक्ष्म जीव विज्ञान से निकटता से संबंधित है और, एक अर्थ में, इसके दिमाग की उपज है, क्योंकि यह बैक्टीरिया और वायरस को अपने मुख्य मॉडल के रूप में उपयोग करता है, और आणविक जीव विज्ञान के मुख्य क्षेत्रों में से एक आणविक है आनुवंशिकी- लंबे समय तक बैक्टीरिया और बैक्टीरियोफेज के आनुवंशिकी से ज्यादा कुछ नहीं था।

पढ़ना बैक्टीरिया की आनुवंशिकीइसमें निस्संदेह व्यावहारिक रुचि भी है, उदाहरण के लिए, रोगजनक गुणों और दवा प्रतिरोध के संचरण के तंत्र की स्थापना के संदर्भ में।

बैक्टीरिया के लिए एक सुविधाजनक मॉडल है आनुवंशिक अनुसंधान. वे इनके द्वारा प्रतिष्ठित हैं: जीनोम संरचना की सापेक्ष सादगी, जो 10 -9 और उससे कम की आवृत्ति वाले उत्परिवर्ती की पहचान करना संभव बनाती है; अगुणितता, प्रभुत्व की घटना को छोड़कर; दाता और प्राप्तकर्ता कोशिकाओं के रूप में यौन भेदभाव; अलग और एकीकृत डीएनए टुकड़े (प्लास्मिड, ट्रांसपोज़न, आदि) की उपस्थिति; खेती में आसानी और अरबों माइक्रोबियल निकायों वाली आबादी प्राप्त करने की संभावना।

अन्य जीवों की तरह, जीवाणु कोशिका में जीन की समग्रता होती है जीनोम- इसके गुणों और विशेषताओं को निर्धारित करता है ( जीनोटाइप). जीवाणु कोशिका फेनोटाइप- जीवाणु और पर्यावरण के बीच परस्पर क्रिया का परिणाम - जीनोम को भी नियंत्रित करता है (क्योंकि विशेषताएँ स्वयं जीवाणु जीन में एन्कोडेड होती हैं)।

बैक्टीरिया की आनुवंशिक सामग्री

बैक्टीरिया की परमाणु संरचनाएँएक विशिष्ट संरचना होती है जो उन्हें यूकेरियोटिक कोशिकाओं के नाभिक से अलग करती है; वे तथाकथित क्रोमैटिन निकायों, या न्यूक्लियॉइड्स द्वारा बनते हैं, जो एक खोल से रहित होते हैं और इसमें लगभग सभी जीवाणु डीएनए शामिल होते हैं।

परमाणु संरचनाएँएक चरण कंट्रास्ट माइक्रोस्कोप के तहत देखा जा सकता है, जहां वे साइटोप्लाज्म के कम घने क्षेत्रों के रूप में दिखाई देते हैं। निश्चित स्मीयरों में उनकी पहचान करने के लिए, फ़्यूलगेन-रोसेनबॉक प्रतिक्रिया प्रस्तावित की गई थी।

बढ़ती जीवाणु कोशिकाओं में न्यूक्लियोइड्ससक्रिय रूप से विभाजित करें, उनकी संख्या कभी-कभी 2-4 तक पहुंच जाती है।

प्रोकैरियोटिक जीनोम

यू जीवाणुआमतौर पर एक बंद रहता है वलय गुणसूत्र, जिसमें बैक्टीरिया की महत्वपूर्ण गतिविधि और प्रजनन को बनाए रखने के लिए आवश्यक 4000 व्यक्तिगत जीन होते हैं, अर्थात, जीवाणु कोशिका अगुणित होती है, और गुणसूत्र दोहरीकरण आमतौर पर इसके विभाजन के साथ होता है।

कुछ प्रजातियाँ (उदाहरण के लिए, ब्रुसेला मेलिटेंसिस) में स्थिर रूप से शामिल हैं दो वलय गुणसूत्र, अन्य (लेप्टोस्पाइरा इंटररोगन्स) - एक गोलाकार गुणसूत्र और एक बड़ा प्लास्मिड, अन्य - एक रैखिक गुणसूत्र (स्ट्रेप्टोमाइसेस एम्बोफैसिएन्स), यानी, उनके पास जटिल जीनोम हैं।

जीवाणु गुणसूत्र 5*10 तक 6 बेस जोड़े शामिल हैं। तुलना के लिए: जीनोममानव 2.9*109 आधार युग्म है। खुली अवस्था में जीवाणु गुणसूत्र की लंबाई लगभग 1 मिमी (एस्चेरिचिया कोलाई) होती है।

कुछ बैक्टीरियाएक्स्ट्राक्रोमोसोमल डीएनए अणु होते हैं ( प्लाज्मिड्स) और ट्रांसपोज़ेबल तत्व (या तो प्लास्मिड या क्रोमोसोमल)।