Chương 8. Di truyền học vi sinh vật
Di truyền học là một bộ môn sinh học, nghiên cứu về tính di truyền và biến dị ở các sinh vật thông qua quá trình sinh sản chọn lọc hay chọn lọc nhân tạo.
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, RNA mạch kép hay RNA mạch 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