Фенотипическая и генотипическая изменчивость микроорганизмов

	МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА  РФ ФГБОУ ВПО МГАВМиБ Факультет товароведения и экспертизы сырья животного происхождения Кафедра Микробиологии	Реферат
		Лист /14

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

 

По дисциплине: «Микробиология»

 

 

На тему: «Фенотипическая и генотипическая изменчивость микроорганизмов»

 

 

 

 

 

Выполнил: студентка 2 курса 1 группы

 

Факультета ТЭС

 

Легаева Мария  Сергеевна

 

 

Научный руководитель:

Скрынникова Татьяна  Ивановна

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва  2013 г.

Содержание

Введение

1. Наследственность и изменчивость микроорганизмов ………………………4
2. Фенотипическая изменчивость………………………………………………..7
3. Генотипическая изменчивость ………………………………………………..9

Заключение

Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Геологией доказано, что  возраст Земли составляет 4,5-4,6 млрд лет. По мнению ученых, около 3,8 млрд лет  тому назад жизнь стала основным фактором круговорота углерода на планете. Первыми появились организмы, которые  современная наука называет прокариотами. Это одноклеточные существа, по сравнению с многоклеточными организмами, отличающиеся простотой строения и функций. К ним относят бактерий и сине-зеленые водоросли. С эволюцией названных микро-существ, связывают появление механизма фотосинтеза и организмов эукариотического типа.

Представителей живой  природы условно можно разделить  на существа, относящиеся к макро- и микромиру. К макромиру относятся  животные всех видов: птицы, насекомые, гельминты и т. д., к микромиру - бактерии, вирусы, рикетсии, микоплазмы, грибы, простейшие, прионы, нуклеиновые кислоты (инфекционные ДНК и РНК). Бактерии, грибы, простейшие являются одноклеточными представителями микромира и к ним применим термин «микроорганизмы», так как они представляют собой самостоятельные, способные к автономному существованию организмы.

Вирусы, прионы, нуклеиновые  кислоты (инфекционные ДНК и РНК), не являются организмами в полном смысле этого слова в связи  с тем, что не имеют органелл, не обладают собственным метаболизмом, используют для своей жизнедеятельности ресурсы клеток животных, человека, растений.

Объединяющим термином для всех форм микромира является термин «микробы».

 

 

 

 

 

1.Наследственность и  изменчивость микроорганизмов

Наследственность консервативна, она обуславливает стабильность вида микроорганизмов, напротив, изменчивость является выражением способности вида приспосабливаться к постоянно меняющимся условиям его обитания. Наследственность и изменчивость неразрывно связаны между собой и размножением микроорганизмов. В популяции бактерий всегда появляются клетки, которые могут менять свои свойства. Если изменение признаков под влиянием факторов различного порядка, связаны с генотипом бактерий, то эти изменения передаются по наследству и могут быть положительно расценены естественным отбором. Новые признаки, обеспечивающие селективное преимущество, закрепляются естественным отбором, меняется генотип вида, осуществляется процесс эволюции.

У микроорганизмов различают  фенотипическую (модификационную, ненаследственную) и генотипическую (наследственную) изменчивость.

Характерными свойствами всего живого является движение, рост, питание, дыхание, раздражимость и  способность размножаться. Жизнь, как  особое явление, характеризуется продолжительностью существования во времени. В основе непрерывного существования жизни во времени лежит способность живых систем к самовоспроизведению. Сохранение жизни в меняющихся условиях оказалось возможным благодаря эволюции живых организмов в результате появления у них изменений, обеспечивающих возможность существования в новой среде обитания.

Явление сходства морфологических, биохимических и других особенностей обнаруживается и у микроорганизмов, не смотря на исключительную интенсивность  их размножения, роста и смены  нескольких поколений за короткий промежуток времени.

Наследственность обеспечивает определенный консерватизм в организации  живых систем.

На популяционно-видовом  уровне организации жизни наследственность проявляется в поддержании постоянного  соотношения различных генетических форм в ряду поколений данной популяции. На биоценотическом уровне наследственность представляет собой явление, обеспечивающее сохранение определенных соотношений видов организмов, образующих биогеоценоз.

Микроорганизмы различаются  между собой по морфологическим, культуральным, биохимическим, антигенным, иммуногенным и другим признакам. Например, признакам, по которым бактерии одного штамма отличаются от другого штамма того же видаявляется биохимическая особенность продуцировать фермент, контролирующий синтез или гидролиз определенного вещества.

Изучение процесса передачи признака от одного поколения к последующему - главная задача генетики.

Признаки условно подразделяют на качественные и количественные. К качественным относят такие  признаки проявления, которые можно  охарактеризовать словесно (у животных - масть, форма рогов, ушей и др.; у микроорганизмов - форма клетки, окраска по Граму, взаиморасположение), а к количественным - признаки, которые изучают путем измерения, подсчета (у животных - масса, длина шерсти, жирность молока и т. д., у микроорганизмов - длина и ширина бактериальной клетки, величина колоний, интенсивность роста и т. д.). Степень наследуемости количественных признаков определяется сложными математическими методами вариационной статистики.

Признаки могут быть сложными в том случае, когда формирование их требует синтеза сложных специфических веществ - ферментов, сократительных, структурных и других белков. Признак считают элементарным (простым), если его появление осуществляется в результате синтеза белковой молекулы, которая определяется последовательностью нуклеотидов в ДНК определенного гена.

Признаки формируются  в процессе индивидуального развития особи и на их проявление оказывают  влияние факторы внешней среды.

Ведущая роль в передачи признаков принадлежит ярду клетки и, в незначительной степени, цитоплазме. Дело в том, что основная наследственная информация закодирована в молекулах ДНК, находящихся в хромосомах ядра клетки и только незначительная часть наследственной информации, отвечающая за некоторые признаки, может быть локализована в ДНК органоидов цитоплазмы (митохондрии, пластиды, плазмиды, эписомы). Поэтому различают ядерную (хромосомную) и цитоплазмотическую (внеядерную, внехромосомную) наследственность.

Ядерную и цитоплазмотическую наследственность определяют как истинную, т. е. проявление признака контролируется собственными генами данного организма. Кроме этого выделяют ложную и переходную наследственность.

Ложная наследственность - это проявление признаков и свойств  в потомстве, обусловленных генами возбудителей болезней (бактерий, вирусов), а также симбионтов или включением в клетки экзогенных веществ.

Переходную наследственность определить трудно, так как признаки этой наследственности сочетают в себе черты истинной и  ложной наследственности. Например, у  инфузорий Paramecia aurelia есть штаммы, продуцирующие парамецин, убивающий инфузорий другого штамма, но не токсичный для организмов его вырабатывающих.

Изменчивость - это способность  организмов изменяться под действием  наследственных и не наследственных факторов. Наследственность ответственна за стабильность вида, изменчивость определяет его способность адаптироваться к постоянно меняющимся условиям среды обитания. Изменчивость отражает динамичность организмов и наряду с наследственностью является ведущим фактором эволюции. По своим результатам наследственность и изменчивость разнонаправленные, но, не смотря на это образуют динамическое единство, благодаря которому обеспечивается сохранение и приобретение биологически целесообразных качеств, делающих возможным существование жизни во времени и пространстве.

У отдельных клеток, организмов, микроорганизмов  одного вида изменчивость, затрагивая их индивидуальное развитие, проявляется  в возникновении отличий между  ними. На популяционно-видовом уровне жизни изменчивость проявляется в генетических различиях, что является основой образования новых видов. Появление новых видов вносит изменения в межвидовые отношения в биоценозах.

Изменчивость организмов выражается в двух формах: наследственной и  модификационной. Наследственная изменчивость может быть онтогенетической, комбинативной, мутационной, коррелятивной, а не наследственная - модификационной.

Генотип (от греч. genos - рождение, typos - отпечаток, образ) - это совокупность всех генов организма, материальная основа наследственности. Фенотип ( от греч. рhainos - являться, typos - отпечаток, образ) - сумма всех признаков и свойств организма, сформировавшихся на основе генотипа.

 

2. Фенотипическая изменчивость

  Фенотипическая изменчивость – общие свойства организма, служащие внешним проявлением генотипа и не передающееся по наследству.

Фенотипическая изменчивость возникает под воздействием различных  факторов при росте и размножении  микроорганизмов на питательных  средах. Эти изменения не наследуются  и утрачиваются с прекращением действия вызвавшего их фактора. Например, у бактерий наблюдается изменение типа колоний, которые они образуют при росте на питательных средах. Одни колонии гладкие, округлой формы, с ровными краями, блестящие, однородные. Это S – формы.

Другие колонии шероховатые, тусклые, непрозрачные, с неровными  краями, неправильных очертаний. Это  – R-формы. Эти формы могут переходит в друг друга и обратно. Образование различных форм колоний у одного и того же вида бактерий называется диссоциацией (расщепление).

Культура бактерий, размножаясь  на питательных средах, вырабатывает определенные ферменты, позволяющие  ей усваивать питательные вещества. Если питательное вещество находится  в среде, то появляется и фермент. Приспосабливаясь к разным жизненным  условиям, микроб может расти и размножаться на различных питательных средах.

Фенотипическая изменчивость является не наследуемым типом изменчивости, т. е. это различия между микроорганизмами, одинаковыми по генотипу. Эта изменчивость возникает в результате постоянного воздействия на клетку изменяющихся факторов среды обитания. Сходные по генотипу, микроорганизмы могут существенно различаться по фенотипу, т. е. по способу проявления наследственных признаков.

На формирование фенотипа существенное влияние оказывают факторы внешней среды. Известно, что генотипически идентичные организмы в различных условиях существования в определенной степени различаются по своим признакам. Например, изменение содержания жира в молоке животных или массы тела в зависимости от их кормления, изменение количества эритроцитов в крови в зависимости от порциального давления кислорода.

В отличает от особей высший организмов, у которых исследуются  признаки каждой особи, у микроорганизмов  изучают не признаки одной клетки, а всей культуры, которая включает миллиарды бактерий. Культуры микробов, выращенные на питательной среде, отличаются характером роста, физиологическими и биохимическими признаками. К морфологическим признакам относят окраску, размер, форму, наличие жгутиков, капсул, спор и т. д. К физиологическим признакам культур относятся способность расти при определенной температуре, устойчивость к химическим веществам, облучению, антибиотикам, фагам, различным ядам.

Модификации представляют собой изменения, которые поддерживаются пока действует неблагоприятный фактор. Так, образование L-форм бактерий, лишенных клеточной стенки, происходит под влиянием химиотерапевтических веществ (пенициллина, стрептомицина и т. д.). при снятии действия антибиотиков на культуру бактерий происходит реверсия микроорганизмов в исходные формы. Фенотипическое проявление признака под влиянием условий внешней среды возможно в определенных пределах, называемых нормой реакции, которая допустима генотипом организмов. Некоторые признаки характеризуются широкой нормой реакции. В основном, это количественные признаки (масса микробной клетки, ее величина, пигментация колоний).

Различают длительную модификацию, которая проявляется в течение  нескольких поколений и кратковременную, при которой изменения исчезают при исчезновении действующего фактора внешней среды.

 

3.Генотипическая изменчивость

Это общая сумма генов  клетки, определяющая специфические  свойства организма и передающиеся по наследству. Наследственная информация заключена в хромосоме и генах, которые передаются из родительской клетки в дочерние. Химическая природа генов – нуклеиновые кислоты. Основной структурой, хранящей информацию и передающая её является ДНК. Эта информация может меняться в результате генотипической изменчивости. При этом обязательно происходит изменение генов в хромосоме. Генотипическая изменчивость может возникать в результате мутаций и генотипических рекомбинаций.

Мутации – (лат.mutare – изменяться). Изменение молекулы ДНК влечет за собой и изменение информации, которая в ней содержится. В результате чего у микроорганизмов появляются новые свойства, передающиеся по наследству.

Мутации могут быть спонтанными, когда их причины неизвестны, и  индуцированными, когда их причины  известны. Мутации возникают под  воздействием различных физических и химических факторов, излучения. Все это ведет к появлению потомства клетки с новыми свойствами.