Тема: Генетика микроорганизмов. Генетический аппарат бактериальной клетки. Виды изменчивости микроорганизмов.

Цель занятия: изучить фенотипическую и генотипическую изменчивость микроорганизмов, познакомиться с классификацией мутаций бактерий, оценить последствия изменчивости для бактериальных клеток.

План занятия

1. Организация генетического материала бактерий. Репликация ДНК. Генотип и фенотип.

2. Изменчивость микроорганизмов и ее виды.

3. Модификации у бактерий.

4. Мутации у бактерий. Отличие мутаций от других видов изменчивости микроорганизмов. Классификация мутаций по происхождению, молекулярным механизмам и последствиям для бактериальной клетки.

5. Практическое использование учения о мутациях.

 

Задания для выполнения лабораторной работы

1. Изучить феномен роения Proteus mirabilis, на питательном агаре и на агаре с 1% сухой желчью в чашках Петри.

Выявление фенотипической изменчивости можно провести в опыте с феноменом роения у Proteus mirabilis. Сначала изучают колонии бактерий рода Proteus, выросшие на питательном агаре чашки Петри через 24 ч после посева разведенной культуры. Отмечают, что все колонии протея окружены зоной роения. Пересевают все колонии петлей на поверхность агара с сухой 1% желчью в чашках Петри и инкубируют при 37⁰С 18-24 ч. Все колонии протея, выросшие на питательном агаре с желчью, не имеют зон роения. Вновь пересевают каждую колонию в чашку Петри с питательным агаром и инкубируют при 37⁰С 18-24 ч. Наблюдают, что все колонии, выросшие на питательном агаре, окружены зоной роения.

Изменение фенотипа протея на питательной среде с желчью (утрату роения) следует считать модификацией, т.к. налицо все три ее отличительных признака: определенность (связь отсутствия роения с определенным фактором – желчью), общность изменений (утрата роения наблюдается у всех колоний популяции), обратимость (при отсутствии желчи в питательной среде восстанавливается исходный фенотип).

Рис.7. МПА. Феномен роения                                 Рис. 8. МПА с 1% сухой желчью.         

               Proteus mirabilis                                        Феномен роения отсутствует.                                                       

                                                                                                                                                                                              

                                        

 

2. Выявить мутантов – бактерий и доказать спонтанность мутаций тестом перераспределения.

       В две чашки Петри с питательным агаром вносят по 0,1 мл суточной бульонной культуры E. Coli М-17 (посевная доза 1×10⁸ бактерий) и равномерно распределяют шпателем по поверхности питательной среды. Через 6 часов инкубации при 37⁰С в одной

из чашек перераспределяют шпателем популяцию бактерий (микроколонии) по поверхности питательной среды, а другую чашку оставляют нетронутой. Выросшие колонии через 24 ч пересевают из каждой чашки методом отпечатков с помощью штампа- репликатора  на   поверхность  питательного  агара  с   рифампицином

(100 мкг/мл) в отдельные чашки Петри и инкубируют при 37⁰С. Через 24 ч учитывают результат: на поверхности среды с рифампицином в чашке без перераспределения выросли единичные колонии рифампицинрезистентных мутантов, в чашке с перераспределением посевов выросли более многочисленные (в десятки-сотни раз) колонии антибиотикоустойчивых мутантов.

       Перераспределение бактерий шпателем по поверхности питательной среды без антибиотика не оказывает влияния на число бактерий. Если допустить, что антибиотикоустойчивые мутанты возникают в результате индукции антибиотиком, то после перераспределения и без него на питательной среде с антибиотиком должно вырасти одинаковое число колоний антибиотикоустойчивых мутантов. Если же антибиотикоустойчивые мутанты возникают спонтанно и в отсутствии антибиотика, то результат будет иной. Уже в первой инкубации (через 6 часов) на среде без антибиотика на чашках появляются микроколонии антибиотикоустойчивых клеток-мутантов. Благодаря перераспределению бактерии-мутанты из этих микроколоний распространяются по всей поверхности среды и после посева отпечатками на среду с антибиотиками дадут начало многочисленным колониям мутантов, в то время как отпечатки с чашки без перераспределения выявляют только небольшое число колоний, соответственно исходным микроколониям мутантов. Полученный в данном опыте результат доказывает, что антибиотикоустойчивые мутанты возникли спонтанно до контакта бактерий с селективным агентом рифампицином. 

 

Дополнительный материал.

 Схема 1   

    ФОРМЫ ИЗМЕНЧИВОСТИ

Генетическая изменчивость, наследственная

Схема 2

НЕНАСЛЕДСТВЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ. МОДИФИКАЦИИ (примеры)

Схема 3

НАСЛЕДСТВЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ

 

Конъюгация

Трансдукция

Трансформация

Схема 4                        

                                                              МУТАЦИИ

Схема 7

Примечание:

1. аналоги оснований – включают гуанин вместо аденина;
2. алкилирующие агенты – этилируют атом азота гуанина;
3. интеркалирующие агенты – увеличивают расстояние между основаниями (за счет внедрения в ДНК);
4. азотистая кислота – дезаминирует основания.

Вопросы для обсуждения.

1. Организация генетического материала бактерий. 2. Понятие о генотипе и фенотипе. 3. процесс репликации ДНК. 4. Изменчивость микроорганизмов. 5. Понятие о фенотипической изменчивости микробов. 6. Модификации у бактерий. 7. Понятие о генотипической изменчивости микробов. 8. Мутации у бактерий. 9. Классификации мутаций по происхождению, молекулярным механизмам. 10. Классификация мутаций по фенотипическим последствиям для бактериальной клетки. 11. Отличие мутаций от других видов изменчивости микроорганизмов. 12. Практическое использование учения о мутациях.

 

Оформление лабораторной тетради.

Зарисовать феномен «роения» Proteus mirabilis на чашке Петри с МПА; записать схемы изменчивости микроорганизмов.

ЗАНЯТИЕ № 9