Bakteriell genetik

Question 1

Hur uppnår bakterier genetisk variation?

Answer 1

• Utbyter material genom horisontell gentransfer

Question 2

Vad är syftet med horisontell gentransfer?

Answer 2

• Ersätta sexuell reproduktion

* Dvs Utbyte av alleler = ökad genetisk variation

Question 3

Hur sker horisontell gentransfer?

Answer 3

Kan ske genom 3 st olika mekanismer

1. Transformation
2. Transduktion
3. Konjugation

Question 4

Vad kännetecknar horisontell gentransfer?

Answer 4

• Envägsöverföring = Alltid en givare och en mottagare
• Fragment överförs = Ingen flyttning av hela kromosomer
• Kan ske mellan arter = Gener kan flyttas mellan arter
• Kräver att fragmentet tas upp av mottagaren och att den replikerar det = annars händer inget med generna

Question 5

Vad är transformation?

Answer 5

• Överföring av gener genom att en bakterie tar upp fritt DNA från en givare
• ” Definition: Genöverföring genom upptag av fritt DNA från en givare.”

Question 6

Vad kännetecknar transformation?

Answer 6

• Kräver rekombination = vissa arter är mer benägna än andra att utföra rekombinering = mer frekvent med transformation
• Sker hos både gram pos och gram neg bakt
• Strikt reglerad process hos mottagaren = Kan vara skadligt att ta upp farligt DNA = vissa bakterier tar bara upp artspecifika sekvenser = skydd
• Induceras ofta pga brist på näring eller svåra tillväxtförhållanden = Uttryck och reglering av system är beroende av näringstillgång

Question 7

Hur sker transformation?

Answer 7

• Enzymsystem tar upp DNA genom en por
• Protein i bakterien binder till strängen och letar efter homologa regioner = letar efter motsvarande/samma sekvens
• Om träff = leder till rekombination
• Rekombinationen kan vara homolog eller icke homolog
• Kan leda till varianter av befintligt DNA eller utökning av DNA
• Fragmentet som byts ut kommer att brytas ner och inte replikeras

Question 8

Vad är transduktion?

Answer 8

• Överföring av gener mellan bakterier via bakteriofager
• En fag råkar ta med sig DNA från den senast infekterade bakterien
• ”Definition: Överföring av bakteriella gener från en givare till en mottagare via en bakteriofag.”

Question 9

Vad kännetecknar transduktion?

Answer 9

• Vilken gen som helst inom bakteriens genom kan överföras = helt slumpmässigt
• Sker vid ICKE fullständig nedbrytning av bakteriens DNA av fagen
• Bakteriofagen råkar packa ner bakterie-DNA i sin kapsid
• Slutprodukten skiljer inte från transformation – men mycket effektivare!
• Det går 10 ggr fler fager på en bakterie i en miljö där det finns bakterier = stort utbyte av gener via fager
• En bakterie med en profag växer lite långsammare – men faggener kan gynna bakterien = öka bakteriens virulens
• Många toxiner är upphov av faggener! = viktig virulensfaktor!
• Genom att integrera faggener med toxiner i bakteriens genom kan en harmlös bakterie bli farlig

Question 10

Hur sker transduktion?

Answer 10

1. Givar-bakterien infekteras
2. Fagen replikerar sitt genom
3. Fagen bryter INKOMPLETT ner värd-DNA
4. Nya fagpartiklar byggs ihop
5. Bakteriellt DNA råkar packas in i faghuvudet/kapsiden av misstag istället för fag-gener
6. Givar-bakterien lyseras och fager frisätts
7. Mottagar-bakterien infekteras av en fag
8. Mottagar-bakterien utför homolog rekombination med det nya DNA fragmentet

Question 11

Vad är en bakteriofag?

Answer 11

• Virus som infekterar bakterier

Question 12

Vad kännetecknar en bakteriofag?

Answer 12

• Består av protein = kapsid och arvsmassa = oftast DNA men kan vara RNA
• Beroende av värdcellen för förökning
• Har stor påverkan på bakterier (både positiv och negativ)

Question 13

Hur infekteras en bakterie av en fag?

Answer 13

• Receptorer känner igen ytan på bakterier = receptorspecifik bindning
• Tillräckligt många ben binder in – basplattan får kontakt med cellväggen
• DNA injiceras in i bakterien
• Innehåller ofta modifierade baser för att lura bakterien
• Sker utan energimetabolism

Question 14

Vilka typer av bakteriofager finns?

Answer 14

• Lytiska fager = virulenta = Fager som förökar sig i bakterien, lyserar cellen och frigör nya fager
• Lysogena fager = temperata fager = har förmåga att alternera mellan att lysera värden, eller att infektera/föra in sitt genom i en bakterie och ligga tyst i bakteriecellen med avstängt uttryck
• En profag ligger tyst i en bakerie – har framtida förmåga till att lyseras = lysogen

Question 15

Vad är konjugation?

Answer 15

• Överföring av DNA på plasmider mellan bakterier

Question 16

Vad kännetecknar konjugation?

Answer 16

• Sker via direktkontakt mellan bakterieceller
• Sker via en pilus mellan bakterierna
• Envägsöverföring
• Vanligaste mekanismen för överföring av plasmider
• Gener som krävs för uppbyggnad av pilus och överföring finns på plasmiden = en egenskap plasmiden har = konjugativ plasmid
• Om plasmiden inkorporerats i kromosomen kan del av givarkromosomen föras över och rekombinera med mottagarens kromosom.
• Kopieras – en kopia skickas över till den andra bakterien
• Resultat – två bakterier med identisk uppsättning plasmider = fördubbling av antalet plasmider i bakteriepopulationen!
• Givarcellen gynnas inte av konjugation – mottagarceller gynnas – plasmider gynnas
• Plasmider har särskilda system för att replikeras när bakterien replikerar
• Ingen rekombination av kromosomen sker vid konjugation
• Förutom plasmidgener som kan rekombineras in på andra plasmider
• Eller bakteriegener som kan rekombineras in på plasmider
• Bitar av bakteriegener kan ”hoppa upp på” plasmid

Question 17

Vad är en plasmid?

Answer 17

• Definition: Extrakromosomala genetiska element som kan replikeras fritt från kromosomen

Question 18

Vad kännetecknar en plasmid?

Answer 18

• Gener för konjugation finns hos plasmiden – plasmiden ansvarar för sin egen spridning
• Ger fördel för bakterien
• Bär på resistens
• Bär på virulens

Question 19

Vad är en episom?

Answer 19

• En plasmid som kan integreras i bakteriens kromosom

Question 20

Hur kan en plasmid överföras?

Answer 20

• Via samtliga tre mekanismer för horisontell genöverföring
• Dvs transformation, transduktion, konjugation
• Konjugation vanligast och viktigast!

Question 21

Hur sker konjugation?

Answer 21

1. Bakteriecellerna får kontakt via pilus
2. Cellerna dras nära varandra
3. En enkelsträngad halva av plasmiden överförs genom pilus via rolling circle replikation
4. Vanlig replikation i mottagaren gör enkelsträngade plasmiden dubbelsträngad
5. Ligas sammanfogar strängarna tillsammans till en cirkel
6. Resultatet är att båda bakterierna har identiska dubbelsträngade kopior av samma plasmid = fördubbling av antalet plasmider i populationen!

Question 22

Vad kännetecknar transposerbara genetiska element?

Answer 22

• ”hoppande gener”
• Förflyttas slumpvis – hotspots finns
• Flyttas av enzymet transposas = enzym som specifikt utför rekombination av det transposerbara elementet
• Kan inte replikera sig själva
• Förflyttning sker via platsspecifik rekombination
• Transposoner flyttar runt gener mellan genom/plasmider och selektion gör att resistensgener/virulensgener hamnar tillsammans på samma mobila element eftersom det ger stor fördel för bakterien
§

Question 23

Vad finns det för klasser av transposerbara element?

Answer 23

• Två stycken olika klasser
• IS = insertion sequences
• Tn = sammansatta transposoner

Question 24

Vad kännetecknar IS insertion sequences?

Answer 24

• Definition: DNA-element som innehåller en gen som behövs för förflyttning flankerad av inverted repeats (IR)
• Minsta typen av transposerbart element
• Genererar mutationer
• Kan slå ut en gen om den råkar placera sig i den
• Känner igen inverted repeats = IR

Question 25

Vad kännetecknar Tn sammansatta transposoner?

Answer 25

• Definition: Element som innehåller andra gener förutom de som behövs för förflyttning
• Hela transposonen flyttas
• Byggs ofta upp av två st IS-element
• Gener för antibiotikaresistens finns ofta inom transposoner
• Kan flytta flera gener med en transposon
• Kan flytta flera gener mellan två st IR = inverted repeats

Question 26

Varför hamnar resistensgener på samma ställe?

Answer 26

• Om dom hamnar bredvid varandra = kan flyttas tillsammans!
• När generna samlas på samma ställe på plasmiden ger det en fördel
• Gener som ger bakterien en fördel kommer att samlas/ackumuleras
• Om en gen är positiv och det är positivt att en gen kan flyttas = kommer att öka i populationen!

Question 27

Vad är en transposon?

Answer 27

• Transposon = transposable element = TE = transposerbara geneteiska element
• ”jumping genes”
• Definition: DNA-segment som kan flytta sig från en plats i genomet till en annan
• Är en DNA-sekvens som kan byta position inom genomet och därigenom ge upphov till förändringar av det
• Ex skapa eller ta bort mutationer, byta genetisk identitet eller storlek på genomet