Bakterier - genetik och horisontell gentransfer Flashcards
Eukrayoter delar gener genom sexuell reproduktion, inte bakterier
- hur gör bakterier för att ändra sitt genetiska material?
- definiera pan-genom och vad får det för konsekvenser inom samma art av bakterier?
- varför får en ny gen ett större genomslag i fenotyp av bakterier än eukaryoter?
Bakterier
- horisontell gentransfer. Bakterier delar DNA mellan varandra under sin livstid. Bakterier förökar sig självständigt och gör inte detta genom att para sig.
- eftersom bakterier bär endast en kopia av en gen för en specifik funktion, kommer en ny gen att få stort genomslag på fenotypen.
Pan-genom = Det DNA som kan delas mellan olika bakterier
- det finns mycket fler gener inom pan-genomet än core-genome hos en bakterie. Detta gör att man får olika stammar av en bakterie, som kan bära olika egenskaper t.ex. antibiotikaresistens
Inom bakteriens värld finns generalister och specialister
- hur är deras genom i storlek?
- hur klarar dem av nya miljöer?
- hur många värdar har dem?
Generalister
- större genom t.ex. e.coli, salmonella, s. aerus
- klarar olika miljöer och kan ha många värdar
- de får olika egenskaper som ger dem möjlighet att finnas i flera nischer.
- har gener som ofta har att göra med enzymer.
Specialister
- litet genom
- lever i en miljö, inte anpassningsbara
- gener har tappats pga dem har inte behövt dem –> nishade
- oftast bara en värd
Det finns 3 mekanismer för horisontell genstransfer
- vilka?
- definiera dem i korthet
- Transformation - direkt upptag av fritt DNA från omgivningen. t.ex. från död bakterie
- Transduktion - gener överförs mellan olika bakterier via bakteriofager
- Konjugation - en bakterie bygger pilus som kopplar till en annan bakterie och överför en plasmid.
- I detta fall lever båda bakterier.
- är en specifik receptor. Specifik överföring.
DNA som mottagare får måste kunna replikeras för att kunna finnas i mottagaren.
Transformation (HGT)
- när induceras detta hos mottagaren?
- Vad händer vid upptaget av dsDNA till mottagaren för att detta ska kunna bli en del av bakteriens genom?
Induceras
- vid brist på näring i omgivningen. Bakterien använder DNA som näring (till sitt eget DNA)
Transformation
1. dsDNA. En sträng bryts ner –> ssDNA
2. Homolog eller icke homolog rekombinering sker av ssDNA. Detta sker homologa regioner i mottagarens DNA. Om en region liknar ssDNA kan den bytas ut.
3, Det har då skapats en hetero-duplex. Några baser stämmer inte överens. Bakteriens maskineri reparerar detta. Vanligast genom att givarens DNA tas bort, men kan ibland ske att givarens DNA används som templat.
4. Nu ingår en ny allel av genen i genomet.
Upptag av DNA (transoformation) är specifikt och reglerat av mottagaren.
- Vilken struktur på mottagare är receptor för dsDNA?
- Vad är skillnaden mellan G+ och G- bakterier i denna process?
G+
- Pilus är receptor som känner igen DNA
- Andra proteiner hjälper till att klyva DNA till ssDNA och att ta in DNA i cellen genom plasmamembranet
G-
- Pilus går från inre membranet till utsidan av yttre membranet
- I båda membran finns proteiner som reglerar upptaget av DNA
Hur är en fag uppbyggd?
Uppbyggnad
- Kapsid med DNA
- i DNA modifierade baser som gör att inte restriktionsenzymer kan bryta ner dess DNA
- Ben - känner igen specifik receptor
Beskriv hur en lytisk vs lysogen bakteriofag infekterar en bakterie.
- vad är fördelen för fagen och bakterien i den lysogena vägen?
Lytisk
- Infekterar. Early genes - ställer om bakteriens maskineri att producera fag-proteiner (transkriptionsfaktorer)
- Bakteriens maskineri stängs av. Endonukleaser som fagen producerar bryter ner bakteriens DNA. Används för fagens eget genom.
- Bygger proteiner till strukturen
- Lysering sker när fager har bildats i bakterien –> spricker.
Lysogen fag - kan gå in i en lytisk fas
- Landar, infekterar.
- Rekombinering av sitt DNA in i bakteriens cirkulära DNA.
- Bakterien delas och även bakteriofagens genom.
- Om bakterien skadas, kommer fagens genom att känna igen detta och gå in i en lytisk fas. Fagens genom klipps ut från bakteriens DNA
På detta sätt kan lysogena fager som har fördelaktiga gener för bakterien, hjälpa både bakterien och sig själv att förökas. Då lysogena fager är beroende av att bakterien mår bra.
En lysogen fag kan ge bakterier t.ex. toxiner, genom att integrera sitt genom i bakteriens genom.
- nämn några bakteriestammar som har fått sitt toxin från fager
När sker en generell transduktion?
- vad är detta?
Generell transduktion = gener från ett bakteriegenom som överförs med hjälp av en bakteriofag till en annan bakterie.
När en bakterie som infekterats av en fag, inte får allt sitt DNA nedbrutet, kan fagen packa fel. Den kan då packa in döda bakteriens DNA i sin kapsid. Detta gör att DNA från en bakteriestam kan överföras till en annan stam.
- Detta gör att sedan DNAt kan genomgå en lysogen fas och integrera en annans bakterie-genom genom icke eller homolog rekombinering.
Konjugering är den vanligaste överföringsmekanismen av horisontelll genöverföring av ffa plasmider (extrakromosomalt DNA)
- vad är en episom?
- vilka fenotypiska effekter är inte fördelaktiga för oss människor som kan finnas på plasmider?
- vad är en plasmid beroende av för att fungera?
Episom
- en plasmid som inkorporerats i bakteriens kromosom
Fenotypiska effekter
- Resistensplasmider
- Virulens - som t.ex. toxiner
Plasmiden är beroende av bakteriens egen celldelning. Då den inte har eget DNA-polymeras.
Beskriv konjugeringsprocessen och överföring av en plasmid till mottagare
Plasmiden kodar för den specifika pilus som kommer att föra över plasmiden till mottagare.
Vad är en multiresistensplasmid?
En plasmid som innehåller flera resistensgener. T.ex. mot olika former av antibiotika, mot silver (pumpar som pumpar ut silverjoner från cellmembranet)
- Vad är definitionen på transposerbara genetiska element?
- Vilken är den enklaste typen av transposerbara element, vad gör dessa element i DNA? beskriv hur ett sådant element kan förflyttas inom ett genom.
Definition
- DNA-segment som kan flytta sig från en plats i genomet till en annan plats, sker slumpmässigt.
- Kan inte replikera sig själva, måste finnas på en plasmid eller i ett genom.
- Använder enzymet transposas för att förflytta sig
Insertion sequence - enklaste formen av TGE
= DNA-element som har en gen som behövs för förflyttning (transposas) flankerad av inverted repeats, dvs i ändarna på genen finns identisk DNA-sekvens men som är kodade på var sträng och därför är i motsatt riktning relaterat till varandra
- Dessa element kommer generera mutationer i DNA genom att t.ex. sättas in inom en annan gen.
- Transposon med IR-element uttrycks.
- Transposon-enzymet uttrycks. Denna känner igen IR elementen. Och Veckar ihop hela segmentet
- Klipper ut DNA-sekvensen, och ligerar sedan in segkensen på en annan del av genomet.
Vad är en sammansatt transposon?
- Definition, beskriv uppbyggnaden
- Vad innehåller ofta dessa transposoner för gener?
- Beskriv hur förflyttning av en sådan transposon går till
Sammansatt transposon = element som innehåller andra gener, bara än dem gener som behövs för förflyttning. Ofta antibiotika-resistensgener.
Tn (sammansatt transposon) innehåller
- IS-element 2 st. Insertion sequence.
- Inom IS-elementen finns generna, som flyttas med vid förflyttning.
- Dessa gener kan t.ex. överföras från en bakteries genom till en plasmid, som i sin tur kan förflyttas till en ny stam.
Förflyttning
- IS-elementen uttrycker Transposasenzymer. Transposas binder var sin IS-element, och dimeriserar sedan med varandra.
- Antingen föflyttas endast IS-element, men ofta förflyttas hela sammansamma transposonen. Klipper ut biten efter dimerisering.
- Flyttar hela sekvensen inom kromosomen eller till en plasmid i bakterien.
Integrativ konjugativ transposon (ICE)
- definition?
- Vankomycin - vilken bakterie producerar Vankomycin naturligt, och vilken annan bakterie har fått resistens genom denna typ av flyttbara element?
ICE = transposon med resistensgener inom 2 Inverted sequences. Men dessa element kan förutom att förflyttas, bilda en egen cirkulär DNA och konjugeras över till en annan bakterie, och inserteras i bakteriens DNA-genom.
ICE förflyttas till konserverade delar av en bakteries kromosom, och är därför mer specifik i var den integreras.
VRE - vankomycinresistenta enterokocker
- Streptomyces orientalis är den bakterie som naturligt producerar vankomycin, och har därför resistens mot sitt eget “gift”.
- Denna transposon finns i många stammar av enterokocker - enterococcus faecalis.
I USA har man hittat några fall av VRSA. Hur tros Staf. aerus fått Vankomycinresistens?
Genom ICE-element, då en infektion av både VRE och MRSA fanns i ett sår.
- genom en integrativ konjugativ transposon från en VRE, har stafylokocken fått resistensgenerna mot Vankomycin
