Bakterie genetik Flashcards
Hvad er genomet for en organisme defineret som?
Genomet for en organisme defineres som den samlede mængde af genetisk materiale indeholdt i organismens celler. Genomet indeholder alle de gener og genetiske instruktioner, der er nødvendige for at danne og vedligeholde organismens strukturer og funktioner.
Hvad består bakteriers genom af?
Bakteriers genom består af en enkelt cirkulær streng af DNA (deoxyribonukleinsyre). Dette genom indeholder al den genetiske information, der er nødvendig for bakteriens struktur, funktion og reproduktion.
- Bakteriers genom indeholder gener, der koder for proteiner, RNA-molekyler og regulatoriske sekvenser, der styrer genekspressionen.
- Generne indeholder information om, hvordan man bygger og vedligeholder cellens komponenter, herunder proteiner, enzymer og strukturelle elementer.
I nogle tilfælde kan bakteriers gener også omfatte ekstra genetiske elementer såsom plasmider eller fage (virus, der inficerer bakterier). Disse ekstra genetiske elementer kan indeholde gener, der giver bakterierne yderligere egenskaber, såsom antibiotikaresistens eller evnen til at udføre specifikke biokemiske reaktioner.
Hvad består bakteriets kromosom af?
Bakteriers kromosom består af en enkelt cirkulær DNA-streng. Denne DNA-streng indeholder alle de genetiske oplysninger, der er nødvendige for bakteriens struktur, funktion og reproduktion.
- Størstedelen af bakterier har kromosomer som indeholder 2.000-4.000 gener.
Bakteriers kromosom er ikke indeholdt i en membranomsluttet cellekerne som i eukaryote celler (f.eks. menneskelige celler). I stedet er det frit svømmende i bakteriens cytoplasma. Dette organisatoriske træk adskiller prokaryote celler som bakterier fra eukaryote celler.
Hvad er patogenicitetsøer?
Patogenicitetsøer er regioner eller segmenter af en bakteries genom, der indeholder gener, der er ansvarlige for dens evne til at forårsage sygdom eller infektion hos en vært. Disse gener koder ofte for molekyler eller strukturer, der giver bakterier specifikke egenskaber eller mekanismer, der gør dem mere effektive til at inficere og overleve i værtsorganismen.
Når bakterier inficerer en vært, kan de bruge patogenitetsøerne til at producere faktorer, der giver dem evnen til at kolonisere værtsvævet, undgå værtens immunsystem og forårsage skade på værtsorganismen. De specifikke gener i patogenitetsøerne kan variere mellem forskellige bakteriearter og kan inkludere gener for adhæsion (fastgørelse til værtsceller), evnen til at producere toksiner, immunsystem-undvigelsesstrategier og andre faktorer, der øger deres virulens.
Patogenitetsøer adskiller sig fra resten af kromosomet i G+C-indhold og er normalt flankeret i modtagerens kromosom af gentagne sekvenselementer eller gener, der koder for tRNA’er.
Hvad er plasmider?
Plasmider er små, cirkulære eller lineære stykker af DNA, der findes i mange bakterier og nogle andre mikroorganismer. Disse DNA-molekyler er adskilt fra bakteriens hovedkromosom og fungerer som ekstra genetiske elementer, der kan replikere uafhængigt af kromosomet. Plasmider er ikke nødvendige for bakteriens basal overlevelse, men de kan bære gener, der giver bakterier ekstra egenskaber og fordele.
Nogle almindelige egenskaber ved plasmider inkluderer:
- Antibiotikaresistens
- Toxinproduktion
Mange plasmider indeholder mobile DNA-sekvenser (transposoner), der kan bevæge sig mellem to plasmider eller mellem plasmider og kromosomet.
- Transposoner, som indeholder mange gener for antibiotikaresistens, er ansvarlige for evnen hos visse plasmider til at integrere sig i kromosomet.
Hvad er transposoner?
Transposoner i bakterier er DNA-sekvenser eller genetiske elementer, der har evnen til at bevæge sig eller hoppe rundt i bakteriens genom.
- Genetisk variation: Transposoner kan introducere genetisk variation i bakterier ved at flytte gener fra en placering til en anden. Dette kan føre til udviklingen af nye egenskaber eller funktioner i bakterien.
- Antibiotikaresisitens: Nogle transposoner indeholder gener for antibiotikaresistens. Når transposoner bevæger sig til en position, hvor de er i nærheden af gener, der koder for antibiotikaresistens, kan de medvirke til spredning af resistensgener i bakteriepopulationen.
- Evolution: Transposoner kan spille en rolle i bakteriers evolution ved at muliggøre hurtig tilpasning til ændrede miljøforhold eller udfordringer.
Transposoner er vigtige elementer i bakteriens genetiske repertoire og kan have betydelige konsekvenser for bakteriernes tilpasningsevne og diversitet. De kan også spille en rolle i spredningen af antibiotikaresistens i bakteriepopulationer, hvilket gør dem til en vigtig faktor i bekæmpelsen af bakterielle infektioner.
Hvad er en bakteriofag?
En bakteriofag, også kendt som en fage eller simpelthen en phage, er en type virus, der inficerer og replikerer inde i bakterier. Bakteriofager er specialiseret i at inficere bakterier og udnytte deres maskineri til reproduktion. De er ikke i stand til at inficere eukaryote celler som menneskeceller.
Hvad består en bakteriofag af?
En typisk bakteriofag består af en kapsid, der indeholder dens genetiske materiale (enten DNA eller RNA), og nogle fager har en halestruktur, der bruges til at fastgøre og inficere bakterien.
En typisk bakteriofag består af et stykke nukleinsyre indkapslet i en kapsid. Afhængigt af fagen kan nukleinsyren være DNA eller RNA, dobbeltstrenget eller enkeltstrenget, og have en størrelse fra ca. 3.000 baser (3 gener) til ca. 200.000 baser (200 gener).
Beskriv bakteriofagens replikative cyklus
Bakteriofagens replikative cyklus beskriver processen, hvor en bakteriofag (virus, der inficerer bakterier) replikerer sig selv ved at udnytte en bakteriecelles maskineri. Denne cyklus består normalt af flere trin:
Adsorption: Først adsorberer bakteriofagen sig til værtsbakteriens overflade. Dette sker ved, at fagen binder sig til specifikke receptorer på bakteriens celleoverflade. Adsorptionen er meget specifik og afhænger af komplementære interaktioner mellem fagen og værtsbakterien.
Injektion af DNA: Når fagen er bundet til bakterien, injicerer den sit genetiske materiale (DNA eller RNA) ind i bakteriecellen. Dette gøres normalt ved hjælp af en fagelig proboscis eller en anden mekanisme.
Replikation og transkription: Efter at fagens genetiske materiale er inde i bakteriecellen, begynder det at replikere sig selv ved hjælp af bakteriens eget replikationsapparat. Fagens gener dirigerer bakteriecellen til at syntetisere kopier af fagens DNA og til at producere de proteiner, der er nødvendige for samlingen af nye fagepartikler.
Samling af nye fagepartikler: Nye fagepartikler, bestående af fagens genetiske materiale og nødvendige proteiner, samles i bakteriecellen.
Lysis: Når tilstrækkeligt mange nye fagepartikler er blevet samlet, udløses en lysesygdom. Under denne proces frigiver bakteriofagen enzymer, der nedbryder bakteriens cellevæg, hvilket resulterer i bakteriolys (cellebrud) og frigivelse af de nye fagepartikler i miljøet. Denne frigivelse kan dræbe værtsbakterien.
Spredning og infektion: De frigivne fagepartikler kan nu inficere nye værtsbakterier og starte cyklussen for nye infektioner.
Hvad sker der hvis en bakterie inficeres af en virulent bakteriofag?
Infektion af en bakterie med en virulent bakteriofag resulterer uundgåeligt i celledød ved lyse, med frigivelse af nyligt replikerede bakteriofag-partikler.
Under optimale betingelser kan en bakteriecelle, der er inficeret med kun én bakteriofag-partikel, producere hundredevis af afkom på 20 minutter.
- Generelt angriber bakteriofager, der angriber én bakterieart, ikke andre bakteriearter
Hvad sker der hvis en bakterie inficeres af en temperat bakteriofag?
Når en bakterie inficeres af en temperat bakteriofag, kan der ske flere forskellige ting afhængigt af, hvordan bakteriofagen interagerer med værtscellen. Her er de to mest almindelige scenarier:
- Lyse: Som med en virulent bakteriofag kan en temperat bakteriofag føre til celledød ved lyse, hvor den inficerede bakteriecelle bliver ødelagt, og nye bakteriofag-partikler frigives. Dette sker, når bakteriofagen vælger en lytisk livscyklus, hvor den replikerer inde i værtscellen og derefter forårsager værtscellens død for at frigive de nydannede bakteriofag-partikler.
- Lysogeni (Prophage-tilstand): En anden mulighed er, at temperat bakteriofagen går ind i en lysogen tilstand, hvor dens DNA integreres i værtscellens kromosom i stedet for at forårsage umiddelbar celledød. I denne tilstand kaldet en prophage, er udtrykket af bakteriofaggener undertrykt af et regulerende protein inde i bakteriofagen. Den inficerede bakteriecelle overlever og deler sig normalt. Bakteriofag-DNA’en replikeres som en del af værtens kromosom uden at dræbe værtscellen.
Lysogeni giver mulighed for, at bakteriofag-DNA kan forblive i værtsbakterien i meget lang tid, indtil en række udløsende faktorer, såsom stress eller visse kemiske signaler, kan forårsage, at prophagen aktiveres og går over i en lytisk livscyklus, hvilket fører til celledød og frigivelse af nye bakteriofag-partikler.
Hvad er lysogene bakterier?
“Lysogene bakterier” er bakterier, der bærer en prophage. Dette fænomen kaldes “lysogeni,” og den bakterielle celle siges at være “lysogeniseret.”
Ikke-lysogene bakterier kan gøres lysogene ved infektion med en temperat bakteriofag. Sammenkoblingen af prophagen og bakteriecellen er meget stabil, men den kan destabiliseres af forskellige behandlinger, såsom eksponering for ultraviolet lys, der beskadiger værtens DNA.
Når DNA-skader opstår, ophæves undertrykkelsen af bakteriofaggener, og prophagen fjernes fra værtens kromosom, replikerer autonomt og producerer afkom af bakteriofag-partikler.
- Værtscellen lyseres på samme måde som med en virulent bakteriofag.
- Opvågningen af virus fra sin latente prophage-tilstand kaldes induktion.
Erhvervelsen af egenskaber af bakterier på grund af tilstedeværelsen af en prophage kaldes lysogen konvertering.
Angiv bakteriers mekanismer for gentransfer
Gener kan overføres fra én bakteriecelle til en anden ved hjælp af tre forskellige mekanismer: konjugation, transduktion og transformation. Fordi visse typer overført DNA ikke indeholder en replikationsoprindelse, vil disse gener kun blive overført til efterfølgende generationer, hvis det overførte DNA bliver inkorporeret i modtagerens kromosom, der har en replikationsoprindelse. Plasmider indeholder deres egen replikationsoprindelse og kan derfor opretholdes i en vært gennem efterfølgende generationer uden at blive integreret i kromosomet.
Bakteriers evne til gentransfer er en afgørende faktor for deres tilpasningsevne og evne til at udvikle resistens mod antibiotika samt til at tilpasse sig skiftende miljømæssige forhold. Det er også en grundlæggende proces, der bidrager til diversiteten i bakteriepopulationer og evolutionen af bakterier.
Beskriv konjugationsmekanismen for gentransfer
Konjugation er processen, hvor bakterier overfører gener fra én celle til en anden ved direkte celle-til-celle-kontakt. Donorcellen (han) og modtagercellen (hun) skal have den rette genetiske sammensætning for at kunne binde sig til hinanden, hvorefter de danner en cytoplasmatisk bro mellem cellerne, hvorigennem DNA kan passere.
Specifikt kræver processen tilstedeværelsen af en hårlignende projektil på donorcellen kaldet en “sex pilus,” som laver kontakt med en specifik receptor på overfladen af modtagercellen. Denne kontakt resulterer i dannelse af et relativt stabilt cellepar og initierer overførslen af DNA.
Beskriv transduktionsmekanismen for gentransfer
Transduktion henviser til overførsel af gener fra én celle til en anden via en bakterievirus (fage) som mellemled uden direkte celle-til-celle-kontakt. Dette kan ske på to måder: generaliseret transduktion og specialiseret transduktion. I begge tilfælde er den transducerende fage en tempereret fage, så modtagercellen overlever fage-infektionen.
Generaliseret transduktion: Ved generaliseret transduktion bliver en tilfældig fragment af bakterielt DNA ved en fejl indkapslet i kapsid i stedet for fage-DNA. Når denne sjældne fage-partikel inficerer en modtagercelle, injicerer den bakteriedelen af DNA’et ind i cellen. Hvis dette fragment bliver integreret i modtagerens kromosom ved rekombination, vil modtagercellen være stabilt transduceret.
Specialiseret transduktion: Ved specialiseret transduktion overføres kun visse bakterielle gener, som er placeret på den bakterielle kromosom tæt på indstiksstedet for den transducerende fage. Fagen tilegner sig de bakterielle gener ved en sjælden, unormal udskæring fra den bakterielle kromosom. En specialiserende transducerende fage-partikel indeholder både fage- og bakteriedele af DNA’et, der er bundet sammen som en enkelt molekyle. Efter at have inficeret en anden celle, integrerer dette samlede molekyle sig i modtagerens kromosom på samme måde som fage-DNA normalt gør i processen med at blive en profage.
Hvad er mobile genetiske elementer?
Visse DNA-segmenter, kaldet transposoner, har evnen til at bevæge sig fra sted til sted på kromosomet og ind og ud af plasmider.
Transposoner eksisterer ikke som segmenter uafhængige af genomet, men kun som segmenter inden i genomet.
Der er to generelle typer af transposoner: replikative og ikke-replikative.
- En replikativ transposon efterlader en kopi af sig selv på det oprindelige sted. Således fordobler transpositionprocessen antallet af kopier af transposonen
- En non-replikativ transposon efterlader ikke en kopi af sig selv på det oprindelige sted.
Hvis transposition indsætter en transposon i et fungerende gen, ødelægges genets funktion generelt. Transposoner kan derfor betragtes som interne mutagene midler.
Mobile genetiske elementer er sandsynligvis ansvarlige for størstedelen af den genetiske variation i naturlige bakteriepopulationer og for spredningen af antibiotikaresistensgener.
Angiv mekanismer for erhvervelsen af antibiotikaresistens
Erhvervet antibiotikaresistens kræver en midlertidig eller permanent erhvervelse eller ændring af bakteriel genetisk information. Selvom de fleste resistensgener er plasmid-medierede, kan plasmid-medierede egenskaber udveksles med kromosomale elementer. Overførsel af genetisk materiale fra plasmid til kromosom kan forekomme ved enkle rekombinationssbegivenheder, men processen lettes betydeligt af transposoner. Mange resistensgener, såsom plasmid-medierede Beta-lactamaser, tetracyklin-resistensgener og aminoglykosid-modificerende enzymer, er organiseret på transposoner.
Resistens over for antibiotika opnås ved fem hovedmekanismer:
1. Nedsat optagelse af antibiotika: Gram-negative organismer kan begrænse indtrængen af visse midler, herunder Beta-lactam-antibiotika, tetracykliner og chloramphenicol, som følge af ændringer i antallet og strukturen af poriner (proteiner, der danner kanaler) i den ydre membran.
2. Efflux af antibiotika: Nogle gram-negative organismer koder for multikomponent membran-indlejrede efflux-systemer, der genkender og pumper diverse giftige stoffer ud, herunder detergenter og antibiotika. Udtrykket af disse systemer er generelt tæt reguleret og aktiveres ofte af tilstedeværelsen af substrater, der genkendes af pumpen.
3. Ændring af målsitet for antibiotika: Resistens hos Streptococcus pneumoniae over for Beta-lactam-antibiotika involverer f.eks. ændringer i en eller flere af de vigtigste bakterielle penicillin-bindende proteiner, hvilket resulterer i nedsat binding af antibiotikummet til sit mål.
4. Erhvervelse af evnen til at ødelægge eller modificere antibiotikummet: Eksempler på antibiotika-inaktiverende enzymer inkluderer: 1) Beta-lactamaser, der hydrolytisk inaktiverer Beta-lactamringen i penicilliner, cefalosporiner og relaterede lægemidler; 2) acetyltransferaser, der overfører en acetylgruppe til antibiotikummet og inaktiverer chloramphenicol eller aminoglykosider; og 3) esteraser, der hydrolyserer lactonringen i makrolider.
5. Erhvervelse af et nyt mål: Nogle isolater af Staphylococcus aureus er f.eks. resistente over for vancomycin på grund af ekspression af for nyligt erhvervede gener, der ændrer D-ala-D-ala (målet for vancomycin) resterne på pentapeptidet, hvilket i stedet omdanner dem til D-ala-D-lac. Selvom dette nye mål effektivt polymeriseres for at danne et peptidoglycannetværk med tilstrækkelig stabilitet, bindes D-ala-D-lac ikke af vancomycin, og derfor er antimikrobielt midlet ikke længere effektivt.
