Bacterii și viruși.
Transferul informațiilor ereditare
Bacteriile au o membrană densă de celule, sub care există o membrană protoplasmică elastică, subțire. În citoplasma bacteriilor există mici formațiuni, așa-numitele plasmide (episome). Această mică circulară molecula de ADN dublu catenar, care poate exista în mod independent (replicat de enzimele celulei bacteriene independent de cromozomul principal), sau o parte a moleculei ADN care este localizată în cromozomul bacterian. Termenul "plasmide" a fost propus de J. Lederberg în 1952. Plasmidele mici includ 10-30 mii de perechi de baze, iar în celulă există 10 până la 100 de exemplare. Plasmidele mari conțin până la 100 de mii de perechi de baze, dar în celulă sunt reprezentate de unul sau două copii. Factorii (factorii R) ai rezistenței la substanțe medicamentoase (streptomicină, tetraciclină, sulfanilamide) au fost studiați. Termenul "episome" a fost propus de F. Jacob și E. Volman (1958). Există un episod, numit factorul sexual F +. Ea îndeplinește funcția de schimb de material genetic între celulele bacteriene.
E. coli (Escherichia coli) posedă un set haploid de cromozomi, este un organism cu creștere rapidă care poate fi cultivat pe un mediu sintetic. Bacteriile schimbă informații genetice, ceea ce conduce la apariția unor noi genotipuri recombinante, dar procesele care duc la un astfel de schimb sunt semnificativ diferite de fertilizare și meioze, caracteristice organismelor superioare. Aceste procese sunt numite parasexuale și includ forme cum ar fi sexducția. transformare și transducție. Procesele parasexuale sunt schimbul de informații genetice între celulele diferitelor tulpini de bacterii și viruși.
Sexualitatea este transferul de material genetic dintr-o bacterie în alta cu ajutorul factorului sexual (F +) în conjugare. Pentru prima dată, procesul de conjugare în bacterii a fost descoperit de J. Ledberg și E. Tatum în 1946. În 1952, Hayes a stabilit rolul inegal al tulpinilor parentale în conjugare. Sa dovedit că o tulpină este un donator (mascul), iar celălalt este un recipient (femeie). F + este factorul sexual prezent, care este caracteristic celulelor bacteriene masculine, F- este factorul sexual absent, care este caracteristic celulelor bacteriene feminine.
Celulele donatoare au factorul sexual F +, care este o plasmidă conjugativă și este o moleculă de ADN închis circular. Atunci când celulele sunt conjugate, donatorii F + se leagă la celulele receptor F - cu puntea de conjugare, un tub protoplasmic special format de celula F +. Atunci când factorul de conjugare F + nu este de obicei transmis, deoarece este localizat la capătul cromozomului. Cu o frecvență mai mare, genele sunt situate în apropierea punctului inițial al cromozomului donator. Apoi, ADN-ul donor din regiunile omoloage intră în contact cu ADN-ul receptor și, ca urmare a traversării, unele segmente ale unui lanț al ADN-ului receptor sunt înlocuite cu fragmente ADN donor. În conjugare, factorul sexual, împreună cu fragmentele ADN, uneori se transformă într-o celulă feminină, transformându-l într-o celulă masculină și transmitându-i proprietățile controlate de un fragment al cromozomului donatorului. Puntea dintre celulele conjugate este fragilă, iar transferul întregului cromozom al donatorului, care la 90 ° C durează 90 de minute, rar atinge sfârșitul. La o anumită temperatură, transferul are loc cu o viteză constantă. Rata ridicată de divizare a celulelor bacteriene într-o perioadă scurtă de timp determină utilizarea lor demonstrativă în studiile genetice.
Transformarea este procesul de transfer al informațiilor ereditare dintr-o tulpină de bacterii în alta din cauza transferului de ADN. Acest fenomen a fost identificat pentru prima dată de către F. Griffiths în 1928 pe pneumococi. În 1944, Avery, McLeod și McCarthy au realizat identificarea chimică a principiului transformării. Ele sunt ucise de căldură celule pneumococ, extrase cu liza în prezența unui detergent și după precipitare cu etanol absolut și cloroform deproteinizare se obține transformarea înapoi la forma foarte activ. Produsul final a dat o reacție negativă proteinelor și ARN și o reacție bruscă la ADN. Activitatea de transformare a medicamentului a fost rezistentă la enzime proteolitice și ribonuclează, dar a fost distrusă de enzime care scindează ADN-ul. Cu ajutorul acestor experimente, sa stabilit ferm că ADN-ul este capabil să transfere informații genetice de la o bacterie la alta.
Transducția este transferul de gene de la o celulă bacteriană la alta cu participarea anumitor bacteriofagi. Pentru prima dată fenomenul transductie și Dzh.Ledeberg N.D.Tsinder stabilit în 1952. În structura bacteriofagii - sunt virusuri, paraziți în celulele bacteriene. În bacteriofagi, ADN-ul este închis în capul fagului. Dacă fagul este virulent, atunci infectarea acestui fag sensibil de către fag duce la liza acestuia și la eliberarea descendenților de fagi. Particulele de fagi sunt atașate unor zone specifice ale peretelui celular bacterian cu ajutorul fibrilelor de proces. Capacul procesului este scurtat, iar conținutul capului pătrunde în bacterie, ca și când ar fi injectat cu o seringă. Phage ADN trece prin procesul in celula bacteriana prin inhibarea masinilor sintetizarea proteinelor celulei gazdă, și le face să sintetizeze componente de fagi folosind ca fotospetsificheskie ARNm șablon. Există și fagi care, atunci când sunt infectați cu o celulă, nu provoacă neapărat liza. Ca conjugare, transducția este un transfer unidirecțional. Genele donatoare transduse sunt incluse în acea regiune a cromozomului bacterian în care sunt localizate genele omoloage ale receptorului. Uneori un fragment ADN translatat nu este integrat, dar bacteria rămâne în citoplasmă; În acest caz, nu poate fi împărțită, dar este capabilă să fie transcrisă și difuzată. Aceasta este transducția abortivă; determină heterozygozitatea genelor conținute în fragmentul transferat și permite studierea funcției genelor și a interacțiunii acestora.
Experimentul Frenkel-Konrat în 1955 a arătat clar că este ARN care determină interacțiunea virusului și celulei gazdă, precum și genotipul și fenotipul descendenței virale. În 1956, Giger și Schramm au arătat că materialul genetic al unui număr de viruși, în special al virusului mozaicului de tutun (TMV), este o moleculă de ARN monocatenar.
Farmacogenetica - studiul rolul factorilor genetici în individ, specie, sexul și vârsta susceptibilitatea organismelor la medicamente, metabolismul acestor substanțe, toleranța, dependența de droguri, cumulativ, potențarea și antagonism. Farmacogenetica este o nouă secțiune interdisciplinară aplicată în genetică și farmacologie (o știință care studiază efectele medicamentelor asupra animalelor și a oamenilor).
- reacția organismului la acțiunea substanțelor medicinale, luând în considerare caracteristicile genetice ale indivizilor individuali în cadrul vârstei, caracteristicilor sezoniere, sexuale, specifice;
- dorința de a obține efectul dorit atunci când este aplicat;
- mecanismul și gradul de moștenire a acestor reacții în normă și patologie;
- genetica enzimelor care convertesc (metabolizează) substanțele medicamentoase în normă și în cazul modificărilor patologice ale sistemului enzimatic;
- dezvoltă metode pentru prevenirea reacțiilor patologice la medicamente și tratamentul organelor cu astfel de abateri.
Termenul "farmacogenetică" a fost introdus în știință în 1959 de către Vogel, care a observat mai întâi existența unui control genetic asupra reacțiilor organismului la administrarea de substanțe medicinale.
Diferențele determinate genetic în reacțiile organismului cu substanțele medicamentoase depind de:
1. Din metabolizarea lentă a medicamentelor, rezultând o reacție puternică a organismului la medicamentele farmacologice (formarea unui număr insuficient de enzime adecvate sau cu activitate insuficientă).
2. Din metabolismul accelerat al substanțelor medicamentoase, rezultatul căruia este o reacție farmacologică slabă a organismului și o eficacitate terapeutică redusă a medicamentelor.
3. De la încălcarea interacțiunii normale dintre medicamente și metaboliți, care pot conduce la formarea de compuși chimici dăunători și la o reacție negativă a organismului.
Pot exista, de asemenea, reacții atipice ale corpului la substanțe medicinale care nu sunt direct legate de genotipul organismului, ci sunt rezultatul alergiilor, slăbirea mecanismelor de protecție ale corpului. Cel mai adesea acesta este rezultatul defectelor enzimatice (enzime).
Enzimopatia - tulburări ereditare ale structurii și funcției enzimelor care metabolizează substanțele medicamentoase. Ele apar ca urmare a mutațiilor anumitor gene și joacă un rol important în apariția efectelor negative ale multor medicamente. Într-un caz, efectul substanțelor medicinale crește atât de mult încât provoacă consecințe nedorite, iar într-un altul - substanțele medicinale provoacă o exacerbare a bolilor cronice care au apărut latent.
Utilizarea pe scară largă a antibioticelor și a altor medicamente a dus la faptul că rezistența genetică a bacteriilor patogene a crescut până la punctul în care tratamentul bolilor infecțioase este adesea dificil. În Anglia, printre tulpinile studiate de salmonella, 61% au fost rezistente la unul sau mai multe antibiotice. În aceeași țară, în 1977, 62,6% din tulpinile E.coly, izolate de bovine au fost rezistente la streptomicină și 47% - la tetraciclină și porcine - respectiv 5,5 și 47,1%.
Mai mult de 50% din culturile de pășune rezistente la sulfanilamide și streptomicină au fost izolate din efectivele de animale care au căzut din bolile respiratorii și 75% au fost insensibile la tetraciclină.
In unele ferme din Japonia în timpul salmonelozei epizootică viței recuperate la 77% tulpini de Salmonella rezistente la cloramfenicol, dintre care 85% au fost, de asemenea, rezistente la tetraciclină, streptomicina, și sulfonamide. Rezistența a fost transmisă pe deplin generațiilor ulterioare de Salmonella.
În multe țări, rezistența crescută la diferite medicamente a fost găsită la helminți și căpușe. Se constată că utilizarea unui medicament conduce la apariția rezistenței acarienilor la acest medicament timp de 5-10 ani.
Mecanismul de rezistență a microorganismelor
împotriva drogurilor.
rezistență microbian depinde de formarea celulelor bacteriene în așa-numitele plasmide - epizomi cu R-factor (capabil să asigure o rezistență bacteriană împotriva drogurilor). Plasmidele pentru pod konyugatsionnomu poate pătrunde într-o altă bacterie, chiar și a altor specii, care cauzează sau imunitate la anumite substanțe medicamentoase, sau capacitatea de a sintetiza colicinelor. Colicinogenii includ genele care cauzează sinteza bacteriană a unor substanțe proteice specifice - colicinele. Cu toate acestea, metaboliții formați au un efect dăunător asupra organismului animal sau uman, agravând starea de sănătate. Alternanța periodică a diferitelor medicamente (în 2-3 zile), în general, duce la o pierdere completă a capacității celulelor bacteriene de a prolifera R-factori, și reproducerea celulei morții sale. Unele dintre plasmide capabile să integreze în cromozomul bacterian, iar apoi la trecerea de la o bacterie la alta, ei, ca factorul sexual trage pentru o parte sau, uneori, întregul cromozom.
Eficacitatea administrării substanțelor medicamentoase depinde de:
- Paul. Sexul mascul are gene mai puțin active decât femeile, datorită inerției cromozomului Y. De exemplu, sexul feminin este sensibil la nicotină, stricnină, pastile de dormit, dar este rezistent la alcool.
- Vârsta. Nou-născuții sunt mai sensibili la droguri decât la adulți. În cazul injectării intraabdominale a iepurilor nou-născuți, hexabarbitalul 75 mg / kg duce la somn profund și apoi la moarte. La iepuri de 10 zile veghează 1-2 ore și mor 50%. La iepuri de 16 zile, somnul este de 10-20 de minute. Adulții iepuri nu adorm. Astfel de substanțe medicinale ca acetilcolina, adrenalina, nicotina la animalele vechi determină o reacție de 3-10 ori mai mare decât la animalele tinere.
- Schimbarea zilei și a nopții. Astfel, morfina, amfetamina sunt cele mai active pe timp de noapte, și nicotinamida - după-amiaza. La șoareci, toxicitatea alcoolului etilic este mai mare seara și noaptea decât dimineața și după-amiaza. Activitatea ritmică a organismului depinde în totalitate de controlul genetic și de acțiunea glandelor endocrine.