Биомасса микробов составляет составляет 90% всей биомассы Земли – бактерии на суше и в почвах, планктон и бактерии океана, симбиотические бактерии в эукариотических организмах. В океане в верхних слоях до 200 м и около дна, а также в гидротермальных источниках не менее трети всей массы живых организмов составляют Микроорганизмы На суше – биомасса микроорганизмов сравнима с биомассой растений

Клеточная стенка Грам+ бактерий

Клеточная стенка грам- бактерий

Структура ЛПС

Девочка с симптомами проказы

Клеточная стенка Бактерии чумы

Бактериальная стенка йерсинии

Вибрион холеры

Колонии бактерий in vitro

Геном бактерий Основной геном представлен нуклеоидом бактерий – это компактная структура ДНК, свободная от рибосом На внешеней части нуклеоида имеются вытянутые участки –петли. Это транскрибируемые районы. ДНК нуклеоида ассоциирована с гистоноподобными белками HU, H-NS, IHF К настоящему времени секвенировано около 100 геномов бактерий

ДНК бактерий

Плазмиды Открыты Дж. Ледербергом в 1950 г Реплицируются автономно Геном кольцевая двуцепочечная ДНК При конъюгации могут переходить из клетки в клетку Содержат гены рецистентности к антибиотикам и гены антибиотиков Векторы для трансгенеза

Плазмидная ДНК

Репликация плазмидной ДНК

Плазмиды – первые эффективные векторы для клонирования фрагментов ДНК Уникальные свойства плазмид – 1.Содержат гены, позволяющие бактериям выжить в изменяющихся условиях окружающей среды 2. Токсичность для других бактерий (колицыны) 3. Прикрепление к субстрату 4. Освоение новых источников углерода 5. Способность к автономной репликации Недостатки плазмид как векторов – Небольшая емкость, не более нескольких тысяч п.н. Нестабильность при включении больших фрагментов

Геном плазмиды

Ванкомицин Пенициллин - синтез клеточной стенки Цефалоспорин Триметоприн Сульфонамиды – синтез фолиевой кислоты Квинолон- ДНК-полимераза Рифампцин – РНК-полимераза Тетрациклин Стрептомицин- синтез белка Эритромицин хлорамфеникол Мишени антибиотиков

Обмен генетическим материалом у бактерий

Конъюгация бактерий

ПОЛЬЗА ОТ БАКТЕРИЙ 1. Роль в геологических процессах - образование полезных ископаемых – железных руд, пирита, серы, графитов, карбонатов, нефти, газа и др. 2. Обеспечение плодородия почвы, образование гумуса 3. Очистка сточных вод за счет разложения органических веществ 4. Симбиоз с растениями, животными и грибами 5. Участие в промышленных процессах брожения – производство сыра, силоса, сбраживание сливок при изготовлении сливочного масла 6. Производство антибиотиков 7. Бактерии как продуценты ферментов, гормонов и др. веществ в генной инженерии

8. Биологический контроль размножения насекомых ( например, B. Thuringiensis) 9. Стимуляция роста растений за счет усиления поступления в растения фосфора, фиксации азота, индукции устойчивости к заболеваниям за счет синтеза антибиотиков и цианистого водорода, антагонизма с почвенными патогенными бактериями и т.д. 10. Используются для биодеградации вредных ксенобиотиков – полихлорбифенолов, бензантрацена 11. В биотехнологии растений – трансгенез с помощью агробактерий 12. Бактериальные токсины используются в генной терапии

Бактерии – комменсалы в кишечнике человека В жкт человека содержится 400 видов бактерий, вес – 1 кг Бактерии-комменсалы находятся под постоянным контролем имунной системы, которая вырабатывает IgA, предотвращающий проникновение бактерий в кровь и поддерживающий нормальный состав микрофлоры

Бактерии Wolbachia – реподуктивные паразиты Вмешивается в процесс размножения хозяина -вызывает цитоплазматическую несовместимость после оплодотворения в результате наблюдается полная или частичная элиминация хромосом самца В популяции зараженных мух – Феминизация Партеногенез Андроцид - бессамцовость

Pelagibacter ubuque играет ключевую роль в круговороте углерода в океане. Поглощаетрастворимые в воде органические вещества. Бактериями питаются водоросли. Водоросли выделяют более половины всего кислорода, образуемого на Земле в результате фотосинтеза.Суммапрная масса этих бактерий – 10 в 28 степени, т. е. больше массы всех рыб, обитающих в мировом океане

АРХЕИ Домен археи состоит из 4 царств – Euriarcheota - в основном метаногены, экстремофильные галофилы, некоторые гипертермофилы Crenarcheota – гипертермофилы и нетермофильные археи Korarcheota – другие обитатели термофильных источников с особенной структурой 16S РНК Nonarcheota – очень маленькие

ДОМЕН ПРОКАРИОТ «АРХЕИ» Отличия от бактерий 1 * В состав липидов мембран входят не жирные кислоты, а изопреноидные С20 цепи, соединенные с глицерином простой эфирной связью * Пептидогликан отсутствует * В клеточной стенке вместо муреина – кислые полисахариды и белки * Есть фосфатидилинозит * Есть нуклеосомы *Не чувствительны ко многим антибиотикам *Трансляция как у эукариот 2.

* Есть протеасомы * Есть гликозилирование * Мозаичное строение генов (наличие интронов). Повторы в ДНК * Рибосомы и рибосомные РНК отличаются от бактериальных. Есть отличия и в белковом синтезе * Археям свойственны биохимические процессы, не встречающиеся у бактерий – образование метана, серной кислоты и т.д. * В генетическом коде УГА кодирует селеноцистеин, а УАГ - пирролизин

* По образу жизни многие из архей экстремофилы (термофилы, психрофилы, алкалофилы, ацидофилы, галофилы) * Обладают ферментами, работающими в экстремальных условиях повышенной или пониженной температуры, кислотности, щелочности и концентации солей * Многие их архей аутотрофы (фото- и хемоаутотрофы) * Чаще симбионты

Геном архей содержит 3 типа генов – Типичные бактериальные ( обеспечивают метаболизм, транспорт веществ и регуляторные процессы) Подобные эукариотическим ( обеспечивают матричные синтетические процессы) Специфические для архей ( контролируют биосинтез жгутиков, липидов клеточной стенки и метаногенез) Многие гены архей организованы в кластеры – опероны, транскрибируемые с одного промотора и транслируемые в виде длинных некэпированных мРНК, содержащих короткие полиА-последовательности бактериального типа

Эндосимбиотическая гипотеза