Plazmidy - podstatná složka genomu bakterií Definice: Plazmidy jsou extrachromozomální, autonomně se replikující genetické elementy, které se vyskytují v buňkách všech skupin organismů. Význam: 1. Podstatně ovlivňují základní biologické vlastnosti svých hostitelů, podílejí se na jejich diverzitě a evoluci 2. Jsou využívány k poznání základních molekulárněbiologických procesů v bakteriálních buňkách a horizontálnímu přenosu genů 3. Jsou prakticky a široce využívány v metodách MB a Gl, zejména jako vektory Symbiotické plazmidy Rhizobiaceae (pSyn) Diazotrofie: klíčový proces v biosféře - přeměna N2 na redukované formy (amonium) - volně žijící bakterie uskutečňují tento proces pro svou potřebu při omezením množství amoniaku nebo nitrátů - symbiotické mohou fixovat dusík jen po vytvoření mutual i stických interakcí s leguminózami Předpoklady pro ustavení účinné symbiózy mezi bakteriemi a rostlinou: - chemotaktická invaze bakterií do kořenových buněk, kde se vytvoří specializovaný rostlinný orgán: nodula - bakterie mají 20 různých nodulačních (nod) genů - ty se podílejína syntéze nebo sekreci nodulačních faktorů (= silné mitogeny, přetvářející rostlinné buňky) - uvnitř rostlinných buněk bakterie vytvářejí bakteroidy, což jsou specializované buňky určené k fixaci dusíku. Bakteroidy dodávají rostlině fixovaný dusík a od rostliny odebírají fotosyntézou vytvářený uhlík. Lokalizace symbiotických genů u rhizobií - Symbiotická fixace dusíku vyžaduje asi 60 genů - Geny pro symbiózu jsou na 150 kb až 1683 kb plazmidech (megaplazmidy), které představují 25-50% velikosti genomu - většina genů pro nodulaci a fixaci dusíku je na jediném symbiotickém plazmidu pSyn, v některých případech na konjugativním transpozonu (502 kb) - symbiotický ostrov - ztráta plazmidu vede k neschopnosti fixovat dusík Bakterie příbuzné rhizobiím byly zjištěny i u mravenců ve specializovaném orgánu pro recyklování dusíku. - Evoluce: přenos plazmidu nebo ostrovů vede k novým druhům Degradativní plazmidy Nesou geny propůjčující bakteriím schopnost biologicky degradovat organické sloučeniny, které se běžně v přírodě nevyskytují. Ve většině případů kódují část idační dráhy včetně regulačních elementů. Pseudomonas:salicylát, naftalen, kafr, octan, toluen, fenoly, xylen, dichlorfenoxyaceton, chlórbenzén TOL plazmidy (prototyp degradativních plazmidu) Plazmidy nesou geny pro degradaci toluenu, xylenu, benzylalkoholů, benzylaldehydú Příbuzné plazmidy: schopnost růst na salicylátu nebo naftalenu jako jediném zdroji C a E. 2,4-D-plazmid = model pro studium degradace chlorovaných aromatických látek (např. (2,4-D = dichlorfenoxyoctové kyseliny používané jako herbicid) Kolicinogenní plazmidy - produkují látky s antibiotických charakterem PŘÍKLADY BAKTERIÁLNÍCH DRUHŮ PRODUKUJÍCÍCH BAKTERIOCINY Bakteriální xSr< N.iíA.-i' feafcterioeinu Chemická padslata Streptococcus pvogeaes Sí;-.;ijr=idaA Frslera SfcD Sf reptocoecas saitquís Saitquicm Pmí<*a3S»kft •J.:.. ierioUes fragílis UM FroíeÍHlr»fcr> ťropsmíÍKreíeiiTnii íieoe Akneehi Cfrkopnrt&a&lkD Butiíhívroriiflířra:«! pjyfa Flutete Síaplivtococeas epitiermídi^ Sfafyiftfcoeiir 48» &D Kníero&aeíET cloacca |KÍ3aťin Protein 56 fcD Bakteriociny inhibují jednu nebo více základních funkcí (replikace, transkripce nebo translace, nebo energetický metabolismus).. Na nárůstu citlivých buněk vytvářejí sterilní zóny - lakuny. Pravé koliciny x defektní fágové částice (fágové bičíky, lytické enzymy) Virulenční plazmidy nesou geny zodpovědné za patogenitu a virulenci bakteriálních kmenů Obecné rysy virulenčních plazmidu enterobakterií - velikost 60-200 kb, nízkokopiové (1-2 kopie) - podobné buď F plazmidu nebo R100 - v jedné buňce může být i více různých virulenčních plazmidu - např. Yersinia má tři různé plazmidy, z nichž každý přispívá výrazně k virulenci Geny virulence na plazmidech Faktory virulence pro kolonizaci buněk a tkání - toxiny pro adhezi na epitel a invazi, -tvorba biofilm u - průnik bakterií buněčnou membránou hostitele, - system ické šíření do dalších tkání - intracelulární přežívání v mikrofágách. Virulenční geny obecně zvyšují přežívání v hostiteli, adherenci a invazivitu do buněk a někdy interferují s imunitními funkcemi hostitele Virulenční plazmidy gramnegativních bakterií Výskyt: Čeleď Enterobacteriace A. normální mikroflóra gastronintestinálního traktu člověka Enterobacter, Klebsiella. Escherichia B. Patogeny: Salmonella, Shigella, Yersinia Patogenní kmeny Escherichia coli: Enterotoxigenní (ETEC) Enteroi n vazivní (EIEC) Enteroh em orhagické (EHEC) Enteropatogenní (EPEC) Enteroagregativní (EaggEC] Spektrum chorob odráží obsah genů virulence lokalizovaných na plazmidech, bakteriofágách, ostrovech patogenity (PAI), které nejsou u komensálů.