A baktériumok genetikája

A sejtek növekedésének és osztódásának tanulmányozására nagyon alkalmas modellnek bizonyulnak a baktériumok.

genetika, akteriofág, plazmid, akteriofág | Hogyan támadnak a baktériumok?   SubRosa Kiadó | Milch, H & mtsai
Ha egy magasabb rendű szervezet növekedését és szaporodását akarjuk megfigyelni, ehhez hosszú évek vagy évtizedek - esetleg több száz év szükséges. A kisebb szervezetek sejtjei gyorsabban szaporodnak, mint a magasabb rendű szervezetek sejtjei. A legtöbb baktériumfaj 20 percenként kétszerezi meg egyedeinek számát, az emlőssejtek 24 óránként osztódnak. A másik előnye a baktérium-szaporodási vizsgálatnak, hogy megfelelően szaporodnak egy adott, aránylag egyszerű összetételű táptalajon (különféle sók, cukor és víz), az emlőssejteknek ezzel szemben számos kiegészítő anyagra van szükségük a növekedéshez.

A legtöbbet tanulmányozott baktérium az Escherichia coli, az a baktérium, amelyet szinte minden emlősszervezet magában hordoz, s ez a baktérium normális körülmények között nem patogén a magasabb rendű szervezetekre. Az Escherichia coli Watson szerint molekuláris szinten a legjobban ismert élőlény. Egy Escherichia coli-sejt kb. 500-szor kisebb, mint a magasabb rendű növények vagy állatok sejtjei, molekulasúlya azonban aránytalanul nagy. Az Escherichia coli-sejt belsejének 1/5 részét a dezoxiribonukleinsav (DNS) foglalja el, ez az a vegyület, amely a genetikai információt viszi át sejtről sejtre. Emellett helyezkednek el a 200 !~ átmérőjű gömbölyű részecskék, a riboszómák, ezeken képződnek a sejt fehérjéi. A riboszómák 40 % fehérjéből és 60 % ribonukleinsavból (RNS) állnak.

A baktériumok kórokozó képességéről egyre többet tudunk, legnagyobbrészt a baktériumgenetika fejlődésének eredményeként. A baktériumgenetika a molekuláris biológiai módszerek forradalmi fejlődése következtében már nemcsak a mikroorganizmusok, de a makroorganizmusok sorsát is befolyásolja, ezért méltán állíthatjuk, hogy a baktériumok az élőlények megismerésének modelljei.

Az ötvenes években indultak meg a baktériumgenetika nagy felfedezései. Az új tulajdonságok fellépésének, kialakulásának módjait igyekeztek feltárni. A kérdés felvetése nem új, a mikrobiológia területén első megközelítés az adaptációs elmélet, a környezethez való hozzászokás volt, amit aztán zseniális kísérletek sorozata cáfolt meg.

Az antibiotikum-rezisztens mutánsoknak elsőrendű orvosi jelentőségük van. Mikor az "antibiotikum-éra" elején először észleltek antibiotikum-rezisztens törzseket, a legkézenfekvőbb feltevésnek az látszott, hogy a baktériumok "megszokták" az antibiotikumot, vagy "megtanultak" védekezni ellene - hiszen ilyennel a természetben eddig nem találkoztak.

Kísérletes bizonyítékok győzték meg a kételkedőket arról, hogy egy baktérium-populációban - a speciestől, törzstől függő mértékben - spontán antibiotikum-rezisztens mutánsok is keletkeznek.

Ha a miliőben van antibiotikum, a populáció zömét alkotó egyedek elpusztulnak vagy legalábbis megáll a szaporodásuk, a rezisztensek pedig abszolút szelektív előnnyel rendelkezve elszaporodnak, és rövidesen uralják a populációt",a törzs antibiotikum-rezisztens lesz".

Azt a tényt, hogy a mutáció független (ebben az esetben is) a környezettől (nem elhanyagolva természetesen a környezet szelektív szerepét) Lederberg bizonyította (1953) a legszemléletesebben egy szellemes technikával. A baktérium antibiotikummentes táptalajon levő tenyészetéhez hozzányomott egy fakorongra gyűrűvel kifeszített steril bársonyt.

Ezt a bársonykorongot rányomta antibiotikummentes és antibiotikumtartalmú táptalajra, pontosan azonos helyzetben. Az antibiotikumtartalmú táptalajon megkereste a növekedést mutató telepet (vagy területet), és ezt a másik lenyomaton (replikalemeznek nevezik) is ki lehetett keresni. Sűrű tenyészet esetén, többszöri tisztítással, de mindig az antibiotikummentes táptalajról kiindulva - azaz függetlenül az antibiotikum hatásától -, sikeresen izolálhatók antibiotikum-rezisztens mutánsok.

A mutációt a DNS-molekula egyetlen bázispórjában bekövetkezett változás, a nukleotidok sorrendjének vagy számának örökletes megváltozása idézi elő.

Lederberg és Tatum (1946) saját mutációs elméletüket továbbfejlesztve, az új tulajdonságok fellépésének másik mechanizmusát is bizonyították: a baktériumok "szexuális génátvitel"-ét mutatták ki. Egy ún. "donor" baktérium képes átadni új tulajdonságokat (például aminosav-szintézist) egy "recipiens" baktériumnak. Ezt az átadási módot konjugációnak nevezték el.

Fághatásra képződött, különböző alakú tarfoltok (plakkok)
Két olyan mutánst kevertek össze, amelyek különböző aminosavakat nem tudtak szintetizálni, s az eredmény a "vad" típusú törzs volt, amelyik mindkét fajta aminosavat képes volt előállítani. Kiderült, hogy a "donor" baktérium szex- vagy fertilitási (termékenységi) faktora felelős a tulajdonság átadásáért.

Az első kísérleti bizonyítékot arra vonatkozólag, hogy a DNS a genetikai információt közvetítő anyag, 1952-ben Hershey és Chase közölte. T2 fággal fertőztek egy coli-baktériumot, kétféle izotóppal jelölve a fág DNS-t és a fág proteinburkát. Kiderült, hogy a DNS jutott csak be a baktériumba, kívül maradt a protein, és a fág genetikai információját a bejutott DNS egyedül továbbította.

Konjugáló baktériumok; elektronmikroszkópos felvétel

Mit kell tudni a bakteriofágokról?

A bakteriofág az egyetlen vírusféleség, amelyik baktériumok megtámadására képes. Ez a támadás lehet végzetes a baktérium számára, azaz a bakteriofág elpusztíthatja a baktériumot, de megtörténhet, hogy megváltoztatja valamilyen tulajdonságát, s ez a változás sokszor éppen kórokozó képességgel ruházza fel a baktériumot. Ezen összefüggések indokolják, hogy ezt a vírust a baktériumok támadóképességéről szóló könyvben tárgyaljuk.

Még 80 éve sincs a bakteriofágok felfedezésének. A bakteriofágokkal, (röviden fágokkal) foglalkozó kutatások aránylag rövid idő alatt számtalan elméleti és gyakorlati természettudományos kérdés megvilágítására vagy éppen megoldására vezettek. Az elnevezés d'Herelle francia kutatótól származik (1917), bár a jelenséget már Twort angol kutató észlelte (1915) anélkül, hogy külön elnevezéssel illette volna.

A bakteriofág szó szerinti jelentése: "baktériumfaló", ez a faló tulajdonság teszi lehetővé, hogy egyszerűen tenyészthető és szabad szemmel láthatóvá válik szaporodásának eredménye.

Elegendő az egyszerű húslevest a megfelelő baktériummal beoltani, néhány óra után megfelelő hőfokon tartva a baktériumsejtek jól elszaporodnak, s a húsleves megzavarosodik. Ha most ehhez a baktériumsejteket tartalmazó zavaros húsleveshez néhány csepp megfelelő fágtartalmú húslevest adunk, néhány órai újabb várakozás után a húsleves feltisztul. Ez a húsleves sok-sok fágrészecskét tartalmaz, melyeknek megszámolása egyszerű művelet: szilárd táptalajt tartalmazó baktériumtenyészetre rácseppentünk fágot tartalmazó oldatot. A lemezen bizonyos idő múlva a szétesett, feloldódott baktériumsejtek helyén plakkok (lyukak), ún. "tarfoltok" láthatók.

A DNS a genetikai információt közvetítő anyag
Ezek a lyukak szabad szemmel jól láthatók és megszámolhatók. A lyukak száma azonos az oldatban lévő fágok számával, amit bizonyítani lehet, ha a fágoldatot elektronmikroszkóppal vizsgáljuk meg. Egy fágrészecske sematikus rajzát és elektronmikroszkópos felvételét mutatjuk be.
Egy fágrészecske (T2) sematikus rajza
A fágokat a gazdasejthez való viszonyuk alapján virulens és temperált fágokra osztják. A temperált fágok a baktériumba bejutva profággá alakulhatnak, beépülnek a baktérium kromoszómájába, kialakul a lizogén baktérium. A virulens fág a baktériumban való szaporodás után feloldja, elpusztítja a baktériumot.

Fertőzéskor a fág a farokrostok segítségével tapad a baktérium sejtfalához. A fág farokhüvely részének izomszerű összehúzódása bejuttatja a fág DNS-tartalmát a megfertőzött sejtbe. A sejtekbe jutott fág-DNS-nek tartalmaznia kell az utódfágok létrehozásához szükséges teljes genetikai információt. A bejutott fág-DNS a gazdabaktérium kromoszómájának megkettőződését (replikációját) gátolja, DNS-ének előállítását megszünteti. Megindul a fág-DNS megkettőződése, amely egymást követően többször ismétlődik, számos fágutód teljes genomja készül el, később megindul a fág fehérjéjének szintézise. A fehérjeburokba egy fággenomnak megfelelő DNS kerül. Végül a fág lizintartalma fellazítja a sejtfalat, az felreped, és a fágutódok kiszabadulnak a közegbe, hogy újabb fertőzési folyamatot kezdjenek még nem fertőzött baktériumban. A temperált fágok, mint már említettük, a baktériumban, amelybe bekerültek, profággá alakulhatnak. Ezt a tulajdonságát a baktérium utódaira is átörökíti.

A fághatás felfedezésével egyidős a gondolat, hogy a fágokat terápiás célra próbálják felhasználni. A hastífusz, dizentéria (vérhas), pestis és kolera kórokozóira specifikus fágokkal - kémcsőben elért sikeres, baktériumot feloldó eredmények alapján - széles körű kísérletek folytak betegeken a baktériumok elölése céljából, azonban ezek a kísérletek kudarcba fulladtak. Ennek magyarázata ma már könnyen érthető. Ismeretes, hogy az antibiotikumok hatástalanságát milyen gyakran okozza az antibiotikumoknak ellenálló baktériumegyedek elszaporodása. Ehhez hasonló folyamat játszódik le a szervezetben fágterápiás próbálkozásnál: megsemmisülnek a fágérzékeny baktériumok, de visszamaradnak és elszaporodnak az eredetileg is jelen lévő és kiválasztódott fágellenálló, rezisztens baktériumegyedek.

A kutatók nem adták fel a bateriofágokkal való kísérleteket, s a fágok rövidesen a genetikai kutatások legfontosabb modelljeivé váltak.

Jelentős a bakteriofágok szerepe a baktériumok evolúciójában, azaz a baktériumok új tulajdonságainak kialakításában. A bakteriofág génátvitelre képes egyik baktériumból a másikba. Ezt a bakteriofág által baktériumba történő átvitelt transzdukciónak nevezzük. Ez az átvitel úgy válik lehetővé, hogy a baktériumban szaporodó fág a donor baktérium DNS-éből "felcsíp" (pick up) egy vagy több génszakaszt és azt beépíti a recipiens baktériumba. Ha a fág-DNS a felcsípett gént beépfti a saját DNS-ébe",megfertőzve" egy baktériumot, átadja a felcsípett információt. Ez az információ nagyon veszélyes is lehet, például egy toxint nem termelő, nem kórokozó diftéria-baktérium toxintermelővé válik és súlyos megbetegedést képes előidézni.

Különösen érdekes a fágok "detektívként" való felhasználása. A rendőrségi nyomozásban használt ujjlenyomathoz hasonlóan azonosítani lehet a fertőzést okozó baktériumokat bakteriofágokkal szembeni érzékenységük alapján. Sikerült olyan fágsorozatok (típusfágok) előállítása, melyekkel járványügyi nyomozást lehet végezni. Ezt a módszert fágtipizálámak nevezzük, a módszerrel megállapítható a baktériumok fágtípusa.

Plazmidok és jelentőségük

Azt már tudjuk, miből áll egy baktériumsejt, mik az elengedhetetlen (eszszenciális) alkatrészei: sejtfal, sejthártya, citoplazma, kromoszóma (baktériumgenom). Vannak azonban a baktériumsejtben olyan elemek, amelyek nem lényegesek a baktérium fennmaradásához, szaporodásához, mégis felruházhatják a baktériumot olyan tulajdonságokkal, melyekkel támadásra alkalmassá teszik, s így veszedelmes elemnek nevezhetők. Ilyen, szaporodás szempontjából nem lényeges eleme a baktériumnak a plazmid. A plazmid DNS-ből áll, ugyanúgy, mint a bakteriofág, de attól eltérően a plazmidnak nincs fehérjeburka.

Miért veszélyesek a plazmidok? Két szempontból: először azért, mert olyan tulajdonságokkal láthatják el az eredetileg ártalmatlan baktériumokat, amelyekkel azok súlyos kórképeket idézhetnek elő. Másik szempont, hogy a plazmidok átvihetők egyik baktériumból a másikba, és így átvihetik azokat a tulajdonságokat, amelyekkel a baktérium kórokozó képessége fokozódhat vagy éppen kialakulhat.

Mik ezek a tulajdonságok? A legjelentősebb, hogy antibiotikumokkal (egyszerre akár tíz vagy több) szembeni ellenállóképességet, rezisztenciát vihetnek át a baktériumba, aminek következtében kezelhetetlenné vagy nehezen kezelhetővé válik a beteg szervezet. Megindíthatják méreganyagok, toxinok termelését, amelyekkel például ételfertőzést okozó baktériumok alakulhatnak ki. Felruházzák a baktériumot olyan képességgel, hogy meg tudjon tapadni az ember belében, húgyhólyagjában, epehólyagjában. Egyetlen "jótéteményük" e plazmidoknak, hogy azok a baktériumok, melyek nagyszámú plazmidot hordoznak, lassabban szaporodnak.

Antibiotikum-rezisztencia-plazmidot hordozó baktériumok különösen gyakoriak a kórházi betegek körében, de előfordulnak élelmiszerben, vízben, talajban is.

| genetika, akteriofág, plazmid
2007-11-27 10:30:44


A fertőtlenítő szappan nem véd a vírusok ellen

Az antibakteriális szappanok és háztartási tisztítószerek nem csökkentik a fertőzés veszélyét, egy vizsgálat során kiderült, hogy ugyanolyan gyakran lettek betegek, k...


Terjesztheti-e a fertőtlenítő kendő a baktériumokat?

Ellentmondásos a fertőtlenítő kendők használata, az egyik kutatás szerint ezek még terjeszthetik is a kórokozókat, a másik bizonyos előnyöket lát bennük.


Az ÁTNSZ hatósági vizsgálatot rendelt el a kardiológiai intézetben

Hatósági vizsgálatot rendelt el az ÁNTSZ Országos Tisztifőorvosi Hivatal a Gottsegen György Országos Kardiológiai Intézetben, mert az elmúlt napokban hárman meghaltak h...


Személyes baktérium felhő

Mindnyájan a baktériumok millióival árasztjuk el naponta környezetünket, és az egyéni jellegzetességek alapján azonosíthatók e "felhők" gazdái - erre a következteté...


Illegális bevándorlás - Elővigyázatosságra inti a lakosságot a Csongrád Megyei Kormányhivatal

A Csongrád Megyei Kormányhivatal szerint járványügyi teendő nincs, de felhívta a lakosság figyelmét arra, hogy ne gyűjtsék be a megye déli részén, a határt illegáli...


+ További hírek
+ További egészségpolitika
hirdetés
^