Pobierz Mikrobiologia ogólna wykłady i więcej Notatki w PDF z Mikrobiologia tylko na Docsity!
Mikrobiologia ogólna 03.10.2018r. Mikrobiologia - nauka zajmująca się badaniem drobnoustrojów. Nauka zajmuje się cechami morfologicznymi, właściwościami biochemicznymi, rolą w środowisku naturalnym. Drobnoustroje stanowią odmienną pod względem przynależności taksonomicznej, wielkości i budowy grupę organizmów. Bakterie - najliczniejsza, zróżnicowana pod względem budowy i właściwości. Rozmiary 1-10μm. Dopiero wynalezienie mikroskopu świetlnego umożliwiło zobaczenie i bliższe poznanie bakterii. MIKROBIOLOGIA PROKARIOTA EUKARIOTA WIRUSY
- bakterie - grzyby
- archeony - glony
- pierwotniaki Bakteriologia - nauka zajmująca się budową, sposobem życia i znaczeniem bakterii.
BAKTERIE
✔ jedna z 3 domen organizmów żywych ✔ grupa mikroorganizmów tworząca odrębne królestwo ✔ organizmy jednokomórkowe zaliczane do prokariotów. Cechy charakterystyczne:
- jednokomórkowe
- niewielkie rozmiary
- brak organelli komórkowych otoczonych błoną(jądra, mitochondria), które znajdują się w komórkach eukariotycznych. Bakterie różnią się:
- kształtem
- wielkością
- strukturą
- aktywnością metaboliczną
- rodzajem pobieranego pokarmu
- formą wykorzystywania energii
- koniecznymi dla wzrostu warunkami fizycznymi
- sposobem barwienia się Materiał genetyczny u bakterii znajduje się w cytoplazmie. Bakterie właściwie stanowią główną grupę prokariotycznych drobnoustrojów jednokomórkowych. Cechuje je różnorodność fizjologiczna i plastyczność, zdolność do szybkiego wzrostu i metabolizmu. Trzy formy kształtów bakterii:
- kulistej, ziarniaki(coccos)
- cylindrycznej, laseczki(becillus)
- spiralnej, śrubowce(Spirillum)
- krętki(Spirochaeta)
Organizm Prokariotyczne Eukariotyczne makroorganizmy zwierzęta, rośliny archeony glony mikroorganizmy bakterie grzyby, pierwotniaki Większość bakterii, archeonów i pierwotniaków to organizmy jednokomórkowe, u tych które są wielokomórkowe to komórki z których są zbudowane nie różnią się zbytnio od siebie. Wirusy niezdolne do samodzielnego bytowania są po prostu materiałem genetycznym. Organizm to forma życia zdolna do:
- wzrostu
- metabolizmu
- ruchu
- rozmnażania
- reagowania na bodźce środowiskowe Wirusy się namnażają. Klasyfikacja wykorzystywana jest do badania zależności między różnymi grupami bakterii na
10.10.2018r.
Archeony
Domena archaea- archeabakterie: ◦ gromada Crenarchaeota ◦ gromada Euryaarchaeota ◦ gromada Korarchaeota ◦ gromada Nanoarchaeota Pod względem ogólnej budowy archeony przypominają bakterie ale charakteryzują się unikalną strukturą ściany komórkowej oraz błony cytoplazmatycznej. Większość archeonów należy do grupy drobnoustrojów żywych ale niedających się hodować na podłożach sztucznych (viable but noncolturable VBNC ). Większość archeonów pozyskuje energię w warunkach beztlenowych z przetwarzania prostych związków nieorganicznych lub organicznych. Niektóre z Archaea są zdolne do syntezy metanu. Archeony mogą żyć w warunkach ekstremalnych. Stanowią typową mikroflorę gleby, oceanów itp. Inne archeony są typowymi psychrofilami i psychrotrofami żyjącymi w wodach lub glebie w temperaturach zbliżonych do 0 °C. Wśród archeonów zajdują się organizmy halofilne , rozwijąjące się w miejscach i wyjątkowo dużym zasoleniu, a także żyjące w środowiskach o ekstremalnie niskim ( acidofile ) lub wysokim pH ( alkalofile ). Archeony metanogenne - zamieszkują w osadach dennych zbiorników wodnych, na bagnach, torfowiskach lub kopalniach. Są składnikiem mikrobiomu wielu zwierząt i człowieka. Metanogeny kolonizują szczególnie przewód pokarmowy, w tym jelito grube. Komórki archeonów mają kształt: ◦ kulisty(ziarniaki) ◦ cylindryczny(pałeczki) ◦ spiralny lub nieregularny Mogą one występować osobno lub tworzyć ugrupowania. Niektóre archeony budują wyjątkowo dużę nitkowate skupiska. Komórki niektórych archeonów są pleamorficzne z powodu braku ściany komórkowej.
Ściana komórkowa archeonów ma unikalną budowę, całkowicie odmienną od budowy
ściany komórkowej u bakterii. Nie zawiera bowiem peptydoglikanu (mureiny) a jej sztywność i stabilność jest uwarunkowana obecnością innych polimerów (pseudomureiny). Niektóre archeony nie mają ściany komórkowej. Zdecydowanie większość archeonów ma powierzchniową warstwę S o grubości 5-25 nm, która otacza komórkę, chroni ją przed niekorzystnymi zmianami w środowisku oraz pomaga zachować kształt. U archeonów niemających ściany komórkowej warstwa S stanowi jedyną warstwę ochronną komórki. W większośći przypadków warstwa S jest połączona z błoną komórkową ale u niektórych archeonów warsta S jest związana polisacharydami. Warstwa S jest zbudowana podobnie jak u niektórych bakterii z białek lub glikoprotein. W błonie komórkowej niektórych archeonów halofilnych znajdują się związki o barwie fioletowej, czerwonej lub purpurowej. W błonie cytoplazmatycznej znajduje się głównie barwnik czerwony z grup karotenoidów- bakterioruberyna, barwnik purpurowy- bakteriorodopsyna. Wiele drobnoustrojów z domeny archea ma zewnątrzkomórkowe organella ruchu, które
nazwano archaellami. Mają one budowę odmienną od wici oraz rzęsek. Strukturą zewnątrzkomórkową są również haczyki nazywane „hami”. Obecność takich organelli opisano u archeonów żyjących w zimnych siarkowych mokradłach. Są to białkowe wypustki wyglądem przypominające drut kolczasty. Koniule - puste rurki zbudowane z trzech glikoprotein. Struktury te są odporne na działanie wysokich temperatur i środków denaturujących. Rola kaniul nie jest dobrze poznana, przypuszcza się, że służą one do odżywiania lub przekazywania materiału genetycznego między poszczególnymi komórkami. Niektóre substancje są zdolne do syntezy substancji przeciwdrobnoustrojowych nazywanych archeocynami.
Bakterie
Bakterie należą do najprostszych organizmów jednokomórkowych mających sztywną ścianę komórkową. Mają małe rozmiary czego konsekwencją jest ich prosta budowa oraz duży stosunek powierzchni do objętości. Efektem tego jest ścisłe powiązanie bakterii ze środowiskiem i ich szybkim metabolizmem. Bakterie mogą przyjmować kształty: ▪ kulisty ▪ cylindryczny prosty ▪ cylindryczny skręcony Kształt cylindryczny prosty jest charakterystyczn dla pałeczek, laseczek tlenowych i laseczek beztlenowych. Pałeczki i laseczki mają prawie identyczny kształt. Laseczki mają zdolność wytwarzanie endospor, które są oporne na niekorzystne warunki otoczenia, służą do przetrwania. W komórce laseczki tworzy się tylko jeden przetrwalnik. Laseczki tlenowe tworzą przetrwalniki o średnicy nie przekraczającej szerokości komórki wegetatywnej. Laseczki beztlenowe tworzą przetrwalniki o średnicy przekraczającej szerokość komórki, co powoduje charakterystyczne jej rozdęcie w miejscu obecności przetrwalnika. Liczne bakterie są zdolne do tworzenia tzw. formy L , która powstaje głównie w warunkach braku pokarmu lub obecności egzogennych substancji toksycznych, przeciwciał, antybiotyków lub bakteriofagów. Formy L nie mają ścian komórkowych, ale mimo tego są zdolne do wzrostu i rozmnażania. Tworzą się na skutek zakłóceń w formowaniu ściany komórkowej. Charakteryzują się pleomorfizmem kształtu, jednocześnie występują komórki rozdęte, pośrednie i ciałka elementarne. Formy L bakterii tworzą kolonie stabilne oraz niestabilne. W tych ostatnich kształty bakterii powracają z czasem do postaci macierzystej. Mechanizm powstania formy L i ich rewersji jest niewyjaśniony.
BUDOWA KOMÓRKI BAKTERYJNEJ
fimbrie pospolite i fimbrie płciowe. Fimbrie pospolite mają kształt rurek. U bakterii chorobotwórczych ułatwiają one adhezję(przywieranie) do komórek zwierzęcych. Fimbrie płciowe(pilusy), różniące się od pospolitych głównie długością, odgrywają istotną rolę w procesach paraseksualnych bakterii. Aktywnie uczestniczą w procesie koniugacji. Mikrobiologia ogólna 24.10.2018r.
Wzrost mikroorganizmów
Przeżywalność, szybkość wzrostu oraz aktywność metaboliczna drobnoustrojów są uwarunkowane zarówno ich budową i fizjologią, jak i działaniem różnorodnych czynników środowiskowych. Efekty oddziaływań są zależne od ich rodzaju i natężenia a także od właściwości organizmu na który wpływają. Mikroorganizmy reagują w różny sposób na określone czynniki środowiskowe, jego działanie, bójcze dla jednego gatunku, może być korzystne dla drugiego. Głównymi czynnikami wpływającymi na wzrost drobnoustrojów są : ◦ temperatura ◦ stężenie jonów wodorowych(pH) w środowisku ◦ potencjał oksydoredukcyjny(Eh) ◦ aktywność wody w środowisku ◦ ciśnienie hydrostatyczne TEMPERTURA Temperatura jest jednym z najważniejszych czynników środowiskowych warunkujących procesy życiowe drobnoustrojów. Działa na organizmy bezpośrednio wpływając na: ◦ szybkość wzrostu ◦ aktywność enzymów ◦ skład chemiczny komórki ◦ wymagania pokarmowe Działa na organizmy pośrednio poprzez: ◦ regulację rozpuszczalności cząsteczek zw. wewnątrzkomórkowych ◦ transport jonów ◦ dyfuzję substancji chemicznych ◦ zmianę właściwości osmotycznych błon komórkowych Funkcje życiowe drobnoustrojów mogą przebiegać w zakresie temperatur od -23 do 121. Jest to zakres bardzo szeroki, obejmujący znane drobnoustroje, jednak żaden z gatunków nie jest zdolny do wzrostu w całym podanym przedziale temperatur. Najniższą znaną temperaturą w której stwierdzono wzrost drobnoustrojów jest -23. W temperaturze tej w silnie zasolonych zbiornikach wodnych na Antarktydzie odnotowano wzrost bakterii oraz grzybów. Temperatura 121 jest maksymalną temperaturą wzrostu hipertermogilnego archeona, oznakowanego jako szczep 121. Każdy gatunek drobnoustrojów charakteryzuje się trzema kardynalnymi temperaturami rozwoju: minimalną, optymalną i maksymalną. W temperaturze optymalnej drobnoustroje rozmnażają się najszybciej czas trwania jednej generacji jest najkrótszy. Powyżej temperatury maksymalnej oraz poniżej temperatury minimalnej wzrost
mikroorganizmu jest niemożliwy. Wraz ze wzrostem temperatury powyżej temperatury minimalnej szybkość większości reakcji enzymatycznych jest coraz większa i osiąga maksymalną wartość w temperaturze optymalnej. Przy dalszym podniesieniu temperatury, powyżej wartości optymalnej, wzrost i rozmnażanie ulegają zahamowaniu. Wartość optymalnej temperatury wzrostu jest bardziej zbliżona do temperatury maksymalnej niż minimalnej. Różnica między temperaturą optymalną a maksymalną dla większości drobnoustrojów waha się pomiędzy 2 a 24(średnio 9,4), natomiast pomiędzy temperaturą optymalną a minimalną od 10 do 38(średnio 22,9).
Wzrost M.O.- czas jednej generacji
Bakterie namnażają się przez podział, wyniku którego powstają dwie komórki potomne. Krzywa rozwoju hodowli bakteryjnej przebiega tylko częściowo zgodnie z krzywą logarytmiczną. Bezpośrednio po wysianiu obserwowany jest okres zahamowania wzrostu i rozmnażana, kolejno następuje intensywny wzrost komórek, któremu towarzyszą rzadkie podziały. Po tym okresie bakterie zaczynają się intensywnie dzielić. Gdy za wykładnik wzrostu przyjmuje się ilość żywych bakterii, wtedy krzywa obejmująca zależność ilości bakterii od wieku hodowli.
Faza zastoju
Faza ta obejmuje okres od momentu zaszczepienia do momentu ustalenia maksymalnej szybkości podziałów. Czas trwania fazy zastoju zależy od „historii” hodowli użytej jako inoculum, jej wieku oraz składu i stopnia dopasowania nowej pożywki. Jeżeli inoculum pochodzi ze starej hodowli np. z fazy stacjonarnej, komórki będą zmuszone do syntezowania RNA.
Faza logarytmiczna
Charakteryzuje się stałym minimalny czasem generacji. Czas generacji w tej fazie jest wielkością swoistą dla danego gatunku bakterii i warunków hodowli dzieli się co 15-30 min. Dla innych bakterii czas generacji może być dłuższy np. 60-150 min.
Faza stacjonarna
Zaczyna się, gdy drobnoustroje nie mogą się już reprodukować, ponieważ szybkość wzrostu zależy, obok innych czynników, także od stężenia substratu, które maleje podczas hodowli, szybkość wzrostu hodowli zaczyna się zmniejszać nawet przed całkowitym wyczerpaniem substratu. Przejście od fazy logarytmicznej do stacjonarnej jest zazwyczaj stopniowe. Poza ograniczeniem ilości substratu, także czynniki, takie jak duża gęstość populacji, niskie ciśnienie parcjalne tlenu. Tylko bardzo wrażliwe komórki zamierają natychmiast. Na ogół jeśli energia niezbędna do podtrzymywania procesów komórkowych jest dostarczana dzięki wykorzystywaniu materiałów
wzrostu w zależności od gatunku mieści się w zakresie od 20 do 45oC
- w obrębie tej grupy występują zarówno organizmy saprofityczne jak i patogenne
- wśród mezofili znajduje się większość gatunków chorobotwórczych dla człowieka, w tym również bakterie zdolne do wywoływania Termofile i hipertermofile
- drobnoustroje odznaczające się wysoką, optymalną temperaturą wzrostu
- do termofilii zaliczamy bakterie o optymalnej temperaturze wzrostu wyżej 60oC
- wzrost tych drobnoustrojów w wysokich temperaturach jest uwarunkowany opornością ich białek enzymatycznych i strukturalnych na denaturację termiczną stwierdzono, że składniki komórkowe termofili wrażliwe na działanie podwyższonych temperatur wykazują właściwość przyśpieszonej resyntezy. Mikrobiologia ogólna, 07.11. Wzrost mikroorganizmów
- Okres między dwoma kolejnymi podziałami komórkowymi nazywamy czasem generacji , lub czasem podwojenia
- Aby komórki mogły się dzielić szybciej, replikacja DNA rozpoczyna się w jednym cyklu i kończy w drugim. W chwili podziału komórkowego trwa już replikacja DNA dla komórek następnego pokolenia. W tym samym czasie w komórce może się nakładać kilka cykli komórkowych. Wielokrotna inicjacja replikacji bez podziału komórki wskazuje, że u bakterii regulacja obu procesów jest niezależna.
- Bakterie mogą rozmnażać się nie tylko przez podział, ale także przez: ◦ pączkowanie ( Spirillum serpens ) ◦ fragmentację ( nitkowate bakterie Brggiatoa ) ◦ tworzenie zarodników konidialnych (promieniowce Streptomyces ) ◦ tworzenie specjalnych komórek służących do rozmnażania ◦ tworzenie komórek potomnych na cienkich wypustkach cytoplazmatycznych komórki macierzystej ◦ podział ciałek elementarnych lub rozpad ciał olbrzymich 2. Do istotnych czynników wpływających na wzrost drobnoustrojów należy, oprócz temperatury, stężenie jonów wodorowych środowiska wyrażone wartością pH.
- każdy drobnoustrój jest zdolny do spełniania swoistych funkcji życiowych tylko w określonym zakresie wartości pH środowiska ◦ przedział pH, w którym może się rozwijać, wyznacza wartości minimalną i maksymalną, natomiast pH, przy której szybkość wzrostu jest najwyższa, nazywamy optymalną ◦ część drobnoustrojów wykazuje dużą wrażliwość na zmiany stężenia jonów wodorowych i rozwija się w dość wąskim zakresie pH, natomiast inne, np. grzyby strzępkowe, są stosunkowo mało wrażliwe i dla większości z nich wzrost obserwujemy przy wartościach pH od około 2,0 do 9, ▪ drobnoustroje odznaczające się optymalnym wzrostem w środowisku pH bliskim obojętnemu (pH 6,0 – 7,5) zaliczamy do neutrofili ▪ do acydofili zaliczamy mikroorganizmy rosnące przy niskiej wartości pH (pH <4,0), ich optymalny wzrost obserwujemy zwykle przy wartości pH od 2,0 do 5,0. Do typowych przedstawicieli mikroflory acydofilnej zaliczamy m.in. bakterie fermentacji mlekowej, bakterie octowe. ▪ mikroorganizmy, których wzrost występuje w środowiskach alkalicznych o pH>9,0 o optymalnej dla wzrostu wartości pH od 8,0 do 11,0 zaliczamy do alkalofili. Zalicza się do nich bakterie nitryfikacyjne, wolno żyjące asymilatory azotu, promieniowce. ◦ wartość pH optymalne dla większości bakterii mieszczą się w pobliżu przedziału
obojętnego ◦ drobnoustroje mogą występować w środowiskach o dużej rozpiętości pH, nie oznacza to jednak, że stężenie jonów wodorowych w komórkach jest identyczne z pH środowiska ◦ wewnątrz komórek utrzymuje się ono zazwyczaj na poziomie bliskim obojętnemu, co zapobiega rozkładowi substancji komórkowych wrażliwych na działanie kwasów i zasad. ◦ W środowisku kwaśnym utrzymanie wewnątrzkomórkowego pH na poziomie bliskim obojętnemu jest możliwe albo dzięki nieprzepuszczaniu jonów H+^ do wnętrza komórek, bądź też w wyniku natychmiastowego wydalania z komórek. Nadmierne stężenie jonów H+^ lub OH-^ w komórkach hamuje przebieg różnych przemian metabolicznych. Jon OH- hamuje syntezę białka i aktywność oddechową komórek. Oddziaływanie odczynu środowiska na komórki drobnoustrojów ma również charakter pośredni, bowiem decyduje o stopniu dysocjacji słabych zasad i kwasów wchodzących w skład pożywek hodowlanych. Formy niezdysocjowane łatwiej mogą przenikać do komórek i wykazują silne działanie toksyczne.
- Potencjał oksydoredukcyjny danego układu określa jego zdolność do oddawania elektronów lub do ich przyjmowania. Wartość potencjału oksydoredukcyjnego środowiska jest czynnikiem warunkującym wzrost mikroorganizmów. Jego wartość może się wahać w szerokim zakresie, co wiąże się ze zmianami w dostępie tlenu oraz działalnością mikroorganizmów.
- Środowiska, w których dostęp tlenu jest swobodny, odznaczają się wysokim potencjałem oksydoredukcyjnym, natomiast przy ograniczonym dostępie tlenu jego wartość jest niska. Drobnoustroje zużywające tlen w procesach metabolicznych obniżają wartość potencjału oksydoredukcyjnego. Pod względem zapotrzebowani na tlen drobnoustroje dzielimy na: ◦ bezwzględne beztlenowce – rosnące w nieobecności tlenu przy obniżeniu potencjału oksydoredukcyjnego. Nie posiadają enzymów katalazy, peroksydazy, czy dysmutazy rozkładających toksyczne połączenia połączenia tlenu. Uzyskują energię na drodze fermentacji lub oddychania beztlenowego. W procesach fermentacji rolę akceptorów wodoru pełnią związki organiczne, natomiast w oddychaniu beztlenowym akceptorami wodoru są głównie związki nieorganiczne, np. azotany (V), siarczany. Występowanie tych drobnoustrojów stwierdzono w środowiskach o niskim potencjale oksydoredukcyjnym. Zaliczamy do nich osady, muły denne zbiorników wodnych rzek, podziemne wody i źródła bagna, podmokłe gleby. ◦ względne beztlenowce – rosnące zarówno w obecności, jaki i przy braku tlenu, zarówno przy obniżonym (wartości ujemne) potencjale oksydoredukcyjnym, jak przy jego dodatnich wartościach. Do względnych beztlenowców należy wiele różnorodnych gatunków bakterii, grzybów i pierwotniaków. Można wyróżnić 2 typy: ▪ drobnoustroje, mogące rosnąć w obecności tlenu , uzyskujące energię na drodze fermentacji ▪ drobnoustroje, dla których obecność tlenu może być korzystna , jednak to nie wyklucza możliwości ich rozwoju. Uzyskują one energie zarówno na drodze fermentacji jaki i oddychania zależnie od warunków wzrostu. ◦ tlenowce – rosnące tylko w obecności tlenu. Grupa ta obejmuje drobnoustroje, dla których obecność tlenu jest niezbędna do wzrostu. Do tlenowców zalicza się wiele gatunków bakterii i drożdży oraz większość grzybów strzępkowych. Wśród bakterii występują chemolitotrofy. 4. Aktywność wody Zycie mikroorganizmów jest możliwe tylko w obecności wody. Ich funkcje życiowe są uzależnione nie tylko od procentowej zawartości wody w środowisku, ale również od stężenia związków chemicznych.
- Do określenia zapotrzebowania na wodę drobnoustrojów przyjęto termin aktywność wody w środowisku (aw). Czysta chemicznie woda ma aktywność wody równą: 1; ze wzrostem stężenia związków rozpuszczalnych aktywność wody maleje poniżej tej wartości. Aktywność wody, przy której szybkość wzrostu drobnoustrojów jest
z – temperatura d – czas MIKROBIOLOGIA, 14.11. Procesy paraseksualne
- Wymiana materiału genetycznego przenoszenie materiału genetycznego z jednej komórki bakterii do drugiej występuje często spontanicznie lub jest indukowane i może zachodzić w wyniku kilku procesów:
- transformacji
- transdukcji
- koniugacji Przyjmuje się, że są one prymitywnymi procesami płciowymi bakterii zastępującymi pełen cykl płciowy związany ze zamianą fazy haploidalnej (1n) i diploidalnej (2n). Naturalne komórki w fazie rozwoju wegetatywnego zawsze są haploidalne (zawierają pojedynczy komplet informacji genetycznej), a zamiany materiału genetycznego zachodzą łatwo i są źródłem ogromnej zmienności bakterii, wyrażającej się powstaniem nowych cech, np.: uzyskanie lub wzrost zjadliwości, uzyskanie zwiększonej odporności na antybiotyki czy zdolności fermentowania nowego substratu.
- Transformacja Transformacja naturalna jest wynikiem pobrania wolnego DNA z otaczającego nas środowiska i włączenia go do genomu biorcy. Często wolny DNA pochodzi z martwych (rozpadających się) lub uszkodzonych komórek dawcy. Transformacja zaindukowana (sztucznie wytworzona) jest rozumiana jako wprowadzenie do komórek biorcy materiału genetycznego wyizolowanego uprzednio z komórek dawcy. Pobieranie DNA przez komórki eukariotyczne jest nazywane transfekcją. Zdolność bakterii do pobierania DNA wiąże się z rozwojem kompetencji komórki biorcy (zdolność do akceptacji), czyli stanem, w którym na powierzchni komórki bakterii są obecne receptory DNA, a także są wytwarzane białka specyficzne dla procesu transformacji. Stan kompetencji może również wynikać z uszkodzenia błony komórkowej bakterii i zależy od warunków wzrostu, które regulują produkcję białek specyficznych dla transformacji. Bakterie nietworzące czynnika kompetencji nie ulegają transformacji. Większość bakterii jest zdolna do pobierania i transferu DNA. Niektóre jednak wymagają obecności specyficznych sekwencji w pobieranym DNA. Wiązany DNA jest z reguły dwuniciowy (ds), ale podczas wnikania do komórki jedna nić jest najczęściej degradowana i dsDNA jest przekształcany w ssDNA (jednoniciowy). Po wniknięciu do komórki, w wyniku rekombinacji, pobrany DNA jest integrowany z nukleoidem bakterii. Zmiana uzyskiwana w wyniku transformacji jest trwała, tzn. przekazywana potomstwu. Transformacja zależy głównie między szczepami jednego gatunku, rzadko między gatunkami, nigdy między rodzajami. Wydajność transformacji zależy od stężenia DNA i kompetencji komórki biorcy. W hodowli stan kompetencji może wystąpić tylko u części komórek bakteryjnych. Bakterie, zdolne do transformacji naturalnej: Bacillus, Haemophillus, Neisseria, Sterptococcus) u gatunków niezdolnych do transformacji naturalnej, może ona być zaindukowana chemicznie, roztworem CaCl użytym w warunkach obniżonej temperatury. Nośnikami genów transformacji zaindukowanej są plazmidy. Przez transformację przenosi się takie cechy, jak zdolność tworzenia otoczki, odporność na antybiotyki, zdolność fermentowania, syntezy aminokwasów i witamin. 3. Koniugacja Koniugacja polega na przekazywaniu materiału genetycznego przez kontakt fizyczny, z udziałem plazmidów.
Występuje rzadko. Dwie odpowiadające sobie komórki bakterii, tj. komórka płodna, zawierająca plazmid koniugacyjny (F+) i komórka bez tego plazmidu (F-) łączą się okresowo wąskim mostkiem cytoplazmatycznym i DNA przemieszcza się z komórki dawcy, do komórki biorcy. Plazmid koniugacyjny F przechodzi z komórki F+ do komórki F-. Komórki F+ nie koniugują z samymi F+ ze względu na tzw. wykluczenie powierzchniowe, które jest uwarunkowane obecnością 2 białek w błonie zewnętrznej komórek F+. Plazmid koniugacyjny F jest duży i występuje w komórce w jednej lub dwóch kopiach. Może występować w 2 stanach:
- autonomicznym – niezależnym od genoforu bakterii
- zintegrowanym z chromosomem bakterii DNA przekazywany w czasie koniugacji jest jednoniciowy. Transfer odbywa się po nacięciu nici DNA plazmidu w miejscu nazywanym oriT (początek transferu), Przekazywanie całego chromosomu E.coli trwa ok. 100 minut, w praktyce jednak trwa to krócej i zazwyczaj zostaje przekazana tylko część DNA. 4. Transdukcja zachodzi z udziałem bakteriofagów i polega na przeniesieniu DNA z jednej komórki bakteryjnej (dawcy) do innej komórki (biorcy). DNA między bakteriami jest przekazywane dzięki bakteriofagom. Transdukcja ogólna – polega na przeniesieniu przez faga dowolnych genów zlokalizowanych w przypadkowym miejscu w genomie bakterii do komórki biorcy. DNA dawcy nie replikuje się w komórce biorcy. Może on przetrwać tylko wówczas, gdy przez rekombinację zostaje włączony do chromosomu biorcy. Kiedy dawca i biorca mają genotypy znaczne różniące się, wtedy transdukcja ogólna powoduje poważne zmiany genetyczne prowadzące do zmian fenotypowych biorcy. Transdukcja ograniczona (specyficzna) polega na przenoszeniu określonych genów bakteryjnych. Występuje rzadko. Fagonowe DNA po włączeniu do genoforu bakterii zostaje unieczynnione przez specjalną substancję białkową zwaną represorem. Komórki rozwijają się normalnie. Ich metabolizm nie ulega zmianie. W czasie rozmrażania powstają komórki potomne zawierające własny genofor i DNA fagowe.
- Transfekcja polega na wprowadzeniu obcego DNA do kompetentnych komórek biorcy, które muszą być zdolne do akceptacji wysoko cząsteczkowego DNA.
