So sánh mô hình lac-operon và tryptophan
|
1. DI TRUYỀN VỀ TÍNH KHÁNG THUỐC Các vi khuẩn kháng thuốc được tìm thấy khắp nơi kể cả những nơi chưa bao giờ sử dụng kháng sinh. Ngay khi phát minh penicilin năm 1940, vi khuẩn kháng penicilin đã được báo cáo. Ngày nay vấn đề kháng thuốc trở thành mối bận tâm hàng đầu trong điều trị các bệnh nhiễm trùng và kháng sinh đồ là một thử nghiệm hàng ngày ở các phòng xét nghiệm vi trùng. Sự hình thành tính kháng thuốc ở vi sinh vật là do sự biến đổi gen ở nhiễm sắc thể hoặc do tiếp nhận plasmid kháng thuốc. Vi khuẩn trở nên kháng thuốc qua 4 cơ chế: đột biến, tái tổ hợp hoặc thu hoạch plasmid kháng thuốc hoặc thu hoạch transposon. Đột biến thành kháng thuốc Nhiều thí nghiệm đã chứng minh tính kháng thuốc phát sinh do đột biến, như thế tính kháng thuốc liên hệ đến sự biến đổi gen ở nhiễm sắc thể và có thể di truyền cho các thế hệ sau. Sự đột biến xảy ra với tần suất 10-5 – 10 -. Trong tính kháng thuốc, kháng sinh giữ vai trò chọn lọc chứ không phải vai trò chỉ đạo. Việc sử dụng rộng rãi kháng sinh làm phát triển nhanh chóng các vi khuẩn kháng thuốc bằng cách giết chết các vi khuẩn nhạy cảm, tạo điều kiện cho vi khuẩn kháng thuốc phát sinh do đột biến chiếm ưu thế. Sự tái tổ hợp Lúc một đột biến kháng thuốc xuất hiện ở một quần thể vi khuẩn thì vi khuẩn kháng thuốc có thể vận chuyển gen kháng thuốc đến các vi khuẩn nhạy cảm theo một trong 3 cơ chế vận chuyển di truyền: biến nạp, tải nạp và tiếp hợp tùy theo loài vi khuẩn. Sự tái tổ hợp giữa 2 vi khuẩn, mỗi vi khuẩn kháng một kháng sinh làm xuất hiện những vi khuẩn kháng với cả 2 loại kháng sinh. Trong thiên nhiên, sự vận chuyển gen kháng thuốc trong tải nạp và tiếp hợp xảy ra với một tần suất thấp khoảng 10-5. Trong biến nạp tần suất chưa được biết, nhưng có thể còn thấp hơn nữa. Thu hoạch plasmid kháng thuốc Hai cơ chế kháng thuốc trên liên quan đến gen kháng thuốc nằm ở trên nhiễm sắc thể. Ở đây tính kháng thuốc liên hệ đến plasmid nằm ngoài nhiễm sắc thể. Plasmid kháng thuốc được vận chuyển theo những cơ chế khác nhau tùy theo vi khuẩn Gram dương hoặc vi khuẩn Gram âm. Plasmid kháng thuốc ở vi khuẩn Gram âm Năm 1946 lần đầu tiên ở Nhật Bản người ta phân lập nhiều chủng Shigella kháng với nhiều kháng sinh : streptomycin, chloramphenicol, tetracyclin, sulfonamit. Nhân tố chịu trách nhiệm về tính kháng nhiều thuốc là một plasmid kháng thuốc goi là nhân tố R. Nhân tố R điển hình là một plasmid lớn với 2 phần, chức năng riêng biệt. Phần thứ nhất RTF gọi là nhân tố vận chuyển đề kháng (Resistance transfer factor), khoảng 80 kb chứa những gen của sự tự sao chép và của sự tiếp hợp. Phần kia nhỏ hơn là quyết định đề kháng (R determinant), kích thước rất thay đổi và chứa gen kháng thuốc (R genes) RTF và quyết định đề kháng thông thường tạo nên một đơn vị. Nhân tố R thường tái tổ hợp với nhau làm phát sinh những tổ hợp mới về kháng thuốc. Nhân tố R không những có thể lây truyền rộng rãi trong nhiều loài vi khuẩn đường ruột mà còn có thể lây truyền cho nhiều vi khuẩn khác như vi khuẩn tả, vi khuẩn dịch hạch... Nhân tố R lây truyền trong vi khuẩn qua tiếp xúc nên tính kháng thuốc lan tràn trong một quần thể vi khuẩn nhạy cảm như một bệnh truyền nhiễm. Plasmid kháng thuốc ở vi khuẩn Gram dương Sự đề kháng của nhiều chủng tụ cầu vàng với penicillin, erythromycin và nhiều kháng sinh cũng do plasmid gây nên. Plasmid ở vi khuẩn Gram dương không thể vận chuyển bằng tiếp hợp mà bằng tải nạp qua trung gian của phage. Hiện nay phần lớn những chủng tụ cầu kháng penicillin ở bệnh viện đều mang plasmid penicillinase. Thu hoạch transposon Transposon còn gọi là gen nhảy là những đoạn ADN, kích thước nhỏ chứa một hay nhiều gen có 2 đầu tận cùng là những chuổi nucleotic giống nhau nhưng ngược chiều nhau (inverted repeat). Có thể nhảy từ plasmid vào nhiễm sắc thể hoặc từ nhiễm sắc thể vào plasmid hoặc từ plasmid đến plasmid. Tất cả mọi gen trong đó có gen kháng thuốc có thể nằm trên transposon. Những transposon chỉ đạo sự kháng kim loại nặng, sự tạo thành độc tố và khả năng sử dụng một số chất chuyển hóa (lactose, raffinose, histidin, hợp chất lưu huỳnh) đã được mô tả. Đặc biệt quan trọng trong vi sinh học là những transposon kháng kháng sinh như Tn3 mang gen kháng ampicillin, Tn5 mang gen kháng kanamycin, Tn mang gen kháng tetracyclin, Tn4 mang gen kháng ba kháng sinh ampicillin, streptomycin và sulfamit. 7. Lac Operon, Trp Operon, Arabinose operon : 1. Lac Operon: Operon lac là một loại operon ở vi khuẩn Escherichia coli và nhiều vi khuẩn đường ruột khác, tham gia vào quá trình dị hóa đường lactose. Cơ chế điều hòa hoạt động operon lac được hai nhà khoa học người Pháp là François Jacob và Jacques Monod phát hiện và làm sáng tỏ cũng như là một ví dụ tiêu biểu cho sự điều hòa biểu hiện gen ở sinh vật nhân sơ. Xét về các cấp độ mức độ biểu hiện gen, quá trình điều hòa operon lac thuộc dạng điều hòa phiên mã trong khi xét về sự hoạt động thì operon lac thuộc dạng operon cảm ứng (tức chỉ hoạt động khi có sự cảm ứng từ yếu tố môi trường, trong tình huống này là allolactose – một dẫn xuất của lactose). Cấu trúc và chức năng của operon lac: trọng trong việc điều hòa hoạt động operon lac , đó là gen mã hóa protein ức chế lacI. lacI mã hóa protein ức chế (là một chất dị lập thể), trong điều kiện không có lactose, protein lacI sẽ bám vào operator và từ đó ức chế hoạt động của operon lac.
Cơ chế điều hòa hoạt động operon lac
Điều hòa âm tính:
Kiểm soát dương của Lac operon: Lactose operon có một phần của kiểm soát dương.
Khi mức glucose trong tế bào xuống thấp, cAMP (cyclic adenosine monophosphate), một chất truyền tin thứ hai trong việc truyền tín hiệu tế bào tích lũy lại. cAMP gắn vào vị trí allosteric của CRP hình thành một phức CRP- cAMP. operator. Vì thế tryptophan được gọi là chất đồng ức chế (corepressor). Phức hợp này bám vào yếu tố chỉ huy làm kìm hãm phiên mã của trp operon. Ngược lại, khi trong tế bào vắng mặt hay thiếu hụt các amino acid này, tự thân chất ức chế này ở trạng thái bất hoạt nên không bám được vào yếu tố chỉ huy (trp operator). Vì vậy các gene cấu trúc xảy ra sự phiên mã và kết quả là các enzyme tham gia tổng hợp tryptophan được sinh ra. Và một khi hàm lượng amio acid này được tổng hợp ở mức dư thừa sẽ tác động ngược trở lại, kìm hãm hoạt động của trp operon. Trp operon được đóng khi tryptophan gắn vào và làm bất hoạt aporepressor. Phức hợp tryptophan-repressor gắn vào operator và ngăn chặn quá trình phiên mã khi mức tryptophan cao. Nếu mức tryptophan sụt giảm ,phức hợp trp-repressor sẽ tách khỏi operator. Khái quát về cấu trúc chung của Operon trp:
polymerase trượt qua vùng này thì các trình tự trong leader sẽ hình thành liên kết hydro với nhau, tạo nên cấu trúc "cặp tóc" - tín hiệu kết thúc phiên mã ở sinh vật nhân sơ, làm RNA polymerase dừng lại quá trình phiên mã trượt khhi trượt qua các gen cấu trúc. Trong tình huống môi trường không có tryptophan, thì các trình tự ấy không thể hình thành cấu trúc kẹp tóc, do đó RNA polymerase vẫn tiếp tục phiên mã các gen cấu trúc.
Trp Operon - Điều hòa giảm bớt (Attenuation):
Một số Operon điều hòa giảm bớt:
PLASMID LÀ CÁC VECTOR TẠO DÒNG
Câu 10: Northern vs Southern vs Western Blotting Loại phân tử được phát hiện Northern Blotting Northern blotting phát hiện một chuỗi RNA cụ thể từ một mẫu RNA. Southern Blotting Southern blotting phát hiện một chuỗi DNA cụ thể từ một mẫu DNA. Loại gel Northern Blotting Điều này sử dụng gel Agarose / formaldehyde. Southern Blotting Điều này sử dụng gel Agarose. Phương pháp thấm Northern Blotting Đây là một sự chuyển giao mao mạch. Southern Blotting Đây là một sự chuyển giao mao mạch. Đầu dò được sử dụng Northern Blotting cDNA hoặc đầu dò RNA được đánh dấu phóng xạ hoặc không phóng xạ. Southern Blotting Các đầu dò DNA được đánh dấu phóng xạ hoặc không phóng xạ. Hệ thống phát hiện Northern Blotting Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng chữ ký hoặc phát hiện ánh sáng hoặc sự thay đổi màu sắc. Southern Blotting Điều này được thực hiện bằng máy chụp ảnh tự động, phát hiện ánh sáng hoặc sự thay đổi màu sắc. Tóm tắt – Northern vs Southern vs Western Blotting Blotting là một kỹ thuật đặc biệt quan trọng được tăng trưởng để xác lập DNA, RNA hoặc protein đơn cử từ những mẫu. Có ba tiến trình thấm riêng không liên quan gì đến nhau, đó là phía bắc, phía nam và phía tây, để phát hiện một loại phân tử đơn cử. Kỹ thuật Northern blotting được phong cách thiết kế để phát hiện một chuỗi RNA đơn cử từ hỗn hợp RNA. Kỹ thuật Southern blotting được cho phép phát hiện một chuỗi DNA đơn cử từ một mẫu DNA và kỹ thuật Western blotting được tăng trưởng để xác lập một protein đơn cử từ hỗn hợp protein. |
