МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УЛЬЯНОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ФАКУЛЬТЕТ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ

Кафедра микробиологии, вирусологии, эпизоотологии и ветеринарно-санитарной экспертизы

УТВЕРЖДАЮ

Проректор по учебной работе, доцент Декан факультета, профессор М.В. Постнова С.Н. Золотухин «15» сентября 2009 г. «15» сентября 2009 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ ГЕНЕТИКА МИКРООРГАНИЗМОВ

ДЛЯ СТУДЕНТОВ ФАКУЛЬТЕТА ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ

ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ 02.02.09.65 «МИКРОБИОЛОГИЯ»

ОЧНАЯ ФОРМА ОБУЧЕНИЯ ОЧНО-ЗАОЧНАЯ ФОРМА ОБУЧЕНИЯ

Курс………………………………………… Курс………………………………………… 4 Семестр…………………………………….. Семестр……………………………………..

8 Лекции……………………………………... Лекции……………………………………...

8 Лабораторно-практические занятия……... Лабораторно-практические занятия……...

8 Самостоятельная работа………………….. Самостоятельная работа…………………..

14 Общая трудоемкость дисциплины……….. Общая трудоемкость дисциплины………..

30 Ульяновск –

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ ГЕНЕТИКА МИКРООРГАНИЗМОВ

для студентов факультета ветеринарной медицины по специальности 02.02.09.65 «Микробиология»

Цели и задачи дисциплины Цель данной дисциплины – подготовить специалиста, будущего микробиолога, владеющего теоретическими знаниями о законах наследственности и изменчивости, способах передачи генетической информации у микроорганизмов, а также прикладные аспекты селекционной работы с микроорганизмами, методами генетического конструирования микроорганизмов для использования в качестве промышленных штаммов.

Осуществление поставленной цели предусматривает решение ряда задач:

1. Изучить особенности микроорганизмов как объектов генетических исследований;

2. Изучить организацию генетического аппарата и жизненные циклы микроорганизмов;

3. Изучить мутации у микроорганизмов;

4. Изучить хромосомные признаки эукариотических микроорганизмов;

5. Изучить формы переноса генетического материала и генетическое картирование у бактерий;

6. Изучить рекомбинацию и генетический анализ у бактериофагов;

7. Изучить процесс слияния протопластов у микроорганизмов;

8. Изучить внехромосомные генетические системы;

9. Изучить мигрирующие генетические элементы микроорганизмов;

10.Изучить генетические аспекты селекции микроорганизмов Согласно требованиям квалификационной характеристики студенты должны знать:

строение клетки и организация генетического аппарата прокариот и эукариот;

жизненные циклы классических объектов генетических исследований;

особенности мутагенеза;

перенос генетической информации у различных групп микроорганизмов;

особенности селекционной работы с микроорганизмами.

Лекции (темы) по генетике микроорганизмов (очная и очно-заочная форма обучения) РекоменКол-во Форма Название и краткое содержание темы ТСО дуемая п/п часов контроля литература Введение Место генетики микроорганизмов в системе генетических дисциплин. Вклад этой отрасли генетики в общую систему генетических знаний. Особенности микроорганизмов, как объекта генетических исследований.

Организация генетического аппарата и жизненные циклы микроорганизмов Эукариоты. Жизненные циклы классических объектов Мультимедио Опрос на 1, 4, генетических исследований: грибов (дрожжей, аспергиллов, 1 презентация ЛПЗ 9, нейроспоры) и зеленых водорослей (хламидомонады).

Прокариоты. Строение клетки и организация генетического аппарата. Организация генов в хромосоме. Линейные хромосомы бактерий. Особенности организации клеток и жизненный цикл актиномицетов. Бактериофаги.

Вирулентные бактериофаги. Их строение и жизненный цикл на примере Т-четных бактериофагов. Умеренные бактериофаги (на примере бактериофага ).

Мутации микроорганизмов Эволюция взглядов на изменчивость микроорганизмов.

выделения используемые в генетических исследованиях.

Мутации грибов, водорослей и бактерий. Мутации бактериофагов. Обратные мутации. Различия в частотах разных типов мутаций и их причины. Понятие о мутационных системах и мутационном анализе.

Популяционная изменчивость бактерий. Популяционные изменения в относительно постоянных и меняющихся условиях среды: на твердых и в жидких средах.

Популяционное давление и факторы, влияющие на скорость популяционных изменений. Популяционные изменения патогенных бактерий in vivo.

Гибридологический анализ хромосомных признаков у эукариотических микроорганизмов Анализ мейотического расщепления (на примере грибов).

Методы получения гибридов и отбора рекомбинантов.

Генетический анализ при изучении случайной выборки спор. Тетрадный анализ при неупорядоченных и упорядоченных тетрадах. Анализ закономерностей дигибридном скрещиваниях, анализ сцепленного расстояний на генетической карте при тетрадном анализе. презентация ЛПЗ 5, Конверсия гена.

Анализ митотического расщепления (на примере мицелиальных грибов). Парасексуальный цикл и его этапы.

Гетерокариозис у грибов. Лабораторные методы получения гетерокарионов, их свойства. Гетерозиготные диплоиды, метод их получения, свойства. Митотическое расщепление гетерозиготных диплоидов и его механизмы. Методы картирования при митотическом анализе на примере аспергиллов. Митотические карты. Парасексуальный цикл.

Формы переноса генетического материала и генетическое картирование у бактерий Трансформация. Природа трансформирующего фактора.

Особенности переноса генетического материала при трансформации. Генетическое картирование.

грамотрицательных бактерий. Спонтанная трансформация.

Трансфекция. Лизогения и трансдукция. Явление лизогении: лизогенные бактерии и их свойства, иммунитет.

Профаг, его функции в клетке, механизм интеграции в хромосому и исключение.

Специфическая трансдукция: ее особенности и механизмы.

Использование специфической трансдукции при генетическом анализе у бактерий. Общая трансдукция: ее Мультимедио Опрос на 1, 4, особенности и механизмы. Возможности генетического картирования при неспецифической трансдукции.

Абортивная трансдукция. Трансдукция у разных видов бактерий.

Конъюгация. Половая дифференцировка у кишечной палочки (свойства F-, F+ и Hfr - штаммов). Сексдукция.

Перенос хромосомы при конъюгации. Мерозиготы. Частота переноса и частота включения маркеров. Методы картирования хромосомы при конъюгации. Конъюгация у различных видов бактерий.

Перенос генетического материала и генетическое картирование у актиномицетов. Получение гибридных клонов, коньюгация актиномицетов; конъюгативные плазмиды. Использование гетероклонов и рекомбинантов для генетического анализа. Половые типы актиномицетов.

Рекомбинация и генетический анализ у бактериофагов Вирулентные бактериофаги (на примере Т-четных фагов).

Вегетативный фонд фаговых геномов в бактериальной клетке и особенности скрещивания бактериофагов.

Гетерозиготы Т-четных фагов; их свойства и молекулярная структура. Генетический анализ у Т-четных фагов.

Умеренные бактериофаги (на примере ). Гетерозиготы.

Генетические аспекты селекции микроорганизмов Микроорганизмы, используемые в селекционной работе.

Особенности микроорганизмов как объектов селекционной работы. Основные направления и методы селекции микроорганизмов: использование естественной изменчивости; искусственный отбор; возможности использования гибридизации; генная инженерия.

Лабораторно-практические занятия по генетике микроорганизмов (очная и очно-заочная форма обучения) Лабораторно-практические занятия Летальное и мутагенное действие УФЛ на клетки Escherichia coli Приготовление суспензии клеток бактерий. Облучение, термостат на Конъюгация у Escherichia coli. Картирование генома по градиенту передачи маркеров Приготовление и стерилизация сред, растворов и посуды. Центрифуга;

Проведение скрещивания, приготовление разведений и селективные засеянных чашек.

Подсчет колоний на чашках и оформление результатов.

Семинарские занятия Подведение итогов семинарских занятий Контрольная работа по тематике лекционных и лабораторно-практических занятий.

Слияние протопластов у микроорганизмов – метод создания гибридных штаммов Получение, слияние и реверсия протопластов, частоты этих событий. Процесс формирования гибридов при слиянии протопластов. Особенности гибридов, полученных путем слияния протопластов и перспективы их использования.

Внехромосомные генетические элементы Цитоплазматические системы эукариот. Мутации генов хлоропластов хламидомонады и митохондрий дрожжей и методы их выделения. Генетические карты хлоропластов и метод их построения (на примере хламидомонады). Генетические методы картирования митохондриального генома (на примере дрожжей-сахаромицетов). Бактериальные плазмиды, их классификация и фенотипические признаки. Репликация плазмид. Взаимодействие плазмидных репликонов в бактериальной клетке: исключение вхождения и несовместимость, рекомбинация. Интеграция плазмид в хромосому. Использование плазмид при генетическом анализе у бактерий. Методы генетического анализа плазмидной ДНК. Трансформация плазмидной ДНК. Плазмиды актиномицетов. Плазмиды дрожжей-сахаромицетов. Плазмиды мицелиальных грибов.

Мигрирующие генетические элементы микроорганизмов Инсерционные последовательности (Is) и транспозоны (Tn) бактерий. Механизмы транспозиции.

Генетические эффекты, вызываемые внедрением в геном мигрирующих элементов. Интегроны.

Конъюгативные транспозоны. Возможные механизмы возникновения Tn. Мигрирующие элементы и естественный отбор. Роль Tn в эволюции бактерий.

Бактериофаг Mu. Строение вириона и генома, упаковка фага. Цикл развития. Механизм интеграции в бактериальный геном. Последствия интеграции Mu в геном бактерий. Мигрирующие элементы дрожжей. ТуI элемент, его структура и способ внедрения в ДНК-мишень. Генетические эффекты, вызываемые внедрением в геном Ту I. Система определения типа спаривания у дрожжей (a---).

Реализация требований государственного стандарта по специальности 02.02.09.65 «Микробиология» по курсу «Генетика микроорганизмов»

Содержание требований Государственного образовательного стандарта Методы генетического конструирования микроорганизмов для использования в качестве промышленных штаммов Микроорганизмы как объект генетики. Особенности строения прокариотической клетки. Различия систем обмена генетической информацией у прокариот и высших эукариот.

Стадии процесса трансформации. Природа эклипс-периода. Рекомбинация ДНК при трансформации.

Молекулярные механизмы трансформации.

Различия в структуре и функционировании генетического аппарата бактерий и эукариот. Оперонная организация генов прокариот; аттеньюация транскрипции; природа полярных мутаций.

Генетический анализ при трансформации. Тест на генетическую сцепленность маркеров. Ограничения генетического анализа при трансформации.

Геномы микроорганизмов. Структурная организация геномной ДНК вирусов; плазмиды и хромосомы бактерий. Проблемы репликации линейной ДНК. Общее представление о теломерах.

Биология бактериофагов. Определение числа жизнеспособных фаговых частиц. Одиночный цикл размножения Репликация хромосомы и клеточный цикл у бактерий. Генетический контроль процесса деления бактериальной клетки. Сегрегация копий хромосом по дочерним клеткам.

Умеренные фаги. Лизогения и состояние профага. Зиготная индукция. Интеграция и исключение фаговой ДНК. Специфическая трансдукция. LFT- и HFT-фаголизаты.

Цикл деления эукариотической клетки. Принцип действия циклинов, регуляторов клеточного цикла. Роль фосфорилирования белков-мишеней в регуляции различных стадий цикла.

Общая схема регуляции лизогенного и литического путей развития фага. Принципы каскадной активации и 10.

переключения генов.

Жизненные циклы микроорганизмов-эукариот; гаплоидный цикл. Неядерная наследственность и 11.

использование особенностей клеточного цикла для ее изучения.

Общая трансдукция. Соотношение вирулентности и трансдуцирующей способности у фагов. Абортивная 12.

трансдукция, значение для генетического анализа.

Основы генетического анализа у эукариотических микроорганизмов. Генетический контроль полового 13.

процесса у низших грибов; типы спаривания у дрожжей, молекулярные механизмы их переключения.

14. Коньюгация у бактерий. Половой фактор. Градиент переноса генов и временное картирование. Картирование генов по частоте рекомбинации.

15. Типы классификации мутаций. Тесты, доказывающие спонтанную природу мутаций.

16. Модель Кэмпбелла и молекулярная природа образования Hfr-штаммов. F-фактор, сексдукция и ее значение для генетического анализа.

17. Общие представления о причинах и генетическом контроле спонтанного мутагенеза. Ошибки репликации;

горячие точки мутаций.

18. Молекулярно-генетическая организация F-фактора. Оперон tra-генов, регуляция и функционирование.

Коньюгативный перенос F-фактора и хромосомы.

19. Спонтанные изменения и нарушения азотистых оснований. Депуринизация, дезаминирование, окислительные повреждения.

20. Конъюгативные плазмиды на примере R-факторов. Мобилизуемые плазмиды. Гены mob и их функциональная гомология tra-генами. Другие плазмиды и их роль в жизнедеятельности бактерий.

21. Индуцированный мутагенез. Мутагенные факторы. Молекулярные механизмы действия аналогов оснований.

22. Транспозиция как генетическое явление; генетические эффекты, связанные с функционированием мобильных генетических элементов. Структурно-функциональная организация IS-элементов.

23. Основные системы репарации: ДНК-гликозилазы и эксцизионная репарация ДНК, SOS-репарация.

Пострепликативная репарация. Система «mismatch repair».

24. Транспозоны: простые и составные. Структурно-функциональная организация Tn917. Модель репликативной транспозиции Шапиро. Функции трансполаз и резолваз.

25. Классификация и анализ мутаций на молекулярном уровне; природа полярных мутаций у прокариот.

26. Модель консервативной транспозиции Берга. Структурно-функциональная организация Tn5. Неравноценность IS50L и IS50R. Цис-действие транспозазы и гипотеза о происхождении Tn-элементов.

27. Классификация обратных мутаций. Внутригенная и внегенная супрессии и их механизмы.

28. Биология бактериофага Mu. Структурно-функциональная организация вирионной ДНК. Дуализм Mu.

29. Трансформация как генетическое явление. Понятие о компетентности клеток. Искусственные системы трансформации.

30. Интегроны и коньюкативные транспозоны. Общие представления об их структурно-функциональной организации и происхождении.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Гусев, М.В. Микробиология / М.В. Гусев, Л.А. Минеева. – М.: Академия, 2008.

Пиневич, А.В. Микробиология прокариот / А.В. Пиневич. – Спб.: Изд-во Спб ГУ, 2009.

Современная микробиология. Прокариоты / под редакцией Г. Шлегеля [и др.]. Перевод с англ. под редакцией А.И. Нетрусова, Т.С. Ильиной. – М.: Мир, 2007.

Дополнительная Айала, Ф. Современная генетика / Ф. Айала, Дж. Кайгер. – М..: Мир, 1987.

Бил, Д. Внеядерная наследственность / Д. Бил, Д. Ноулз. – М..: Мир, 1981.

Жимулев, И.Ф. Общая и молекулярная генетика / И.Ф. Жимулев. – Новосибирск: Сибирское университетское издание, 2003.

Жуков-Вережников, Н.Н. Генетика бактерий /Н.Н. Жуков-Вережников, А.П. Пехов. – М.: Медгиз, 1963.

Захаров, И.А. Курс генетики микроорганизмов / И.А. Захаров. – Минск: Вышэйшая школа, 1978.

Крылов, В.Н. Геном бактериофагов / В.Н. Крылов, в сб. Организация генома. – М.: Наука, 1989.

Плазмиды. Методы / Под редакцией К.Харди. – М.: Мир, 1990.

10.

Прозоров, А.А. Генетическая трансформация и трансфекция / А.А. Прозоров. – М.: Наука, 1980.

11.

Рыбчин, В.Н. Основы генетической инженерии / В.Н. Рыбчин. – СПб.: Издательство Спб ГТУ, 1999.

12.

Стент, Г. Молекулярная генетика / Г. Стент, Р. Кэлиндар. – М.: Мир, 1981.

13.

Хейс, У. Генетика бактерий и бактериофагов / У. Хейс. – М.: Мир, 1965.

14.

Хесин, Р.Б. Непостоянство генома / Р.Б. Хесин. – М.: Наука, 1984.

15.

Программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры Программа обсуждена и одобрена методической микробиологии, вирусологии, эпизоотологии и ВСЭ комиссией факультета ветеринарной медицины Протокол № 1 от «3» сентября 2009 года Протокол № 1 от «15» сентября 2009 года

ЛИСТ ПЕРЕУТВЕРЖДЕНИЯ

Номер протокола заседания кафедры Номер протокола заседания методической комиссии Программу переутвердили Председатель методической комиссии О.А. Липатова ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА» Приказ № 192 А от № 1 от 04.09.2011 г. № 1 от 28.09.2011 г.

изложить в следующей редакции 25.05. ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА»

Программу переутвердили Председатель методической комиссии О.А. Липатова Вирусология / А.В. Пиневич [и др.].. – Поступление новой № 1 от 03.09.2012 г. № 1 от 11.09.2012 г.

Спб.: Изд-во Спб ГУ, 2012. – 432 с. литературы в библиотечный ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА» Приказ Министерства № 1 от 03.09.2012 г. № 1 от 11.09.2012 г.

изложить в следующей редакции сельского хозяйства РФ № ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. 126 от 22 февраля 2012 года Программу переутвердили Председатель методической комиссии О.А. Липатова Бактериофаги микроорганизмов значимых для Сотрудниками кафедры изданы № 1 от № 1 от животных, растений и человека. Научное монографии по бактериофагам 4.09.2013г. 27.09.2013г.

издание / Д.А. Васильев [и др.]; под. ред.

Васильева Д.А., Золотухина С.Н. – Ульяновск, НИИЦМиБ, 2013. – 316 с.

Бактериофаги рода Bacillus / Д.А. Васильев [и др.]. – Ульяновск, НИИЦМиБ, 2013. – 80 с.

Васильев, Д.А. Листериозные бактериофаги.

Научное издание / Д.А. Васильев, Е.Н.

Ковалева, С.Н. Золотухин. – Ульяновск:

НИИЦМиБ, 2013 – 66 с.

Лекция № 1 «Лизогенная конверсия» 2 часа проводимых при финансовой ЛПЗ № 1 «Методы выделения профага» 2 часа Картель, Н.А. Генетика [Электронный ресурс]: База электронных ресурсов № 1 от № 1 от учебное пособие/ Картель Н.А., Макеева Е.Н., библиотеки УГСХА 04.09.2013 27.09.2013 г.

Минск: Белорусская наука, 2011.— 992 c.

Программу переутвердили Председатель методической комиссии Н.Ю.Терентьева