Phage DNA

Phagen
Genetik der Bakteriophagen
Bakteriophagen: Viren der Bakterien
Virus: Giftstoff
Manche der wichtigsten und
grundlegenden genetischen
Informationen resultierten aus
Studien mit den E. coli Phagen T2, T4
und Lambda
Nach der Infektion mit einem
einzigen Phagpartikel wurden in nur
wenigen Stunden zehntausende
Phagen aus der lysierten
Bakteriumzelle freigesetzt. Die
neuen Phage infizieren neue Zellen
und es wird schnell ein klares Plaque
im Bakteriumfeld geformt.
Genetik der Phagen
Die meissten Phagmutationen sind "lethal„. Phage haben ein haploides Genom. Eine
Mutation kann nur weitergegeben werden, falls sie konditionell lethal ist: unter
permissiven Umstände (passender Wirt, niedrigere Temperatur) kann es funktionieren.
Der Lebenszyklus der Phagen
Infektion: der
Syntheseapparat wird
umprogrammiert
Proteine und DNA der
Phagen werden
synthetisiert
Die Bakterienzelle
wird aufgelöst
(lysiert)
~100 Phagen
freigesetzt
Der lytische Zyklus
beginnt (Virulenter Ph.)
Lysogenie: Die PhageDNA integriert ins
Wirtsgenom und bildet
Prophage
(temperierter Phage)
Der Lebenszyklus der Phagen
Lysogene Infektion: Phage DNA
Integriert sich in das bakteriale
Chromosom und wird mit der
bakterialen DNA repliziert.
Lytische Infektion resultiert die
Synthese von Phage proteinen,
Replikation der Phage DNA
und den Lysis der Zelle.
Die Integration des λ-Phagen ins E. coli Genom
Integration: Zwischen gal und bio
Operons durch Sequenzspezifische
Rekombination
Der Abstand zwischen galund bio
nimmt ~ 1 Min. zu
Lysogene Bakterien: Resistent gegen
Infektion („Immunität”) wegen der
Anwesenheit des λ-Prophagen
Induktion: Das λ-Genom wird
ausgeschnitten, der lytische Zyklus
geht los
Fehlerhaftes Ausschneiden: λdgal
Transduktion: Übertragung Bakteriengene
durch Phagen
Generelle Transduktion
Nach der Infektion durch virulenter
Phagen (P1, P22) wird die Bakterien-DNA auf kleine Stücke enzymatisch
geschnitten
Bei der Verpackung der DNA in die
Phagenköpfe gelangt Bakterien-DNA
Das Verpackungssystem merkt die
Grösse der DNA, nicht die genetische
Information
Nach der „Infektion” gelingt die
Bakterien-DNA in die Zelle und
rekombiniert, betrifft beliebte Gene
Spezielle Transduktion
Nach fehlerhaftem Ausschneiden des
Prophagen λwird die Phagen-DNA
galod. Biomitnehmen und in die
Wirtszelle übertragen
Genetische Feinkartierung mithilfe von
generelle Transduktion
Eng benachbarte Gene können gemeinsam von einem Phagen durch
Kotransduktion übertragen werden
Je enger die Kopplung ist, desto häufiger tritt die Kotransduktion auf (leu-azi)
Wenn der Abstand der Gene grösser als das Phagen-Genom ist tritt keine
Kotransduktion auf: leu-thrAbstand, keine aziRRekombinanten
Die Karte: aziR1/50 leu1/2-1/3 thr
Phage-mediierter Gentransfer:
spezielle Transduktion
λdgal: Defektiver Phage, trägt das gal-Operon
Im Fall der speziellen Transduktion trägt der transduzierender Phaga nur spezifische
Wirtsgene: Gene die den Phage Intgrationsstelle benachbaren. Das Ereignis wurde in dem
Lambda-Phage - E. coli System entdeckt.
Lambda-Phage wird an einer bestimmten Stelle in den E. coli Chromosom integriert : (attB).
Spezielle Transduktion
Im Fall von inkorrekte Beseitigung des Phage DNAs aus dem Chromosom wird das Gen
gal – was in der Nähe von attB ist – einen Teil des Phaggenoms ersetzen. Nur dieses
Gen wird durch speziellen Transducing-Phagen mitgeschleppt.
Dieser Transducing-Phage ist ein defektiver Phage, Lambda dgal , da er Gene verloren
hat. Dieser Phage kann sich nicht integrieren, es sei denn ein „helper Phage” ersetzt die
verlorene Funktionen.
Phage-mediierter Gentransfer:
generelle Transduktion
Rekombination der Phage DNA mit chromosomalen Gene kann einen transduzierenden
Phages erschaffen. Diese Phagen tragen Wirtssequenzen, haben aber Phaggene verloren.
Die infizierte Zelle agiert als rezipient. Alle Wirtsgene können durch diese Phagen
geschleppt werden.
Generelle Transduktion wurde von Lederberg und Zinder (1951) erforscht, die mit dem P22
Phage von Salmonella gearbeitet haben.
Verwendung der bakterialen und der
Phage-Genetik
Neues Wissen die aus diesen Untersuchungen resultierte hat die Erforschung der RestriktionModifikationsenzyme und die in vitro Gentechnologien möglich gemacht.
Heutzutage kann die Sequenz
eines Lebewesens bestimmt
werden.
Die Untersuchung der Genetik
von Mikroben ist auch Heute
noch eine grosse Aufgabe:
vor Allem
Bakterien und Archea die Erkrankungen verursachen, in extremen
Umgebungen leben, oder in
Symbiose
mit entwickelteren Organismen
stehen.
Wir möchten alles über Virulenzgene
und Exoenzymproduktion wissen.
Danke für die Aufmerksamkeit!