Plasmids
Many DNA sequences in bacteria are mobile and can be transferred between individuals and
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among species.
Plasmids are circular DNA molecules that replicate independently of the bacterial chromosome.
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Plasmids often carry antibiotic resistance genes.
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Plasmids are used in genetic engineering as gene transfer vectors.
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F Factors
F (fertility) factor is a conjugative plasmid transferred from cell to cell by conjugation.
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F factor is an episome — a genetic element that can insert into a chromosome or replicate as a
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circular plasmid.
The F plasmid is a low-copy-number plasmid ~100 kb in length and is present in 1–2 copies per
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cell.
It replicates once per cell cycle and segregates to both daughter cells in cell division.
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F Plasmids and Conjugation
Conjugation is a process in which DNA is transferred from bacterial donor cell to a recipient cell
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by cell-to-cell contact.
F⁺: donor cells with the F plasmid.
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F⁻: recipient cells lacking F.
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DNA transfer is mediated by a pilus.
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Transposable Elements
DNA sequences that can jump between locations or molecules.
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Insertion sequences (IS elements): 1–3 kb, encode transposase and regulatory proteins.
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Transposons
Transposons: carry genes unrelated to transposition.
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Can insert into plasmids and be transferred by conjugation.
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Flanked by inverted repeats, often contain multiple antibiotic resistance genes.
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Integrons and Cassettes
Integron: encodes a site-specific recombinase and a recognition region.
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Cassettes: mobile elements acquired by integrons.
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Integrons may acquire multiple-antibiotic-resistance cassettes.
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Classes of Bacterial Mutants
Antibiotic-resistant mutants
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Nutritional mutants (auxotrophs)
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Carbon-source mutants
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Transformation
Genetic alteration by pure DNA uptake.
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DNA often recombines with the bacterial chromosome.
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Transformation proved DNA is genetic material.
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Cotransformation
Closely located genes are often co-transferred.
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High frequency cotransformation indicates gene proximity.
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Used to map gene order.
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Hfr Conjugation
F factor integrates into the chromosome → Hfr cells.
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DNA transfer includes chromosomal genes.
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Transfer typically incomplete; recipient remains F⁻.
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Used for chromosome mapping (100 minutes full chromosome, 2 minutes F).
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Time of Entry Mapping
Hfr and F⁻ conjugation interrupted at intervals.
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Recombinants identified via selective media.
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Mapping reveals gene order on E. coli genome.
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Transduction
DNA transfer via phage.
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Generalized: random chromosomal segments transferred.
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Specialized: specific genes near prophage site transferred.
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Generalized Transduction
Phage P1 packages random bacterial DNA (transducing particles).
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DNA recombines with recipient chromosome.
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Cotransduction depends on gene proximity.
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Specialized Transduction
Aberrant excision of prophage DNA includes flanking bacterial genes.
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Produces phage particles with specific bacterial genes.
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Lytic Cycle
Phage infects, replicates, lyses cell.
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Recombination occurs between co-infecting phages.
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Recombinant frequency assessed by plaque phenotype.
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Temperate Phages and Lysogeny
Temperate phages: can undergo lytic or lysogenic cycles.
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Prophage: integrated phage DNA.
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Lysogen: bacterium with prophage.
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Lambda Phage (λ)
λ: temperate phage of E. coli.
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DNA has cohesive ends (cos), circularizes.
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Integrates between gal and bio genes.
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Attachment sites: attB (bacterial), attP (phage).
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Specialized Transducing Particles
Improper prophage excision creates particles with adjacent bacterial genes (gal, bio).
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📘 Chapter 7 요약: 박테리아와 그 바이러스의 유전학
🔹 1. 플라스미드 (Plasmids)
박테리아 내 DNA 일부는 이동성이 있으며, 종 간 전이 가능
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플라스미드는 원형 DNA로, 염색체와 독립적으로 복제
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항생제 유전자를 자주 포함
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유전자 전달 벡터로 유전공학에 활용
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🔹 2. F 인자와 접합 (F Factors & Conjugation)
F 인자 (F factor): 접합을 가능하게 하는 공여 플라스미드
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에피좀 (Episome): 염색체에 삽입되거나 독립적으로 존재 가능
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F⁺: 공여 세포, F⁻: 수용 세포
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**필루스(pilus)**라는 관을 통해 DNA 전달
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🔹 3. 전이 요소 (Transposable Elements) DNA의 자리 이동 가능 요소
삽입 서열(IS): 1–3 kb, 전이 효소(transposase) 유전자 포함
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전이 인자(Transposons): 비전이 유전자도 포함 가능 → 플라스미드에 삽입되어 접합으로 전달됨
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모두 역반복 서열로 둘러싸여 있음
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🔹 4. 인테그론(Integrons)과 카세트(Cassettes)
인테그론: 재조합 효소와 인식 부위를 포함한 DNA 요소
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카세트: 인테그론이 획득하는 유전자 서열
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다중 항생제 내성 유전자 획득 가능 → 공중 보건 위협
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🔹 5. 돌연변이 박테리아 종류
항생제 내성 돌연변이
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영양요구성(auxotroph) 돌연변이: 특정 영양소 합성 불가
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탄소원 사용 돌연변이: 특정 탄소원 이용 불가
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🔹 6. 형질전환 (Transformation)
외부 DNA를 흡수하여 유전적 변화 일어남
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DNA는 염색체와 재조합
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DNA가 유전물질임을 입증한 실험
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🔹 7. 공동형질전환 (Cotransformation)
가까운 위치의 유전자는 함께 전달될 가능성 ↑
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전달 확률이 높으면 두 유전자는 근접함을 의미 → 유전자 지도 작성에 활용
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🔹 8. Hfr 세포와 유전자 지도 (Hfr & Mapping)
F 인자 통합 → Hfr (High frequency recombination) 세포
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Hfr의 DNA는 접합 시 염색체 유전자까지 일부 전달
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전체 염색체 전달에 100분 소요, F 인자는 약 2분
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전달 시작 시점의 차이를 통해 유전자 순서 분석 = 시간 지도(time-of-entry map)
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🔹 9. 형질도입 (Transduction)
박테리오파지에 의해 DNA 전달
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일반형질도입: 염색체 아무 부위나 전달
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특수형질도입: 특정 부위의 유전자만 전달
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🔹 10. 용균주기 (Lytic Cycle)
파지 DNA가 세포 내에서 복제 및 조립, 세포 용해
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서로 다른 유전형을 가진 파지 간 감염 → 재조합 발생
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플라크 형태로 재조합 빈도 확인
🔹 11. 용원성 주기 (Lysogenic Cycle)
온성 파지(temperate phage): 두 주기 가능
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바이러스 DNA가 염색체에 삽입 → 프로파지(prophage) 형성
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감염된 세포는 리소젠(lysogen), 후손에게도 전이
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특정 자극 → 리소젠에서 용균 주기로 전환
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🔹 12. λ 파지와 특수 형질도입
λ 파지: E. coli 감염, cos 서열로 원형화
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gal, bio 유전자 사이에 삽입
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비정상적 절단 → 인접 유전자 포함 → 특수형질도입 입자 생성
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