New User Special Price Expires in

Let's log you in.

Sign in with Facebook


Don't have a StudySoup account? Create one here!


Create a StudySoup account

Be part of our community, it's free to join!

Sign up with Facebook


Create your account
By creating an account you agree to StudySoup's terms and conditions and privacy policy

Already have a StudySoup account? Login here

Microbiology Exam 4/Final Exam Study Guide

by: Toni Franken

Microbiology Exam 4/Final Exam Study Guide MICR 3050

Marketplace > Clemson University > Microbiology > MICR 3050 > Microbiology Exam 4 Final Exam Study Guide
Toni Franken
GPA 3.97

Preview These Notes for FREE

Get a free preview of these Notes, just enter your email below.

Unlock Preview
Unlock Preview

Preview these materials now for free

Why put in your email? Get access to more of this material and other relevant free materials for your school

View Preview

About this Document

This guide contains all relevant information for General Microbiology with Dr. Whitehead at Clemson University. The study guide is organized with the Unit 4 material at the very beginning, followed...
General Microbiology
Dr. Whitehead
Study Guide
Microbiology, Microbes, Whitehead, MICR3050, Viruses, Bacteria, cumulative, DNA, Clemson
50 ?




Popular in General Microbiology

Popular in Microbiology

This 79 page Study Guide was uploaded by Toni Franken on Tuesday April 26, 2016. The Study Guide belongs to MICR 3050 at Clemson University taught by Dr. Whitehead in Spring 2016. Since its upload, it has received 89 views. For similar materials see General Microbiology in Microbiology at Clemson University.


Reviews for Microbiology Exam 4/Final Exam Study Guide


Report this Material


What is Karma?


Karma is the currency of StudySoup.

You can buy or earn more Karma at anytime and redeem it for class notes, study guides, flashcards, and more!

Date Created: 04/26/16
MICR 3050 Exam 4/Final Study Guide Dr. Whitehead, Clemson University Units 1 – 4  Modeled around Dr. Whitehead’s Recommended Topics for study, color coded and organized by chapter. (Unit 4 is at the very beginning, followed by units 1 – 3) UNIT 4 Chapter 6: Viruses  General Information about Viruses:  o Cannot reproduce on their own – not considered living for that reason. There are viruses  that can infect all cell types. There are those that infect eukaryotic organisms (animals,  plants, fungi), some that infect archaea (little known about them – mainly due to our  previous idea that bacteria and archaea were very similar), and those that infect bacteria  (bacteriophages).  o Only active in host cells. There is only one known exception to this. They are obligate  intracellular parasites. They MUST have a host cell in order to continue function.  o Classify according, mainly, by DNA or RNA as their genetic information.   Single or double stranded, linear, circular, or segmented. Viruses DO NOT have ribosomes. Cannot be classified in the same way as other organisms.  o Virion is the complete virus particle: This includes the following:  Nucleic acid  Protein coat surrounding the nucleic acid  Sometimes (not always) external layers in addition to that. The bare minimum  is the nucleic acid and protein coat.  o There is a great deal of diversity in viruses, ranging from genetic material and shape.  Rabies virus has a bullet shape (rhabdovirus family). Also have a variety of other shapes  and sizes. Some viruses (not most) are big enough to see with light microscopes. Also a  wide range of external structure, changing how the immune system responds to them. o The absolute simplest form a virus possible that is still classified as such is called a  nonenveloped virus. Just the protein coat (capsid) and the nucleic acid.   Nucelocapsid – the nucleic information and the protein coat together.  o Some viruses have additional components.   An enveloped virus is a little more complex. There is a membrane outside of  the nucleocapsid – can be spiked – have spikes extending from the surface of the  virus.   One of the more common types of virus capsids are helical capsids – long,  narrow, hollow tube­like structure. The tobacco mosaic virus has this type of  coat. They are made up of a variety of protein subunits of helical capsids – these  are called protomers.   The size of the protomers themselves play into the width of the capsid.  The length of the capsid is believed to be determined by the length of the viral genome. Viruses tend to be efficient, and the capsid is thought to  just be used to protect the viral genome.   Icosahedral capsid – made up of triangular shapes – this is considered to be very efficient. Have special subunits that are called capsomers, which are proteins – pentamers and hexamers are the two main types of capsomers.   Pentamers are capsomers made of five protomers.  Hexamers are capsomers made of six protomers.   In a helical capsid, we have protomers alone that assemble to make the capsid. In an icosahedral capsid, we have protomers that assemble to make capsomers, that  then assemble  o Complex Capsids – Vaccinia (smallpox family) – doesn’t have a classic shape for  viruses. Does not fall into helical or icosahedral. Has an oval shape.  o Viral envelopes – usually an outer, flexible, membranous layer made of lipids and  carbohydrates. Many of these factors are host­derived so viruses can make themselves  look like the host to protect from immune system.   Envelope proteins may project from the envelope surface – called spikes or  peplomers (proteins coded by the viral genome). They have functions that are  specific to the virus itself.  o Spikes can help with attachment to host cells, can have enzymatic activity (exact  activity is virus dependent), spikes can be involved in viral genetic replication  (replication of nucleic acids), and can also be used for the identification of viruses (by  humans in the lab). This is commonly used in the influenza virus. Names such as H1N1  stand for spike proteins on the surface of the influenza virus.   H stands for hemagglutinin. Hemagglutinin is involved with attachment to the  host cell or surface.   N stands for nuraminidase. Neuraminidase has to do with viral release from the cell.  The 1s stand for the type of protein.   Describe bacteriophages. o Bacteriophages (T4, or phages) have an  icosahedral portion on top , then a helical  portion lower. The bacteriophages keep the genetic information in the capsid  (icosahedral) head – the tail part then acts as an injector, so the virus just injects its  genetic information directly into the bacterial cell.   Distinguish between virulent (lytic) and temperate (lysogenic) bacteriophages and their life  cycles using T4 phage and lambda phage as examples, respectively. o Step 1: The virus has to attach to a host cell – very first step. If a virus can’t attach, it  can’t invade. There are certain individuals that appear to be immune to HIV infection due to the fact that they don’t have certain receptors on their cells that are required for the  virus to attach. Some viruses require more than just attachment.  o Step 2: Entry – the entire viral agent may enter, or just the genetic info can enter.  Don’t typically see an enveloped virus entering the cell. Depending on what entered, the  next step may or may not happen. o Step 3: Uncoating of genome – if only genetic info entered the cell, this does not  happen. However, if the entire virus entered the host cell, the protein coat must be  removed so the viral DNA or RNA is free to be worked on by the host enzymes. One way or another you’ll end up with transcription and translation of the viral genome. o Step 4:  Synthesis  – synthesis of the viral genome. o Step 5:  Assembly  – new viruses must be assembled from the replicated genome pieces. o Step 6: Release – some viruses are released due to the lysis of the host cell. For  enveloped viruses, when they go to leave, they do “budding” where there is fusion of the  host cell membrane around the virus. The virus takes up some of the host cell membrane  to become part of their envelope. May be released a few at a time.  o There are two different types/classes of bacteriophages: multiple viruses within each of these. Designated as virulent or temperate.   Virulent Bacteriophages are incredibly destructive to the host cell. They  enter, replicate, and then lyse the host cell so that they may be released. That is  their only option. The most common example of this is the T4 bacteriophage.  First, have attachment. From there, the genetic info is injected into the  host cell. The only thing that gets in the host cell is the viral nucleic  acids. Regulation is very important – has to do when certain viral genes  are transcribed. Tehre are often two different points where transcription  would occur. Early mRNA transcription and late mRNA. If the bacteria  cares nothing about keeping the host cell alive, it basically destroys the  bacterial DNA, and only uses it to replicate the phage DNA. Get  transcription and translation, synthesis, and assembly. Get formation of  virions, and release through lysis. This can happen in about 22 minutes –  the doubling time of E. coli.   Temperate Phages: Temperate phages have two different lifecycle options.  Lytic pathway (act just like a virulent bacteriophage). They have  attachment, entry, replication, synthesis, assembly, and lysis.   Lysogenic pathway, where for a period of time, the viral DNA (or  RNA) will be incorporated into the host cell chromosome, and will  just hang out through bacterial replication. Every time the bacterial  chromosome is replicated, the viral genome is also. The lysogenic  pathway is a way for the virus to remain inside the host cell without  destroying it. Typically what happens is that at some point in time, these cells that have the lysogenic virus in them will undergo induction.  Usually a stress will trigger the viral DNA to exit the chromosome and  enter into a lytic pathway.  Explain lysogeny and how the lytic cycle may be induced in lysogens. o Lysogeny: Non­lytic relationship between a phage and its host – no lysis of the host cell.  o Prophage: The integrated bacteriophage genome – uses an integrase enzyme to be  incorporated into the chromosome of the host cell. Replicates whenever the host genome  replicates.  o Lysogen: The infected bacterial host – appears normal. A prophage may change the  phenotype of its host. This change is called lysogenic conversion – presence of the  prophage causes changes in the physical characteristics of the lysogen. The phage may  switch from lysogenic to lytic cycle upon induction.   Lysogenic conversion – change in a host cell due to presence of prophage.  May change the LPS of gram negatives, or may change the proteins on the  surface (possibly so no other viruses can infect?). Other pathogens have also  picked up disease­causing elements through lysogenic conversion o Induction is the process of a phage switching from lysogenic to lytic pathways.  Induction is usually triggered by stresses on the host cell or in the  environment. These stresses may be exposure to UV light, chemical mutagens  that cause DNA damage, or nutritional deprivation. Once these are detected, the  viral genome switches to the lytic pathway.  Excisionase: An enzyme that binds the integrase enzyme, which allows for  reverse integration. This is where the viral genome is cut out of the bacterial  genome where it was added. This is Excision, or removal, from the bacterial  chromosome. The cell can then undergo the normal lytic pathway.   Describe the effects of animal viruses on their hosts. o Cytopathic effects (CPEs): Often include a change in cell's morphology such as fusion  with adjacent cells to form polykaryocytes as well as the synthesis of nuclear and  cytoplasmic inclusion bodies.  Inclusion bodies – microscopically these are visible sites of viral assembly or  cellular damage.  They are often used as a diagnostic tool. Examples include:  Virions in the nucleus (Adenovirus)  Virions in the cytoplasm (Rhabdovirus­ negri bodies of rabies virus)  Host cells may also exhibit proliferation of membranes, shrinking of the nucleus,  formation of vacuoles in the cytoplasm, or may even undergo programmed cell death (celled Apoptosis).   Viruses may halt or alter host cell DNA synthesis, transcription, and/or  protein synthesis.  o Cytocidal Effects: Associated with changes in cell morphology, physiology and are  important for the complete viral replication and transformation. These almost always lead to the death of the host cell.   Cytopathic effects can be cytocidal, such as inducing apoptosis, or  preventing the synthesis of substances needed by the host cell.  Many times, cytocidal effects are those that interrupt important metabolic  pathways, thus preventing the cell from functioning normally.   There are two types of cytocidal infections:  Productive infections, where additional infectious viruses are produced.  One example of a productive cytocidal infection is the herpes virus.  Abortive infections do not produce infectious viruses, and only kill the  host cell.  o Animal Viruses can undergo 4 different types of infection: Acute, latent, chronic, or  cancerous. See the next section for more information.   Distinguish between acute, latent, and chronic viral infections (know examples of each): o Acute Viral Infection: There is rapid multiplication of the virus that very quickly leads  to cell death, and the release of more viruses. These diseases progress very rapidly, and  often resolve themselves quickly either through death or recovery. Influenza and the  common cold (rhinovirus) are good examples of this.   An acute viral infection may cause an inapparent infection, or one that is not easily detected due to low or absent symptoms. This happens due to the  action of the immune system.  o Latent viral infection: The virus stops reproducing and remains dormant for some time.  During latency, symptoms, antivirus­antibodies, and viruses are not detectable. They do  not cause disease regularly, but may be activated by a stressor.   Some examples of a latent viral infection are shingles (the chickenpox virus  stays dormant in the host system) and cold sores (herpes simplex virus).  o Chronic viral infection: The virus almost always detectable, but the clinical symptoms  may be mild or absent for long periods of time, making it very hard to identify. Hosts  often are infected with the virus for the rest of their lives, and it commonly causes  fatality.   HIV is an example of a chronic, aka persistent, viral infection.  o Cancer: More can be found two sections down, but some viruses can cause changes in  their host cell that cause unchecked replication and growth. The cell itself is transformed  to be abnormal.   HPV is commonly known to cause cancer in humans.   Understand the replication process of HIV (a retrovirus). o Retrovirus action is simply the idea that the virus has RNA as its genetic material,  and must reverse transcribe to create DNA from its genome before injecting it into  the host cell. The Human Immunodeficiency Virus does just that.  o 1. The virus must enter the host cell. o 2. The virus must uncoat its RNA for access to reverse transcription. o 3. Reverse Transcription takes place, creating double stranded DNA from the viral  single stranded RNA.  o 4. The DNA goes to the nucleus, where it is incorporated into the host DNA. This  forms a provirus, where the viral DNA is incorporated into the host cell DNA.  o 5. Transcription takes place, creating viral RNA. o 6. Encapsulation of the viral RNA takes place to create a nucleocapsid.  o 7. The virus undergoes budding, where the nucleocapsid takes some of the host’s  cytoplasmic membrane. This makes the HIV virus much harder to identify and treat.  o 8. The virus particle is released into the body, where it can travel to infect more host  cells.  o NOTE: The HIV virus is known to be incredibly adaptive. This makes it difficult to  treat.   Explain the role of viruses in causing cancer (oncoviruses). o Oncoviruses typically cause tumor formation through two different mechanisms:   The tumor virus can introduce and express a "transforming" gene either  through the integration of DNA or RNA into the host genome. In other  words, the virus is carrying the gene that causes the tumor formation.   The tumor virus can alter expression on preexisting genes of the host. In  other words, the virus action causes the up­regulation of normal genes, called  oncogenes, to proto­oncogenes. These caused unchecked cell growth and  replication, and can also introduce greater error in genetic material.  o Some examples of Oncoviruses are the HPV virus, Hepatitis B and C, and the Epstein­ Barr Virus.   How might one cultivate viruses?  What effects might viruses have on host cells? o Viruses are incredibly difficult to cultivate in a lab setting.   Bacteriophages may be cultivated in broth or agar that is inoculated with  bacterial cells, such as E. coli. In a broth culture, you can actually visualize  phages in action by the clearing of the broth, or the loss of rabidity. This is due  to the lysis of cells by the phages.   On agar cultures, you can observe plaques. Plaques are cleared zones  on a lawn of bacteria that result from the total lysis of bacterial cells  by viruses in that spot.   Animal Viruses are much more difficult to cultivate in a lab setting due to  ethical issues that come along with it.   Mice are commonly used as hosts for viral agents.   Rabbit testicles have been used in the past to cultivate especially  fastidious viruses. The testes would be injected with the virus, allowed to replicate, and then the rabbits would be castrated, and you would have a  live viral culture for a time.  o Cytopathic effects (CPEs): Often include a change in cell's morphology such as fusion  with adjacent cells to form polykaryocytes as well as the synthesis of nuclear and  cytoplasmic inclusion bodies.  Inclusion bodies – microscopically these are visible sites of viral assembly or  cellular damage.  They are often used as a diagnostic tool. Examples include:  Virions in the nucleus (Adenovirus)  Virions in the cytoplasm (Rhabdovirus­ negri bodies of rabies virus)  Host cells may also exhibit proliferation of membranes, shrinking of the nucleus,  formation of vacuoles in the cytoplasm, or may even undergo programmed cell death (celled Apoptosis).   Viruses may halt or alter host cell DNA synthesis, transcription, and/or  protein synthesis.  o Cytocidal Effects: Associated with changes in cell morphology, physiology and are  important for the complete viral replication and transformation. These almost always lead to the death of the host cell.   Cytopathic effects can be cytocidal, such as inducing apoptosis, or  preventing the synthesis of substances needed by the host cell.  Many times, cytocidal effects are those that interrupt important metabolic  pathways, thus preventing the cell from functioning normally.   There are two types of cytocidal infections:  Productive infections, where additional infectious viruses are produced.  One example of a productive cytocidal infection is the herpes virus.  Abortive infections do not produce infectious viruses, and only kill the  host cell.   Explain the ways in which one might obtain a count of the viruses in a solution. o Direct Counts: You could use an electron microscope to do direct counts of viral  particles. However, not every facility has access to electron microscopes, and this can be  very time and money consuming.  o Indirect Counts:  Plaque Assay: This is what we did in lab, where you inoculate a soft agar  bacterial culture with a dilution of bacteriophages. You then pour the agar into a  plate, and incubate the plate. You count the number of plaques to figure out the  number of Plaque forming units.   A countable plate of plaques is between 25 and 250 plaques. Each  individual plaque is assumed to have been created by a single virus that  has replicated. You would then take the number and multiply it by the  dilution factor to figure out the number of viruses in the original sample.   Hemagglutination Assay (animal viruses):  This is done using animal blood, and determines the highest dilution of  virus that causes red blood cells to agglutinate, or clump together.   Endpoint Method: This method basically uses live organisms (bacteria or  animals), and involves observing the population to see where the dose of virus is  large enough to destroy 50% of the host cells, or kill 50% of the animal  population in question. This is called LD50 Dilutions of the virus are made until  it reaches that point.  Chapters 16 and 17: Mechanisms of Genetic Variation  Miscellaneous Information:  o Nucleoid: The location of the chromosome and associated proteins within a bacterial  cell. In most cases this is not membrane bound. There are a few exceptions to this. This is just where this material is concentrated and condensed. It is usually an irregularly shaped  region, and usually contains one, closed circular, double stranded DNA molecule. If you  were to take the DNA of E. coli and stretch it out, it would be about 500x longer than the  bacterial cell itself. Very highly condensed. The circular chromosome carries the majority of genetic information.   You can also have plasmids – extra­chromosomal DNA (DNA that is located  outside the chromosome o Plasmids are usually small, closed circular DNA molecules that replicate and exist  independently of the chromosome. Often do not replicate at the same time as the  chromosome. They contain few genes, and are nonessential. Some bacteria have many  plasmids, others only have 1, and some have no plasmids at all. There are usually less  than 30 genes or so on a plasmid. Typically the information is non­essential, meaning  they can survive without it. Plasmids typically give some kind of advantage. Very  commonly see antibiotic resistance genes on plasmids.   Just because a bacterium has a plasmid, that doesn’t mean it keeps it. If a  cell is “cured” it has lost the plasmid. This might happen because the plasmid  is not replicated when the chromosome is, so it doesn’t get passed to the daughter cell. If the plasmid replicates slowly, this easily happens through generation  turnover.   There are some exceptions – linear plasmids exist.   Know the basic structure of DNA.  o DNA: Composed of 4 building nucleotides or bases, where A is complementary to T, and C is complementary to G. DNA is the genetic material of life – discovered and shown by  Griffith in 1928. Avery, MacLeod and McCarthy in 1944. Hershey and Chase. DNA  structure was discovered by Watson and Crick in the 1950’s. Strands run 3’ to 5’, and the complementary strand runs 5’ to 3’ against it. There is a strong sugar­phosphate  backbone that keeps the DNA together, and forms the double helix shape.   Understand the terms associated with bacterial genetics. o Gene: A portion of DNA that encodes either for a polypeptide, rRNA, or tRNA. Codes  for something else. o Genotype: What the genetic information actually says – the gene or genes an organism  actually has. o Phenotype: The physical characteristics an organism is actually showing. Complicated  relationship with genotype.  o Wild­type Strain: Just whatever strain can be isolated from nature – the one we found  “out in the wild.” This doesn’t tell you anything about how normal that strain is, it’s just  the one found in the environment.  o Mutation: A stable change in the genotype of an organism. An inherited change from  generation to generation in the DNA sequence. The genotype is definitely changed, but  the phenotype may or may not be changed. Just because the DNA sequence changes, that  doesn’t mean the physical characteristics change.  Explain how mutations arise. o Spontaneously: This type of mutation happens in almost all living organism – any time  DNA is replicated, it is possible for a mistake to be made, and if it sticks around, is  technically a mutation. In some cases, spontaneous mutations have led to advantageous  things for the organism (such as antibiotic resistance).  o Induced: Exposure to a mutagen (chemical or physical agent that can change the DNA  sequence) that causes a change in the DNA sequence that is heritable. Can purposely  expose a bacteria to a mutagen, but we don’t know where mutation will occur.   Site­directed mutagenesis: Nothing random about this mutation method. Go in  and change a specific nucleotide in the genetic sequence. Can change it  according to the location you are targeting, and changing the specific base. This  is done only in a laboratory setting.   Mutations can be caused by agents that directly damage DNA (mutagens):  have base analogs, DNA modifying agents, and intercalating agents.  Base analogs: Agents that are very similar to nucleotides – these will get incorporated into the DNA during DNA replication if bacteria are grown  in the presence of base analogs. The problem with this is that base  analogs don’t bind to other nucleotides like other nucleotides do. 5­ Bromouracil will be incorporated into the DNA as if it is a Thymine.  However, it instead binds with Guanine. Over time, this becomes a stable mutation.   DNA Modifying Agents: Correct nucleotides are put into DNA during  replication. These modifying agents go in and change the nucleotides,  chemically altering them. Includes Hydroxylamine, which can alter C  nucleotides so they no longer bind with Gs. Can make it bind to Thymine instead of Guanine.   Intercalating Agents: These agents wiggle their way into the DNA and  cause the entire structure of the DNA to be thrown off. Because of this  disrupted shape of the DNA, we can have other issues. Acridine orange  is an example.  Compare and contrast point and frameshift mutations and their effects. o Point Mutations: Alteration of a single pair of nucleotides – one nucleotide or pair being changed. Have three types – nonsense, missense, silent.   Transition: Swap one purine for another (As and Gs) or Pyrimidines for  pyrimidines (T and C and U).   Transversion: Tend to be rarer, occurs when a purine is swapped for pyrimidine, or vice versa.   Silent mutation: The DNA sequence changed, but the amino acid that the triplet  coded was the same, so we can’t see the effects of the mutation.  Nonesense Mutation: A change in a base pair causes for a new Stop codon to be created. Translation will stop entirely. The closer to the beginning of the gene,  the more influential a nonsense mutation is. If the nonsense mutation happens  close to the end of the gene, the protein may be hardly affected, and may still be  functional.  Missesne Mutation: Where the change in the DNA sequence leads to the  production of a different amino acid. This creates an entirely different  polypeptide. The effect of a missense mutation is variable – depends which  amino acid is replaced, and where. Could have a non­functional protein, or could  still have functionality.  o Frameshift: Insertion or Deletion: Tend to be more problematic – if you throw off the  triplets of a DNA sequence, you completely change the protein sequence from that point  on. This is called a frameshift mutation.  More devastating mutation – have the insertion or deletion of a single nucleotide. However, the genetic code is read in triplets of nucleotides, so a single shift in  the genetic code throws off the entire sequence after it. If you have an addition,  you have a +1 reading frame. If you have a deletion, you have a ­1 reading  frame.  o Larger Mutations: Mutations involving more than just a single nucleotide base.  Insertions: Insertion of an entire segment of genetic material.  Deletions: Removal of an entire segment off genetic material  Inversions: A piece of genetic material is taken out, flipped around, and inserted  back in. Problems with regulation.  Duplications: Where a sequence of genetic material is replicated and placed next to the original piece.   Translocations: The movement of a strand of genetic material from one location on the chromosome to another, or to a completely different chromosome.  Distinguish between the various point mutations.  o See in the section above. (nonsense, missense, silent, Transition, Transversion).   Understand the expression of mutations (forward vs. reverse). o Wild­type: Most prevalent form of the gene, typically.  o Forward Mutations: What we classically think of when we think of mutations – went  form a wild­type to a mutant. Something changed to make an organism different than the  normal individuals of its population.  o Reverse Mutations: Where we had a mutant, now we’ve reverted back to the wild­type.  There was a mutation in an organism, but somehow its offspring did not inherit that  mutation.   Revertants: Organisms that are known to have had their mutation reversed. This  can happen in multiple locations.   Same­site Revertants: Had a mutation that occurred, which was then  simply reversed.   Second­site Revertants (suppressor mutations): There is a mutation  somewhere else in the genome (maybe somewhere else in the gene or  chromosome), that undoes the effects of the first mutation. Basically,  they suppress the effects of the first mutation. An example might be, if a  mutation caused inhibition of a gene, a second mutation happens that  destroys the inhibition material, allowing the gene to be expressed.  Describe the phenotypic effects of mutations in bacteria. o Morphological: Change in colonial or cellular morphology – you can actually see the  change in the shape or structure of the colony or cell itself. o Lethal: Changes that kill the organism. Usually happens because a mutation has  destroyed or inhibited an essential gene and its function.  o Conditional Mutation: Mutations that really only matter under certain conditions.  Classically we look at changes in heat­shock proteins. Won’t see the effects until we try  to grow the organism at higher temperatures. At normal temperatures, the mutation will  go unnoticed.  o Biochemical effects: Something about the biochemistry of the cell has been changed. A  pathway for production of material is interrupted, for example.   Auxotrophic Mutants: Generally looking at organisms that have mutated to  be unable to make its own amino acids or other macromolecule. For instance, a lysine auxotroph would need lysine in the medium to survive because it can’t  make its own.  Prototroph: The strain from which the auxotroph arose. In the above lysine  example, the prototroph strain can make its own lysine.  o Resistance: Can have antibiotic, competition, or chemical resistance mutations. Often are classified as biochemical changes.   Distinguish between prototrophs and auxotrophs. o See above.   Describe how to detect and isolate mutants (including the replica plating technique). o Mutant Detection: Observation of changes in phenotype in the mutants (screening).  Usually just used when you’re trying to find the mutant. Can be looking at colony  morphology,  o Selectable Mutations: Confer some type of advantage to the organisms that possess  them (for example: drug resistance). We can then attempt to isolate organisms based on  them having a particular characteristic. Find conditions where only one form of the  organism will grow.   Replica Plating: Can be used to detect auxotrophic mutants. The idea is that you have a plate of cells that are grown on a complete medium. You know that  everything a cell could need is in this medium, and you have colonies on the  plate. Perhaps you expose them to a mutagen, so you suspect you have some  auxotrophs on the plate. So, you’d take two more plates, one of which is  complete, and one of which is a medium that is deficient in what you expect the  auxotrophs to be unable to create. You use a stamp (typically made of velvet),  and transfer the original colonies to these new plates. You incubate the plates and look for colonies that grow on the complete medium, but not the deficient plate.  If you see this, you can take them from the complete plate to study them as  auxotrophs.   Know the difference between screening and selection. o Screening: When screening for a phenotype, you are allowing for all of the organisms to  grow, and only observing if your mutation is displayed. For instance, on a plate that  changes colony color if lactose is fermented, you would look for cells in the colony that  either do, or don’t ferment lactose. One is the wild­type, the other is a mutant.  o Selection: This is used to actually isolate ONLY the mutants. This was what we did in  lab with the plasmid/transformation exercise. You give a bacterial culture conditions that  allow ONLY mutants to grow. For instance, only mutants that contain resistance to an  antibiotic would grow on a plate containing that antibiotic. The wild­type bacteria would  not grow.   Describe the possible fates of donor DNA during horizontal gene transfer. o As a refresher, here is some information about horizontal gene transfer:   Vertical gene transfer: transfer of genetics from one generation to the next.   Microbes can go through horizontal gene transfer (not possible in most  (almost all) eukaryotes). Transfer of genetic information between two organisms  living at the same time. Not from generation to generation. There are 3 basic  pathways for horizontal gene transfer in bacteria.  Transformation: The ability of some bacteria to pick up extracellular  DNA from the environment. Usually happens due to lysis of other cells,  putting the DNA into the environment. Some cells can take this DNA  up, and if they are able to do so, they are called competent.   Transduction: Kind of an accidental process – transfer of genetic  material from one bacteria to the next due to a phage infection. Have a  bacteriophage that comes and infects the first cell. When it goes over and infects the next cell, some of the genetic information from the first cell  gets passed to the second cell. There are multiple types of this.   Conjugation: Talked about a little bit so far. Usually involves the  formation of a sex pilus. The plasmid in one cell (donor) has genes that  encode to create a sex pilus. The donor basically has a tube that can form between it and a recipient, and can pass genetic information to the  recipient.   What can be picked up/passed from one cell to another could be plasmids.  Or, it could just be a piece of DNA that came from a chromosome. What happens to that DNA depends on the type of DNA it is, and the factors of the host cell.  There are generally four possibilities. o When a recipient cell receives DNA from somewhere else – 2 possibilities that give  you stable recombinants, 2 possibilities that do not get you stable recombinants:  DNA that the cell picked up is similar to DNA that is already in the cell  genome. This can result in recombination, where external DNA will get  incorporated into the host cell chromosome. This results in a Stable  Recombinant. Once that new DNA is incorporated, every time the cell replicates, this piece of DNA will also replicate.   The cell picked up a plasmid – if the plasmid you picked up is capable of  replicating on its own, and it replicates at a fairly decent speed, it probably will  not get incorporated into the host cell chromosome, but every time the cell  replicates, the plasmid might replicate as well. This would also be considered a  stable recombinant.   The cell picked up a plasmid, but that plasmid is not capable of replicating  on its own. The host cell probably doesn’t have the factors that force the plasmid to replicate. There are some plasmids that have to have cell factors that make it  replicate. This usually results in the plasmid being lost from the population, and  you end up with no stable recombinants.   Cell enzymes are used to destroy foreign DNA – probably a defense  mechanism against phage infection. Will not get any stable recombinants. This  process is called Restriction. The enzymes are called Restriction enzymes. We  have been able to use them in the laboratory setting.   Describe homologous recombination in bacteria. o Genetic Recombination – this occurs AFTER horizontal gene transfer has already  occurred. This is where one or more nucleic acid molecules are rearranged or combined  to produce a new nucleotide sequence. This results in a changed genotype, the actual  genetic sequence has changed. There are multiple types.   Homologous recombination: Most common type that occurs. This is due to  sequence similarity between the part that is foreign, and the cell DNA. Also  referred to as crossing over, but it is NOT the same as what happens during  Meiosis. The idea that we have long stretches of sequence similarity between  some foreign piece of DNA, and the bacterial chromosome. The name  homologous tells you that you have to have sequence homology between the two  pieces. Have to have similarity, not a random event.   In order for this to happen, we have to first have “nicking” happen.  There are two pieces of double stranded DNA, the chromosome and the  foreign piece. We have to cut part of those strands so that recombination  can occur. This involves an endonuclease – an enzyme that can cut  inside a nucleic acid sequence – which comes in and cuts one of the  strands of DNA, not both of them.   Single Stranded DNA Binding Protein comes in to stabilize the loose  end. Binds to the free DNA to help prevent degradation of it.   From there, RecA protein comes in and helps the single strand  “invade” the portion of the host cell chromosome where we are  trying to get recombination to occur. This process is called strand  invasion. Have foreign DNA come in and bind partially to the host cell  chromosome.   This process continues, and you end up with the “crossover event.”  You have portions of the foreign DNA, and portions of the host cell  chromosome that are interacting with each other. This crossing is  sometimes called a Holiday Junction. This is the site where  recombination will occur.   You have another enzyme, known as resolvase that comes in to help  resolve the crossover area (holiday junction). The result of this is  usually that part of the foreign DNA becomes incorporated into the  recipient DNA, and part of the chromosome DNA gets incorporated to  the foreign piece of DNA.  Site­specific recombination: Will not talk about this so much. Doesn’t depend  on sequence similarity. This is just due to the fact that there are areas of the  genome that are more prone to recombination.  Compare and contrast insertion sequences and transposons. o Transposition: Not dependent of long regions of sequence similarity. This is based on  certain genetic elements – dependent on insertion sequences or transposons. This is done  by transposable elements.   Transposable elements are pieces of DNA that can participate in  transposition. It gets a little more specific than that, there are specific types.  They can be moved around in the chromosome, usually to specific sites. They all  have a gene that are responsible for the transposase production. All are bound  by inverted terminal repeats, and flanked by direct repeats. These repeats  have a lot to do with their ability to move, and where they get incorporated.  [GAGTCAT(transposon)TACGAGT] = basic structure, with both inverted  repeats and flanking direct repeats.   There are two types of transposable elements:  Insertion Sequences: The simplest type. They are small relative to other transposable elements and only code for proteins implicated in the  transposition activity. This protein is often transposase, which allows the  insertion sequence to move.   Transposons: Often abbreviated as Tn. These sequences carry all of the  same stuff as an insertion sequence, but also carry other genes with them. They often carry antibiotic resistance in bacteria, for instance.   Understand the mechanisms of transposition (simple and replicative). o Simple: Known for having other genes than just the flanking repeats and the inverted  repeats. Transposons may carry antibiotic resistance genes. They can move within a  bacterial genetic sequence, but also between organisms. Act through a cut and paste  mechanism. Gets cut from one part of the genome, and inserted into another part of the  genome.  o Replicative: Same three basic elements as the simple mechanism, but now we also have  a resolvase gene, which is needed due to the mechanism that these transposons move  around. Act through a copy and paste mechanism. This is similar to homologous  recombination – happens where a portion of the transposon is copied, and then inserted  into a different area of the genome. Have the transposon in both the original spot, and  the new spot. Need resolvase to close the crossover region.  Describe bacterial plasmids, their significance in a bacterial host, and their role in  horizontal gene transfer.  o Bacterial Plasmids: Separate circular piece of genetic material (DNA) within the  bacterial cell. Plasmids may or may not be incorporated into the cell genome. Episomes  is the term for a plasmid that gets incorporated into the host cell chromosome.   Must have an ori: This is the origin of replication, where a plasmid will begin  replication.  They have a distinct copy number: The number of times you will find a  plasmid within a cell. Some plasmids are single copy plasmids, which means  you’ll find only one in the cell. There are also multi­copy plasmids that can be present in much larger number.  They carry genes that may confer a selective advantage: A number of  pathogens causing virulence factors. These factors help the pathogen cause  infection, but aren’t needed for basic survival.  o R plasmids, also called R factors: These are called R plasmids/factors because they  carry a tremendous number of genes for resistance to antimicrobials. Some are  conjugative (passable through conjugation), which means some are also F plasmids. They are usually not episomes, they usually stay as self­replicating plasmids.  o Fertility (F) Plasmids: also called F factors – conjugative plasmids (can be passed  through conjugation).   Have a tra region, which typically contains the genes for a sex pilus. Can  transfer copies of themselves to other bacteria during conjugation. If a  plasmid has a number of resistance genes, but also has the tra region, it is also an  F plasmid. These plasmids can be episomes. Once they get transferred through  conjugation, they may incorporate into the cell genome. If there is a plasmid that  has a tra region, but no resistance genes, it is just an F plasmid.   Be able to read a plasmid map. o Need to be able to recognize the basics, such as the ori as the origin of replication,  and the Tn that is a transposon, and IS that are insertion sequences. All of the rest of the other genes are typically resistance genes. If there is a plasmid that has a tra  region, but no resistance genes, it is just an F plasmid  Describe the process of bacterial conjugation. o Conjugation: The idea that you have contact (direct) dependent DNA transfer. A donor  cell gives DNA to a recipient cell. The donor cell is typically an F+ cell. The donor has  an F+ plasmid that creates a sex pilus, and then transfers the F+ plasmid. The donor starts as F+ and ends as F+. The recipient starts as F­ and ends as F+. The cells usually start by  touching each other. Once contact happens, the formation of the sex pilus occurs. The  pilus retracts after it forms, and brings that back in touch with each other so DNA transfer can happen more readily. A single strand from the plasmid gets nicked, and is passed to  the recipient. The plasmid DNA is replicated at the same time in both cells, and you get  double stranded copies of the plasmid in both cells.  Understand the process of transformation (natural and artificial) and the concept of cell  competence. o Competent cells are cells that are able to pick up DNA from the environment.  Natural competence is that cells can just do this in their natural environment, and it may  be triggered by stress. They, on their own, can pick up DNA from their environment. We  have ways of creating competent cells in the lab. We can force cells to pick up external  DNA. This competence is named after the way you force cells to make them competent.  Chemical: Chemically competent cells. Electricity: Electric Competent cells.   This plays an important role in horizontal gene transfer – usually results from the  lysis of one cell, releasing DNA in the environment.  o Laboratory competency: Might also be called artificial transformation – you’re forcing  the cell to take up the external DNA. Many of the techniques boil down to that you  temporarily form holes in the cell envelope. The cells take up anything else in the  medium. You damage the cell envelope enough that anything can be taken in for a period of time. You’re just stacking the odds in your favor. Whenever this is done, there is a  huge amount of cell death that occurs. If you get too many holes, or the cell can’t  repair fast enough, the cell will probably die. The success rate is very low.   One method of artificial transformation is a heat shock method – take them  through a series of hot and cold steps, and causes slight degredation of the cell  envelope.   Electroporation – pre­treatment of cells occurs, but also put into a device that  allows giving a shock to the cells to open the pores of their envelope.   Know the significance of the following abbreviations:  RecA, IS, Tn, F+, F−, tra, ori. o RecA: Abbreviation for the protein that assists in homologous recombination.  o IS: Intron sequence – abbreviation on a plasmid map that indicates an intron.  o Tn: Transposon sequence – abbreviation on a plasmid map that indicates a transposon,  which typically carries resistance genes with it.  o F+: Indicates a plasmid that is capable of initiation of conjugation. Fertility plasmid is  present. o F­: Indicates a cell that is not capable of initiation of conjugation. Fertility plasmid is not  present.  o Tra: Abbreviation on a plasmid map that indicates  o Ori: Abbreviation on a plasmid map that indicates an origin of replication. All plasmids  should have this.   Compare and contrast generalized and specialized transduction. o Transduction – transfer of bacterial genes by viruses – ultimately fatal for the phage.  Virulent bacteriophages (reproduce using a lytic life cycle) and temperate bacteriophages  (reproduce using a lysogenic or lytic life cycle) can be involved in this. A mistake usually occurs during the lysogenic life cycle of the temperate phages that allows for  transduction. There are two types.   Generalized transduction: Phages that are capable of this can carry any and  all bacterial genes and transfer them to another. No specificity.   Specialized Transduction: Phages are only able to pick up genes from specific locations in the bacterial genome. This is carried out only by temperate  phages that have established lysogeny. Only specific portion of bacterial  genome is transferred. When the virus goes to switch to the lytic life cycle, they  cut themselves out of their location in the bacterial genome. This means that  ONLY the genes from around that site can get excised with the viral genome.  You have potential for transduction, and creates a defective phage that cannot  replicate. If everything goes per normal, this will not happen, and the viral  genome will just cut itself out of the bacterial genome, and go on to replicate and  lyse the cell. If a mistake occurs, the viroids can be assembled, but they contain  the bacterial genes, and leave behind viral g


Buy Material

Are you sure you want to buy this material for

50 Karma

Buy Material

BOOM! Enjoy Your Free Notes!

We've added these Notes to your profile, click here to view them now.


You're already Subscribed!

Looks like you've already subscribed to StudySoup, you won't need to purchase another subscription to get this material. To access this material simply click 'View Full Document'

Why people love StudySoup

Steve Martinelli UC Los Angeles

"There's no way I would have passed my Organic Chemistry class this semester without the notes and study guides I got from StudySoup."

Janice Dongeun University of Washington

"I used the money I made selling my notes & study guides to pay for spring break in Olympia, Washington...which was Sweet!"

Steve Martinelli UC Los Angeles

"There's no way I would have passed my Organic Chemistry class this semester without the notes and study guides I got from StudySoup."

Parker Thompson 500 Startups

"It's a great way for students to improve their educational experience and it seemed like a product that everybody wants, so all the people participating are winning."

Become an Elite Notetaker and start selling your notes online!

Refund Policy


All subscriptions to StudySoup are paid in full at the time of subscribing. To change your credit card information or to cancel your subscription, go to "Edit Settings". All credit card information will be available there. If you should decide to cancel your subscription, it will continue to be valid until the next payment period, as all payments for the current period were made in advance. For special circumstances, please email


StudySoup has more than 1 million course-specific study resources to help students study smarter. If you’re having trouble finding what you’re looking for, our customer support team can help you find what you need! Feel free to contact them here:

Recurring Subscriptions: If you have canceled your recurring subscription on the day of renewal and have not downloaded any documents, you may request a refund by submitting an email to

Satisfaction Guarantee: If you’re not satisfied with your subscription, you can contact us for further help. Contact must be made within 3 business days of your subscription purchase and your refund request will be subject for review.

Please Note: Refunds can never be provided more than 30 days after the initial purchase date regardless of your activity on the site.