Тайны вирусов

...тысячи лет идет эта тихая невидимая война человека и вирусов...

  • Увеличить размер шрифта
  • Размер шрифта по умолчанию
  • Уменьшить размер шрифта

БАКТЕРИИ (дополнение к ст. "Бактерии", БМЭ, изд. II, т. 3).

БАКТЕ́РИИ (дополнение к ст. "Бактерии", БМЭ, изд. II, т. 3).

Рекомбинации у бактерий.

В наст. время известны три основных механизма переноса генетического материала у бактерий: 1) трансформация, 2) трансдукция и 3) конъюгация. При трансформации и трансдукции в реципиентную клетку проникает лишь небольшая часть хромосомы донора, тогда как при конъюгации передается значительно больший фрагмент. Проникший фрагмент хромосомы донора взаимодействует с хромосомой реципиента, следствием чего является перераспределение генетического материала, и формирующееся потомство характеризуется новой комбинацией наследственных признаков. Этот процесс называют генетической рекомбинацией, а особей с новой комбинацией наследственных свойств - рекомбинантами.

При всех формах переноса генетического материала у бактерий, в отличие от полового процесса у более высокоорганизованных форм, образуются частичные зиготы, называемые мерозиготами (от греч. meros - часть). Мерозигота, содержащая идентичные аллели генов, называется гомогенотой, а включающая неидентичные аллели генов - гетерогенотой. Переданные гены обозначают термином экзогенота, а гены бактерии-реципиента - эндогенота. В силу того что бактерии являются гаплоидными организмами, мерозигота диплоидна лишь по ограниченному количеству признаков, а состояние меродиплоидности носит временный характер. В мерозиготе формируется рекомбинантная хромосома, большинство генов к-рой принадлежит реципиентной клетке и только часть донору.

Рис. 1. Копирование с переменой матриц ('избирательное копирование'). В результате репликации (стрелкой показано ее направление) образуется новый дочерний геном, для которого матрицей служит сначала один из двух скрещивающихся родительских геномов, а затем другой. Смена матриц происходит на участке между локусами А и Б (А и Б - два генетических локуса; а и б - их аллели).

Рис. 1. Копирование с переменой матриц ("избирательное копирование"). В результате репликации (стрелкой показано ее направление) образуется новый дочерний геном, для которого матрицей служит сначала один из двух скрещивающихся родительских геномов, а затем другой. Смена матриц происходит на участке между локусами А и Б (А и Б - два генетических локуса; а и б - их аллели).

Механизм формирования рекомбинантов у бактерий до наст. времени изучен недостаточно. При всех формах переноса генетической информации целая хромосома бактерии-реципиента взаимодействует с фрагментом хромосомы донора, что исключает возможность образования реципрокных рекомбинантов. Поэтому первые детальные исследования акта рекомбинации на молекулярном уровне были проведены в опытах на бактериофагах. Данные, полученные Херши и Ротман (A. Hershey, R. Rotman, 1949), а также рядом других авторов, не соответствовали представлению, что рекомбинация сводится к разрыву и воссоединению молекулы ДНК, т. е. к процессу, аналогичному кроссинговеру при рекомбинациях хромосом высших организмов. На этом основании была сформулирована гипотеза, согласно к-рой рекомбинация у бактерий и фагов осуществляется в результате иного механизма, названного Ледербергом (J. Lederberg, 1955) избирательным копированием. Согласно данной концепции в ходе репликации родительских хромосом копирование начинается на одной из них, а затем переключается на другую. Т. о., вновь возникающая структура частично копирует геном одного родителя и частично другого, т. е. получает генетическую информацию от обоих родительских геномов и является рекомбинантной (рис. 1). В отличие от гипотезы избирательного копирования, предполагающей, что рекомбинантная хромосома синтезируется заново, в соответствии с гипотезой разрыва и воссоединения она объединяет части родительских хромосом (рис. 2).

По мере внедрения в генетические исследования методов изотопного и седиментационного анализов появились данные, позволившие отдать предпочтение теории, согласно к-рой рекомбинация у бактерий осуществляется аналогично процессу кроссинговера у высших организмов.

Рис. 2. Рекомбинация в результате разрыва и воссоединения. Два скрещивающихся родительских генома разрываются между локусами А и Б и между их аллелями а и б, после чего гетерологичные участки воссоединяются.

Рис. 2. Рекомбинация в результате разрыва и воссоединения. Два скрещивающихся родительских генома разрываются между локусами А и Б и между их аллелями а и б, после чего гетерологичные участки воссоединяются.

На примере фага λ были получены достаточно убедительные доказательства [Келленбергер (G. Kellenberger) и соавт., 1961; Мезельсон и Вайгль (М. Meselson, Т. Weigle), 1961] концепции, утверждающей, что механизм генетической рекомбинации включает в себя разрыв ДНК родительских штаммов и физический обмен участками рекомбинирующих геномов. Кроме того, в указанных экспериментах и в последующих опытах с фагом Т4 [Томидзава и Анраку (J. Tomizawa, N. Anracu), 1964] было установлено, что рекомбинация осуществляется в отсутствии синтеза ДНК, что явно не совместимо с гипотезой избирательного копирования. Выводы в пользу концепции разрыва и воссоединения, сделанные на основании опытов с фагами, в дальнейшем были подтверждены и в экспериментах с бактериями [Сиддики (О. Siddiqi), 1963], в ходе к-рых было показано, что рекомбинантная ДНК бактерий не формируется в результате избирательного копирования, а представляет собой структуру, включающую большую часть ДНК реципиента и фрагмент ДНК донора. Следовательно, рекомбинация, осуществляющаяся в соответствии с механизмом разрыва и воссоединения, в конечном итоге должна сводиться к удалению из ДНК реципиента небольшого участка молекулы с последующим восстановлением целостности бактериальной хромосомы путем "вставления", или "вшивания", в нее части фрагмента ДНК клетки-донора.

Согласно представлению Говард-Фландерса (P. Howard-Flanders), механизм рекомбинации во многом аналогичен репарации ДНК, облученной ультрафиолетовыми лучами. Эта репарация заключается в удалении из облученной хромосомы поврежденного участка и замене его интактным фрагментом. Предполагается, что данный процесс, как и восстановление целостности хромосомальной ДНК при рекомбинации, катализируется одной и той же ферментной системой, контролируемой специфическими генами. В опытах Кларка и Маргулиса (A. Clark, A. Margulies, 1965) были получены экспериментальные доказательства высказанных положений. Наиболее вероятно, что данный фермент катализирует этап генетической рекомбинации, при к-ром происходит восстановление структурной целостности хромосомы реципиента после замены участка ее ДНК фрагментом хромосомы донора.

Т. о., в наст. время принято считать, что рекомбинация у бактерий сводится к разрыву и воссоединению взаимодействующих между собой хромосомы реципиента и фрагмента хромосомы донора, а сам процесс воссоединения катализируется специальной ферментной системой. См. также Конъюгация бактерий (т. 36), Трансдукция, Трансформация бактерий (тт. 32 и 36).

Ю. Фомичев.