IV. 1. 2. Внехромосомные факторы наследственности

У многих обнаружены внехромосомные факторы наследственности: плазмиды, IS-элементы и транспозоны.

Плазмиды – это двуцепочечные кольцевые молекулы ДНК, размером 0,1 до 5% размера хромосомы, несущие гены, необязательные для клетки-хозяина, или гены, необходимые только в определенной среде.

Существуют разные классификации плазмид, чаще всего основу классификации составляет наличие в плазмидах определенных модульных сегментов ДНК (табл. 3).

Таблица 3

Классификация плазмид

Группа плазмид	Свойства плазмид
F – плазмиды R – плазмиды Col – плазмиды Ent – плазмиды Hly – плазмиды Биодегративные плазмиды	Донорские функции Устойчивость к лекарственным препаратам Синтез колицинов Синтез энтеротоксинов Синтез гемолизинов Разрушение различных органических и неорганических соединений, в том числе и тяжелых металлов

Каждая плазмида является самостоятельным репликоном, сама контролирует собственную репликацию. Для этой цели она должна иметь по крайней мере один или несколько репликативных модулей (областей инициации репликации), которые и позволяют ей автономно реплицироваться. Наличие других модулей, не связанных с репликацией, не являются обязательными для каждой плазмиды. Коньюгативные (самотрансмиссивные) плазмиды, подобно F-фактору имеют модули, содержащие гены и регуляторные области, необходимые для переноса плазмиды из одной клетки в другую. Трансмиссивные плазмиды кодируют специальные ворсинки, половые пили, которые появляются на поверхности клеток, содержащих плазмиды, и способны специфически связываться с поверхностью безплазмидных клеток. Последующее сокращение пиля притягивает клетки друг к другу, и между ними образуется мостик, через который плазмидная ДНК может передаваться в новую клетку. Неконьюгативные плазмиды (утратившие модуль коньюгации) не способны к самотрансмиссивности, но способные к передаче в присутствии трансмиссивных плазмид, используя их аппарат коньюгации.

F-плазмиды обеспечивают устойчивость к антибиотикам. Их модули содержат гены, белковые продуты которых (например, -лактамаза) инактивируют антибиотики. Col-плазмиды, несут Col-модули, кодирующие один из нескольких белков – колицинов (антибактериальных агентов).

Модульное строение типичной R-плазмиды представлено на рис. 15. Около 50% последовательности из приблизительно 10⁵ пар оснований этих плазмид гомологичны одному из участков F-плазмиды как по структуре, так и по функциям. Вторая половина R-плазмиды не родственна F и содержит модули, ответственные за резистентность к стрептомицину, сульфаниламидам, хлорамфениколу и канамицину.

Рис. 15. Схематичное изображение генома типичной R-плазмиды

Светлый овал – область начала репликации. Гены резистентности к антибиотикам: тетрациклину – tet^r, хлорамфениколу – cam^r , канамицину – kan^r , стрептомицину – str^r, ампицилину – amp^r. Точками выделены сегменты, необходимые для коньюгации (tra), штриховкой – мобильные элементы

У бактерий идентифицированы дискретные подвижные элементы (мобильные элементы) – IS-элементы и транспозоны. Эти элементы способны перемещаться не только между плазмидами, но и между плазмидными и клеточными геномами, в также в пределах самого бактериального генома. Обычно многие модули в плазмидах являются подвижными элементами или фланкированы ими.

IS-элементы (от англ. insertion sequences – последовательности-вставки) – это сегменты ДНК, способные перемещаться как целое из одного участка локализации в другой. IS-элементы содержат лишь те гены, которые необходимы для их собственного перемещения – транспозиции.

Транспозонами (Tn-элементы) называют сегменты ДНК, обладающие теми же свойствами, что и IS-элементы, но содержащие также гены, не имеющие непосредственного отношения к транспозиции (гены устойчивости к антибиотикам, гены токсинов или гены дополнительных ферментов клеточного метаболизма).

IS-элементы и транспозоны ответственны за целый ряд генетических явлений у бактерий. Встраивание мобильного элемента в какой-либо ген может привести к его инактивации. Кроме того, некоторые IS-элементы и транспозоны вызывают генетическую нестабильность поблизости от места своей локализации: в окрестностях элемента повышается частота делеций и инверсий. Мобильные элементы способны вызывать транслокации.