13. Механизмы рекомбинации у бактерий (трансформация, конъюгация и трансдукция).

Вопрос о том, возможна ли рекомбинация у бактерий, т. е обмен генетическим материалом, долгое время оставался открытым. Его решение имело глобальное значение для биологии с точки зрения установления общности генетических закономерностей для всех живых организмов. К 1952 г были установлены три основных механизма рекомбинации у прокариот: конъюгация, трансдукция, трансформация.

Контакт м/у клетками (сопровождающийся кросенговером) осуществляется ч/з цитоплазматический мостик. Хейс в 1952 г установил половой фактор F в виде плазмиды. Половой фактор есть только у бактерии мужского пола доноров ген. материала, а женские – реципиентами. F фактор ведет себя двояко: как автономная цитоплазм частица и как локус бактериальной хромосомы. В последнем случае плазмада становится эписомой.(способны к взаимному превращению). Разрыв кольцевой хромосомы бактерии происходит справа и слева от F и свободный от F конец хромосомы становится начальной точкой переноса группы сцепления генов бактерий – это локус о (origin). В к-ку реципиент входит однонитевая ДНК из молекулы донора. Ее переход осуществляется по типу катящегося кольца. В результате в к-ке реципиенте оказываются 2 х-мы, а в к-ке доноре – 1. Гены, вошедшие при конъюгации в к-ку реципиент вкл. в ее хромосому способом аналогичным кроссинговеру. И при деление такой оплодотворенной к-ке появляются рекомбинанты. Таким образом в период конъюгации кольцо хромосомы донора у бактерий разрезается и при норм. протекании полностью в линейной с-ре переходит в к-ку реципиента. Из образовавшейся диплоидной зиготы при ее деление образуется гаплойдноу потомство, вкл. по одной кольцевой х-ме. Часть потомства может быть представлена рекомбинантами, т. к. гены, вошедшие при конъюгации в к-ку реципиент, вкл в ее х-му способом аналогичным кроссинговеру.

Трансформация. Открыто Гриффитсом в 1928 г в опытах с пневмококками. Известно 2 штамма: вирулентные (имеют гладкую капсулу и обр. гладкие колонии) и авирулентные (бескапсульные и имеющие шероховатую колонию). Смешал авирулентный штамм с убитым нагреванием вирулентным и наблюдал гибель зараженных этой смесью мышей. Изучение популяций бактерий из инфицированных мышей показало, что часть к-к из авирулентных превратилась в вирулентные. Эйвери, Мак-Леод и Мак Карти в 1944 г. доказали что трансформирующем агентом является ДНК. На три пробирки со смесью авирулентных и убитых вирулентных штаммов они действовали ДНК-азой, РНК-зой, протеазой. Только при обработке ДНК-зой трансформирующая способность в смеси не наблюдалась. Трансформация – это передача генов от одного штамма бактерий к другому в форме растворенных фрагментов ДНК, которые могут происходить от живых или мертвых к-к. Эти фрагменты могут проникать только в компетентные к-к, т е. имеющие рецепторы на поверхности. Попав внутрь, фрагмент замещает путем рекомбинации короткие участки ДНК рецепторной к-к, которые содержат зоны гомологии. Распад донорской ДНК на фрагменты происходит под действием дезоксирибонулеаз или рестриктаз. Однако в к-к есть система ферментативной модификации определенных оснований ДНК, предохраняющих молекулу ДНК от распада. Поэтому только у мутантов с пониженной активностью ферментативной модификации удается получить трансформанты

Трансдукция. Открыл Зиндер в 1951 г. Трансдукция обусловлена способностью умеренного фага переносить гены от бактерий-доноров к бактериям реципиентам. Известны 2 типа бактериофагов вирулентные и умеренные. Вирулентные после размножения в к-ке приводят к ее лизису. Существуют в вегетативном состоянии (при размножении внутри к-ки) или в зрелом (метаболически инертном состоянии). Умеренные фаги могут быть в состоянии профага. Бактерии несущие профаг назыв. лизогенные. Они приобретают иммунитет к дополнительному заражению таким же фагом. Состояние профага временно. Умеренный фаг может вызвать как литическую так и лизогенную реакцию. Опыт. Высеивал 2 штама тифозной бактерии, один нуждался в пролине, триптофане, а другой в метионине и гистидине. В смешенной культуре наблюдал появление прототрофных колоний. Затем выращивал эти штаммы в U-образной трубке, разделенной бактериальным фильтром. Так же были получены рекомбинанты. Было установлено что перенос генов осуществляется фильтрующимся агентом – умеренным бактериофагом р22, по которому был лизогеннен один из штаммов. Фаг р22 был способен трансдуцировать любые гены сальмонеллы.