5.8.2. Трансдукция

Трансдукция – перенос генетического материала из клетки донора в клетку реципиента через трансдуцирующий бактериофаг. Последний представляет собой умеренный фаг, который в состоянии профага получил участок ДНК от донорской клетки в результате неточного вырезания своей последовательности из генома клетки-донора. При этом бактериофаг становится дефектным, т.к. теряет часть собственной нуклеиновой кислоты. Такой фаг упаковывается в свою оболочку, выделяется из клетки и может проникать в клетку-реципиент.

Этот вид рекомбинаций открыт Н. Циндером и Дж. Ледербергом в 1951 г.

Различают 3 вида трансдукции:

1. Неспецифическая;

2. Специфическая;

3. Абортивная.

Неспецифическая трансдукция. При этом трансдуцирующий бактериофаг передает в реципиентную клетку любой ген донорской клетки и включает его в гомологичную область ДНК реципиента путем рекомбинации этого гена с нуклеоидом. Трансдуцирующий бактериофаг выступает лишь в роли переносчика, в нуклеоид не встраивается, и лизогенизации реципиентной культуры не происходит.

Специфическая трансдукция. Здесь бактериофаг переносит строго определенный ген (или гены) от клетки донора к реципиенту и встраивает его в определенном участке ДНК реципиента путем сайт-специфической рекомбинации. В этом случае бактериофаг может встраиваться в нуклеоид клетки-реципиента, т.е. происходит лизогенизация бактерии. При этом такие клетки становятся невосприимчивыми, как и все лизогенные клетки, к последующему заражению гомологичным вирулентным фагом.

Обычно при специфической трансдукции переносятся бактериальные гены, сцепленные с геномом встроенного бактериофага. Чаще всего они окаймляют (фланкируют) профаг. Для E.coli и фага лямбда это гены gal и bio, контролирующие, соответственно, метаболизм галактозы и синтез витамина биотина.

Абортивная трансдукция. В этом случае фрагмент ДНК донора, доставленный при трансдукции, не включается в ДНК реципиента и остается в цитоплазме. Клетка не лизогенизируется, а новый признак по мере деления клетки исчезает.

5.8.3. Конъюгация

Конъюгация – передача генетического материала из клетки донора в клетку реципиента при непосредственном контакте клеток через цитоплазматический мостик (рис. 9).

Это явление впервые было установлено Д.Ледербергом и Э.Татумом в 1946 г. при совместном культивировании двух штаммов кишечной палочки. В конъгации участвуют клетки, действующие в качестве доноров и реципиентов генетического материала. Перенос генетического материала является односторонним.

Не все клетки могут быть донорскими. Они должны содержать особый репликон, ответственный за конъюгацию – F-фактор (фактор фертильности, половой фактор).

F⁺ клетки были названы генетическими донорами, т.к. они содержат данный фактор. F^-- реципиентные клетки не содержат полового фактора, но могут приобрести его в процессе конъюгации.

Как уже упоминалось, F-фактор является конъюгативным репликоном и содержит tra-оперон. Данный оперон обеспечивает процесс конъюгации (происходит образование половых ворсинок – «секс-пилей», формирование конъюгационной трубки и т.д.). Белки половых ворсинок обладают адресной функцией, распознают реципиентную клетку и обеспечивают связь с ее специфическими рецепторами.

Если F-фактор находится в автономном состоянии в цитоплазме донора, то в процессе конъюгации происходит его репликация по механизму «катящегося кольца». Линейная копия F-фактора переходит по конъюгационной трубке в клетку-реципиент, и та приобретает свойства генетического донора.

F-фактор может находиться и в интегрированном в хромосому клетки-донора состоянии. Такая бактерия получила название Hfr-клетки (англ. high frequency of recombination – высокая частота рекомбинации). При этом у донора образуется кольцевая хромосома, включающая F-фактор.

Hfr-клетка способна к конъюгации. При этом также происходит репликация ее генома по механизму «катящегося кольца» со встроенным F-фактором. Tra-оперон F-фактора обеспечивает процесс межклеточного взаимодействия. Репликация нуклеоида начинается у F-фактора и бактериальная хромосома начинает переходить в клетку-реципиент. F-фактор в этом случае передается последним. Учитывая длину и непрочность конъюгационной трубки, полный перенос копии нуклеоида донора происходит весьма редко. F-фактор остается в донорской клетке. В этом случае клетка-реципиент не приобретает свойств генетического донора. Однако она получает гены из нуклеоида бактерии-донора. В случае рекомбинации донорской ДНК с нуклеоидом реципиента образуется гибридный нуклеоид – мерозигота, и реципиент приобретает новые свойства.