5.8. Рекомбинационная (комбинативная) изменчивость

Рекомбинация у бактерий – перенос генетического материала от клетки-донора к клетке-реципиенту или от одного репликона к другому. Она является важнейшим фактором эволюции. В результате происходит обмен генетической информацией между отдельными особями. Рекомбинации могут наблюдаться на уровне любых живых организмов – от прокариотов до высших эукариотов.

Прокариоты не обладают половым типом размножения. При попадании к реципиенту части ДНК донора образуется неполная зигота – мерозигота. В этом случае образуется только один рекомбинант, основу генома которого представляет геном реципиента с включенным фрагментом ДНК донора.

Выделяют следующие основные типы рекомбинаций:

0. Общая рекомбинация. Она происходит между гомологичными последовательностями ДНК.

1. Сайт-специфическая рекомбинация. Это рекомбинация по небольшой комплементарной последовательности нуклеиновой кислоты.

2. Незаконная рекомбинация. Этот вид рекомбинации происходит между последовательностями ДНК, не имеющими структурного сходства.

Основные процессы, обеспечивающие обмен генетической информацией, можно проследить на примере общей рекомбинации.

Выявлено, что есть особые группы генов, участвующих в рекомбинациях: rесА, recВ, reсС, recD. Они кодируют в нормальных клетках образование специфических ферментов-рекомбиназ (RecA, RecBCD).

RecА – полифункциональный белок, который синтезируется в неактивной форме. Он активируется при связывании с ДНК. RecА действует как ДНК-хеликаза (расплетает двухцепочечную ДНК), а также обладает протеолитической активностью – расщепляет ряд репрессоров – например, снимает репрессию с профага в нуклеоиде. Белок RесА катализирует переориентацию цепей ДНК с образованием структуры Холлидея (см. ниже).

Мутации в гене recА могут уменьшать частоту рекомбинации более чем в 1000 раз.

RecBCD-нуклеаза кодируется тремя генами – гесВ, гесС и гесD. Используя энергию АТФ RecBCD-нуклеаза временно деспирализует двойную цепь (дуплекс) дезоксирибонуклеиновой кислоты (проявляет хеликазную активность). При этом образуется фрагмент одноцепочечной ДНК, где затем связывается RесА. Кроме того, она специфически разрезает структуру Холлидея для завершения рекомбинации.

Рекомбинация начинается в результате обмена одноцепочечными участками между родительскими двухцепочечными дуплексными молекулами ДНК. Это обусловлено взаимодействием гомологичных (комплементарных) участков ДНК в родительских молекулах. Соединенные родительские молекулы ДНК образуют структуру креста («крест Р. Холлидея»). После образования такой структуры центр ее может перемещаться вдоль цепей ДНК как застежка-«молния». При этом размыкаются водородные связи между комплементарными цепями внутри родительской молекулы ДНК и замыкаются связи между цепями из различных родительских молекул ДНК. Образуется так называемый гетеродуплексный участок в обеих родительских молекулах ДНК. Вращение структуры Холлидея вокруг точки перекреста приводит к образованию различных рекомбинантных молекул ДНК.

У бактерий существует 3 основных способа, которые приводят к образованию рекомбинантных молекул – трансформация, трансдукция и конъюгация.