2.3 Негомологичная рекомбинация

Рекомбинационные процессы, в ко­торых участвуют сегменты ДНК, не обнаруживающие заметной генети­ческой гомологии, называют негомологичной рекомбинацией. Негомологичная рекомбинация независима от гена rec А. К такой ре­комбинации способны: 1) вставочные последовательности (IS-элементы); 2) транспозоны (Тп); 3) бактериофаг (мю).

3. Конъюгация, трансформация и трансдукция

3.1 Конъюгация

При конъюгации, для которой необходим непосред­ственный контакт между бакте­риальными клетками, осуще­ствляется направленный пере­нос генетического материала от клетки-донора в клетку-реципи­ент. Как правило, в клетку-ре­ципиент переносится только часть генетического материала клетки-донора, в результате чего образуется неполная зигота, или мерозигота, содержащая часть генома донора и полный геном клетки-реципиента. Участки перенесенной от донора ДНК нахо­дят гомологичные участки в молекуле ДНК реципиента, между которыми происходит генетический обмен. В результа­те часть донорной ДНК встраивается (интегрируется) в геном ре­ципиента, а соответствующая часть реципиентной ДНК из него исключается.

При исследовании процесса скрещивания бактерий выяснилось, что способность клетки быть донором связана с наличием особого фактора, который при конъюгации передается из одной клетки в другую - полового фактора F (от fertility - плодовитость). Клетки, не содержащие фактора F (клетки F~), могут функционировать только как реципиенты. При конъюгации, т.е. при прямом контакте между клетками, частота передачи фактора F близка к 100%. Таким образом, клетки-реципиенты в результате конъюгации превращаются в потенциальных доноров; при этом хромосомные признаки еще не передаются.

Фактор F представляет собой кольцевую двухцепочечную молекулу ДНК. В качестве внехромосомного автономно реплицируемого элемента ДНК ее следует отнести к плазмидам. Эта мо­лекула содержит гены, ответственные за процесс конъюгации, в том числе гены, детерминирующие особые структуры клеточной поверхно­сти, например половые волоски, или F-пили, необходимые для конъюгации. Они служат для взаимного узна­вания при контакте между клеткой-донором и клеткой-реципиентом и делают возможным образование конъюгационного мостика, по кото­рому ДНК переходит внутрь клетки-реципиента.

Клетки-доноры, обеспечивающие вы­сокую частоту рекомбинаций, получили название клеток hfr (от англ. high frequency of recombinants). Фактор F включается в бактериальную хромосому лишь в определенных участках, число которых ограничен.

Распространенность конъюгации среди других групп бактерий. Переда­ча генов путем конъюгации, открытая у Escherichia coli, очень широко распространена у энтеробактерий.

Посредством переноса факторов F из Е. coli К12 в клетки Salmonella и Shigella удалось создать новые генетические системы. Сходные си­стемы были найдены в группе псевдомонад. Про­цессы конъюгации широко изучались на Streptomyces coelicolor, видах Nocardia, Rhizobium и других бактериях. Обмен генами путем конъюга­ции и мобилизация генов с помощью плазмид, вероятно, очень распро­странены в мире прокариот.