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.