3. Мобильные генетические элементы

Мобильные генетические элементы (МГЭ, англ. Mobilegeneticelements, MGE) — последовательности ДНК, которые могут перемещаться внутри генома, то есть в пределах одной хромосомы или между хромосомами.

Существует несколько классов мобильных элементов генома, отличающихся по строению и способу перемещения (транспозоны, плазмиды, бактериофаги).

1) Транспозоны - вирусоподобные ДНК-последовательности, способные перемещаться по геному. Различают ДНК-транспозоны и ретротранспозоны.

ДНК-транспозоны - мобильные генетические элементы, перемещающиеся по геному эукариот по принципу «вырезание - встраивание». ДНК-транспозоны содержат концевые инвертированные повторы и структурный ген, кодирующий фермент транспозазу, посредством которой ДНК-транспозон способен внедряться в геном эукариот. Примерами ДНК-транспозонов являются контролирующие элементы кукурузы, Р-элементы дрозофилы и др.

Ретротранспозоны по строению сходны с ретровирусами, но в отличии от ретровирусов не способны инфицировать клетки и вызывать заболевания. Ретротранспозоны перемещаются по геному по принципу обратной транскрипции. Структурная часть ретротранспозонов кодирует фермент обратную транскриптазу. При проникновении в клетку с последовательности нуклеотидов ретротранспозона транскрибируется мРНК ретротранспозона.

Посредством обратной транскриптазы с мРНК ретротранспозона синтезируется 3`-цепь ДНК ретротранспозона, затем с помощью ДНК-полимеразы I клетки восстанавливается 5`-цепь ДНК. Таким образом, в клетке эукариот образуется двухцепочечная ДНК ретротранспозона.

2) Плазмиды - это небольшие кольцевые (иногда линейные) экстрахромосомные молекулы ДНК, способные к автономной репликации.

Размеры плазмид варьируют от 2 000 до 200 000 п.н. Плазмиды, способные существовать в двух состояниях – автономном и интегрированном в нуклеоид, называют эписомами.

Наиболее изученной плазмидой является половой фактор кишечной палочки (F-плазмида). При половом размножении посредством коньюгации F-плазмида одной кишечной палочки переходит к другой кишечной палочке, таким образом, происходит рекомбинация генетического материала.

Плазмиды широко используются в генной инженерии. Встраивая нужный исследователю ген в плазмиду и затем, внедряя ее в клетку кишечной палочки, можно получить синтезированный белок.

В практическом здравоохранении широко используются медицинские препараты, полученные генно-инженерным способом, например: виферон, инсулин человека, интерферон и многие другие.

3) Бактериофаги – вирусы бактерий, это мобильные генетические элементы, интегрирующиеся случайно в участки генома.

Значение мобильных генетических элементов

1. Являются биологическими мутагенами.

2. Изменяют активность близлежащих генов, т.к. могут содержать энхансерные и инсуляторные последовательности.

3. Могут вызывать хромосомные перестройки в результате неравного кроссинговера между одинаковыми МГЭ.

4. У дрозофил ретротранспозоны участвуют в формировании теломер.

Хотя мобильные элементы в целом являются «генетическими паразитами», вызывая мутации в генетическом материале организма хозяина и понижая его приспособленность за счёт траты энергии на репликацию и синтез белков паразита, они являются важным механизмом изменчивости и обмена генетическим материалом между организмами одного вида и разными видами.