Генотипические рекомбинации. Конъюгация

Обмен генетическим материалом — рекомбинация — может проходить у бактерий путем конъюгации, при не­посредственном контакте двух бактерий. В этом елучае между двумя бактериями образуется мостик и хромосо­ма из одной клетки переходит в другую. Это явление впервые наблюдали в 1947 г. Ледерберг и Тэтум в элект­ронном микроскопе. В дальнейшем в штаммах бактерий были найдены половые различия. Существуют культуры- доноры (F+, или мужской тип), отдающие генетический материал, и культуры-реципиенты (F^-, или женский тип), воспринимающие его. Передача генетического материала происходит только односторонне: от доноров к реципи­ентам.

Способность к передаче генетического материала за­висит от наличия специального фактора плодовитости, или F-фактора (от англ. fertility — плодовитость), кото­рый относится к эписомам. F-фактор представляет собой небольшую хромосому, которая обычно располагается автономно в цитоплазме бактерии и только иногда может включаться в хромосому клетки. Фактор плодовитости содержит гены, ответственные за образование на поверх­ности бактерий специальных ворсинок (F-ворсинки), че­рез которые происходит соединение клеток. Если фактор плодовитости находится в автономном состоянии в цито­плазме, он легко передается от одной клетки другой. В этом случае бактерии-реципиенты (женский тип), по­лучив F-фактор, становятся сами донорами (мужской тип). Однако передачи наследственных признаков, рас­положенных в хромосоме клетки-донора, в этом случае не происходит. Гены клетки-донора могут переходить в клетку-реципиент только тогда, когда F-фактор включа­ется в хромосому хозяина. В этом случае хромосома бак­терии-донора теряет свою кольцевидную структуру и ста­новится линейной. При этом F-фактор располагается на одном из концов хромосомы. Передача хромосомы в другую клетку через образовавшийся мостик начинается с противоположного конца, с так называемой О-точки (от origin — начало). Последним в клетку-реципиент по­ступает F-фактор.

Передачу хромосомы можно прервать в любой мо­мент, разъединив клетки, например встряхиванием. Тогда реципиент получит только часть информации, заключенной в ДНК донора. Штаммы кишечной па­лочки, обладающие высокой способностью к передаче хромосомы, названы Hfr (higt frecuensy of recombinati­on— высокая степень рекомбинации). Конъюгация опи- сЯна у бактерий семейства кишечных: эшерихий, сальмо­нелл и у вибрионов. Перенос генетического материала путем конъюгации изучен пока только у родственных бактерий: таких, как эшерихиа-шигеллы, сальмонеллы- шигеллы, эшерихиа-сальмонеллы. В результате рекомби­нации генов образуются рекомбинанты, которые имеют признаки родителей.

Изучение конъюгации у бактерий позволило выявить расположение генов в хромосоме кишечной палочки и составить подробную генетическую карту этой хромо­сомы.

Трансформация

Трансформация (превращение, перестройка) бакте­рий может произойти при передаче ДНК из одной клетки в другую без их непосредственного контакта. Это возмо­жно при выращивании культуры бактерий на средах, со­держащих мертвые клетки, фильтраты или экстракты других культур. В этих случаях бактерии приобретают признаки тех микроорганизмов, с которыми они были выращены, и затем передают эти свойства потом­ству.

В 1928 г. Гриффитс в опытах на мышах показал пре­вращение бескапсульного, не вызывающего гибель мышей пневмококка в пневмококк, обладающий капсулой и вы­зывающий их гибель. Это произошло, когда он вводил мышам культуру живого бескапсульного пневмококка вместе с убитым капсульным пневмококком. От погиб­ших мышей вместо непатогенного бескапсульного пнев­мококка был выделен патогенный капсульный, который передавал свойства образовывать капсулу своим по­томкам.

В 1944 г. Эвери установил, что трансформирующим фактором, способным передавать свойства одного микро­ба другому, является ДНК. После этих работ было окон­чательно доказано, что генетическая информация лока­лизуется в ДНК, а не в белке.

С помощью чистых препаратов ДНК можно осущест­вить передачу различных признаков от одного микроба другому, например устойчивость к антибиотикам и раз­личным ядам, передачу вирулентности. Клетки, которые способны поглощать ДНК, называются компетентными. Однако включать ДНК в геном клетки могут только близкородственные штаммы.

При включении полученных генов в хромосому бакте­рии приобретают свойства, полученные от других бак­терий.