Виды рекомбинаций у бактерий и вирусов.

Рекомбинация (ре + лат. combinatio . соединение) . возникновение новых последовательностей ДНК в результате разрывов и последующих восстановлений ее молекул. В итоге таких изменений ДНК бактерий появляются так называемые рекомбинан-тные штаммы, или рекомбинанты. Процесс рекомбинации у бактерий имеет некоторые отличия, связанные с особенностями их генетического аппарата, форм генетического обмена.

Именно на микробных объектах были открыты формы переноса генетического материала - - трансформация,трансдукция, конъюгация, неизвестные классической генетике, с помощью которых изучаются молекулярные механизмы генетических рекомбинаций.В процессе генетического переноса участвуют бактерия-реципиент и бактерия-донор. Степень участия их неравномерна: в ре-ципиентную клетку попадает лишь фрагмент экзогенной ДНК бактерии-донора, который взаимодействует с цельной хромосомой реципиента, в результате чего происходит частичное перераспределение (рекомбинация) генетического материала с образованием рекомбинанта. Все этапы рекомбинации у бактерий обеспечиваются соответствующими ферментами: рестриктазами, лигазами и др.

У бактерий различают три типа рекомбинаций: общую, "незаконную" и сайт-специфическую.

Общая, или гомологичная, классическая, рекомбинация происходит, если в структуре взаимодействующей ДНК имеются гомологичные участки (от греч. homologia . соответствие).

Так называемая "незаконная" рекомбинация для своего осуществления не требует значительной гомологии ДНК взаимодействующих структур для интеграции с негомологичными участками репликонов. Транспозоны - - более сложные генетические структуры ДНК, І которые содержат в своем составе IS-элементы и дополнительные гены (например, гены лекарственной устойчивости и др). Подвижные генетические элементы вызывают повреждение или инактивацию генов, слияние репликонов, распространение re- jнов среди бактерий.Общая рекомбинация наиболее эффективна при внутривидовом генетическом обмене, "незаконная" рекомбинация играет важную роль не только в пределах отдельных видов, но и между бактериями различных видов и родов.

Третьей разновидностью рекомбинации является так называемая сайт-специфическая рекомбинация (от англ, seit . местоположение, участок), для осуществления которой необходимы строго определенные последовательности ДНК и специальные ферменты.Сайт-специфическая рекомбинация происходит в I менее протяженных участках генома (в пределах 10.20 пар нук-леотидов), например при включении профага в строго ограниченные участки (сайты) хромосомы.Наиболее изучены три типа передачи ДНК, отличающиеся I друг от друга способом ее транспортировки: трансформация, 1 трансдукция, конъюгация.

Внехромосомные факторы наследственности.

Внехромосомные факторы наследственности входят в состав многих микроорганизмов, особенно бактерий. Они представлены плаз-мидами, транспозонами и Is-последовательностями (англ. insertion - вставка, sequence - последовательность), которые являются молекулами ДНК, отличающимися друг от друга молекулярной массой, объемом закодированной в них информации, способностью к автономной репликации и другими признаками.

Плазмиды, транспозоны и Is-последовательности не являются генетическими элементами, жизненно необходимыми для бактериальновой клетки, поскольку они не несут информации о синтезе фермен-в«. участвующих в пластическом или энергетическом метаболизме. Вместе с тем они могут придавать бактериям определенные селективные преимущества, например резистентность к антибиотикам.

Плазмиды несут две функции - регуляторную и кодирующую. Первая состоит в компенсации нарушений метаболизма ДНК клетки хозяина. Например, при интегрировании плаз-виды в состав поврежденного бактериального генома, не способного к репликации его функция восстанавливается за счет плазмидного репликона.

Кодирующая функция плазмид состоит во внесении в бактериальную клетку новой информации, о которой судят по приобретенному признаку, например образованию пилей (F-плазмида), резистентности к антибиотикам (R-плазмида), выделению бактериоцинов (Col-плазмида) и т.д.

Переход плазмиды в автономное состояние и реализация записанной в ней информации часто связаны с индуцирующими воздействиями внешней среды. В некоторых случаях продукты плазмидных генов могут способствовать выживанию несущих их бактерий. Самостоятельная репликация плазмидной ДНК способствует ее сохранению и распространению в потомстве. Встраивание плазмид, так же как и профагов, происходит только в гомологичные участки бактериальной хромосомы, в то время как Is-последовательностей и транс-позонов - в любой ее участок.

Транспозоны представляют собой нуклеотидные последовательности, включающие от 2000 до 20 500 пар нуклеотидов, которые несут генетическую информацию, необходимую для транспозиции. При включении в бактериальную ДНК они вызывают в ней дупликации, а при перемещении - делеции и инверсии. Транспозоны могут находиться в свободном состоянии в виде кольцевой молекулы, неспособной к репликации. Она реплицируется только в составе бактериальной хромосомы. При этом новые копии транспозонов могут мигрировать в некоторые плазмиды и ДНК фагов, которые, проникая в бактериальные клетки, способствуют их распространению в популяции. Таким образом, важнейшим свойством транспозонов является их способность к перемещению с одного репликона (хромосомная ДНК) на другой (плазмида) и наоборот. Кроме того, некоторые транспозоны, так же как и плазмиды, выполняют регуляторную и кодирующую функции. В частности, они могут нести информацию для синтеза бактериальных токсинов, а также ферментов разрушающих или модифицирующих антибиотики.

Транспозоны имеют особые концевые структуры нескольких типов, которые являются маркерами, позволяющими отличать их от других фрагментов ДНК. Это позволило обнаружить их не только у бактерий и дрожжей, но и в клетках растений, насекомых, позвоночных животных и человека. При интеграции транспозонов в хромосому клеток животных или человека они приобретают удивительное сходство с про-вирусами, находящимися в составе их хромосом.

Is-последовательности (англ. insertion - вставка, sequence - последовательность) представляют собой транспозируемые элементы, которые также называются «вставки последовательностей оснований». Это фрагменты ДНК длиной 1000 пар нуклеотидов и более. В Is-последовательностях содержится информация, необходимая только для их транспозиции, т.е. перемещения в различные участки ДНК.

Вследствие такого рода перемещений Is-последовательности могут выполнять ряд функций.

Координировать взаимодействие транспозонов, плазмид и уме ренных фагов как между собой, так и с хромосомой бактериальной клетки и обеспечивать их рекомбинацию.

Вызывать инактивацию гена, в которой произошла интеграция Ь-последовательности («выключение» гена), либо, будучи встроен ными в определенном положении в бактериальную хромосому, слу жить промотором (участками ДНК, регулирующих экспрессию под лежащих структурных генов бактерий-реципиентов), который вклю чает или выключает транскрипцию соответствующих генов, выполняя регуляторную функцию.

Индуцировать мутации типа делеций или инверсий при перемещении и дупликации в 5-9 парах нуклеотидов при включении в бактериальную хромосому.