Трансдукция. Это механизм горизонтального переноса генов от
 Скачать 0.53 Mb.
|
|
Трансдукция – это механизм горизонтального переноса генов от бактерии-донора к бактерии-реципиенту с помощью бактериофага. В результате рекомбинационных событий возможно попадание фрагмента ДНК бактерии-хозяина в состав фаговой частицы. В редких случаях эта ДНК может дополнить геном бактериофага, и затем переноситься в новых хозяев с каждым новым поколением фаговых частиц, что будет лежать в основе эффекта фаговой конверсии. Однако значительно чаще осуществляется трансдукция с участием дефектных бактериофагов, не содержащих полный фаговый геном и не способных к самостоятельной репродукции в клетке. Трансдуцирующие фаги получают путем продуктивной инфекции или с помощью индукции умеренного бактериофага в лизогенизированной культуре. В обоих случаях получают фаголизаты (суспензия бактериофага, полученная после лизиса зараженных фагом клеток бактерий), которые содержат преимущественно нормальные вирионы фага и только примерно один вирион из 10 5 особей содержит внутри головки фрагмент ДНК бактерии-донора и способен к трансдукции. Способность к трансдукции выявлена у представителей энтеробактерий. вибрионов, псевдомонад, стафилококков, бацилл и других. Перенос участков бактериальной хромосомы фагами был открыт в 1952 г. Ледербергом и Циндером у Salmonella typhimurium. U-образная трубка в нижней части была разделена посредине бактериальным фильтром. В одну половину этой трубки были помещены тифозные бактерии (Salmonella typhimurium) штамма 22А, а в другую половину трубки — штамма 2А. При этом бактериальные клетки не могли переходить сквозь перегородку.   Штамм 22А нес мутацию, блокирующую синтез триптофана Т—, и поэтому при культивировании бактерии нуждались в добавке триптофана в среду. Штамм бактерии 2А имел мутацию, блокирующую синтез гистидина Н—, и поэтому нуждался в нем при культивировании. После инкубации этих двух разных штаммов в трубке, разделенной только бактериальным фильтром, был произведен рассев клеток обоих штаммов. При рассеве клеток штамма 22А на среде, лишенной триптофана, было обнаружено небольшое число колоний. Следовательно, некоторые клетки штамма 22А каким-то образом приобрели способность синтезировать триптофан и смогли дать колонии на среде без этой аминокислоты. Частота появления таких клеток была равна 1х10-5. Можно было предположить, что эти измененные клетки что явились или в результате обратной мутации от Т— к Т+ или перехода трансформирующего фактора от штамма 2А. Но штамм 22А отличался высокой стабильностью, и поэтому указанную частоту появления (106) клеток генотипа Т+ нельзя было объяснить возникновением обратных мутаций. Трансформирующий фактор в среде также не был обнаружен. Типы трансдукции - существуют неспецифическая (общая), специфическая (локализованная) и абортивная трансдукции. Неспецифическая трансдукция. При этом типе трансдукции могут переноситься любые гены примерно с одинаковой частотой. Формирование трансдуцирующего бактериофага происходит в процессе его размножения в бактериальной клетке. При самосборке фаговых частиц в его головку может быть случайно включён любой участок ДНК донора, сопоставимый по размеру с фаговым геномом. Образовавшийся дефектный бактериофаг сохраняет инфекционные свойства и способен переносить включенную ДНК в клетку-реципиент. Процесс неспецифической трансдукции завершается гомологичной рекомбинацией и включением фрагмента перенесенной ДНК в клетку-реципиент. При отсутствии гомологии между ДНК донора и ДНК реципиента рекомбинации не происходит и привнесенный фрагмент вскоре теряется (абортивная трансдукция). а привнесенный фрагмент разрушается клеточными, эндонуклеазами. Специфическая трансдукция. При этом типе трансдукции от донора к реципиенту могут переноситься только некоторые, строго определенные для конкретного фага, бактериальные гены. Данный вариант трансдукции всегда связан с интеграцией умеренного фага в определенной участок хромосомы клетки донора. В дальнейшем при вырезании профага из хромосомы могут захватываться соседние бактериальные гены. При этом теряется фрагмент собственной ДНК фага такого же размера и формируется дефектный трансдуцирующий бактериофаг, который способен переносить захваченный фрагмент ДНК донора и интегрировать его в геном клетки-реципиента по механизму сайт- специфической рекомбинации (дополнение генома). Таким образом, при специфической трансдукции способны переноситься фрагменты ДНК, расположенные рядом с местом интеграции бактериофага. Основные исследования проводились на системе Escherichia coli - бактериофаг λ («лямбда»), которая способна переносить расположенные рядом опероны gal (кодирует белки, обеспечивающие сбраживание галактозы) или bio (кодирует ферменты синтеза биотина). Следует отметить, что трансдуцирующие фаги, способные к специфической трансдукции, получают путем индукции лизогенизиро- ванной бактериальной культуры. Фаголизаты, полученные путем продуктивной инфекции, трансдуцирующими свойствами не обладают. Абортивная трансдукция. Это трансдукция, при которой фрагмент донорной ДНК, внесенный фагом в реципиентную клетку; не интегрирует в бактериальную хромосому и не реплицируется. Присутствие донорного гена (маркера) проявляется только в его действии, например, в индукции сбраживания углевода. При каждом клеточном делении только одна клетка из двух получает трансдуцированный маркер, а другая- только часть продукта, индуцированного этим маркером. Концентрация продукта с каждым делением клеток разбавляется, а трансдуцированный ген при дальнейших делениях утрачивается (однолинейное наследование). В естественных условиях трансдукция встречается довольно часто, вследствие широкого распространения бактерий, лизогенизированных различными бактериофагами. Причем, существует не только внутривидовая, но межвидовая и межродовая трансдукция. Эти факты указывают на значительную роль трансдукции в эволюции бактерий. Трансдукция имеет практическое использование: • позволяет трансдуцировать плазмиды и короткие фрагменты хромосомы донора; • для конструирования штаммов заданного генотипа, в частности изогенных штаммов. Изогенные штаммы, сконструированные при помощи генерализованной трансдукции, различаются только по участку хромосомы, переносимому трансдуцирующим фагом; • для точного картирования бактериальных генов, установления порядка и их расположения в оперонах. Фаговая конверсия - изменение св-в, наступающее в результате инфекции бактерий умеренным фагом, причем гены, кодирующие новое св-во, находятся в геноме фага, а не бактерии. напр., инфекция коринебактерии дифтерии фагом приводит к синтезу транспортного полипептида дифтерийного токсина и превращению ее атоксигенного варианта в токсигенный. |