Курс лекций по общей микробиологии основам вирусологии двух частях
 Скачать 4.07 Mb.
|
|
Точковые мутации, в свою очередь, могут быть разделены на не-сколько классов в зависимости от того, какие конкретно химические пере-стройки происходят в молекуле ДНК в рамках одного нуклеотидного ос-татка: замена, вставка или выпадение. К мутациям, затрагивающим сег-мент бактериальной хромосомы, ведут выпадение нескольких оснований или даже генов, перемещение их в пределах одной хромосомы, умножение 122 или удвоение части хромосомы. Частым типом структурных повреждений ДНК, вызываемых УФ-излучением, является образование пиримидиновых димеров в результате ковалентного связывания соседних пиримидиновых оснований. Реже УФ вызывает разрыв водородных связей, образование межцепочечных поперечных сшивок и поперечных сшивок между ДНК и белком. Ионизирующие излучения всех видов вызывают, главным обра-зом, одноцепочечные разрывы в ДНК; разрывов, поражающих обе цепи, обычно на порядок меньше. Различные химические мутагены индуцируют образование внутрицепочечных и межцепочечных поперечных сшивок и одноцепочечные разрывы ДНК. процессе эволюции прокариоты выработали способы защиты гене-тического материала от повреждающего воздействия облучения и различ-ных химических факторов. В клетках прокариот обнаружены эффективные системы репарации мутационных повреждений. Наиболее изученными ме-ханизмами восстановления повреждений ДНК являются фотореактивация, вырезание повреждений и пострепликационное, или рекомбинационное, восстановление. Фотореактивация - наиболее простой механизм, устра-няющий лишь индуцированные УФ-излучением повреждения ДНК, сопро-вождающиеся образованием пиримидиновых димеров. Особенность фото-реактивации состоит в том, что ее действие распространяется только на одну цепь ДНК и не зависит от того, является ли молекула ДНК одно- или двухцепочечной. Осуществляется фотореактивация светозависимым фото-реактивирующим ферментом, обеспечивающим специфическое расщепле-ние пиримидиновых димеров. Вырезание повреждений - основной тем-новой механизм восстановления различных одноцепочечных повреждений ДНК, в том числе и пиримидиновых димеров. Особенность этого механиз-ма репарации заключается в том, что восстановление одноцепочечных по-вреждений происходит только тогда, когда не повреждена комплементар-ная цепь молекулы ДНК. В процессе темновой репарации происходит вы-резание в одной из цепей молекулы ДНК коротких сегментов (длиной око-ло 30 нуклеотидов). Механизмы, обеспечивающие восстановление повреждений в обеих цепях молекулы ДНК, зависят от характера повреждений. Принципиальная схема пострепликационного восстановления заключается в следующем: ДНК-полимераза, катализирующая репликацию ДНК, «встретив» на своем пути повреждение, «перескакивает» через него, и процесс репликации 123 продолжается. Образуются две дочерние молекулы, одна из которых со-держит в одной цепи первичное повреждение, в другой - брешь, возник-шую при репликации и располагающуюся напротив повреждения. Заделы-вание бреши происходит путем генетического обмена между идентичными цепями сестринских двухцепочечных молекул. В результате каждая из них имеет теперь по одной неповрежденной цепи, которая может служить мат-рицей в процессе репарации повреждений. Фенотипическое проявление мутаций. Поскольку мутация - это стабильное изменение наследственного материала клетки, она реализуется по тем же каналам, что и любая другая генетическая информация. На этом пути судьба мутаций различна. Некоторые из них не влияют на признаки организма, оставаясь «молчащими». Такие мутации могут не проявляться в процессе трансляции, то есть не приводить к изменению аминокислотной последовательности синтезируемого белка. В другом случае изменение может происходить вдали от активного центра фермента и потому не ска-зываться на его функции. Если же мутация приводит к изменению в актив-ном центре или резко влияет на его структуру, это сразу отражается на функциях фермента. Диапазон изменения функциональной активности фермента в этом случае велик: от незначительного понижения активности до полной ее потери. В последнем случае это часто приводит к гибели ор-ганизма. Для проявления мутации необходимо, чтобы прошѐл, по крайней ме-ре, один цикл репликации ДНК, в которой исходно имело место изменение нуклеотидной последовательности. Только если это исходное изменение закрепится после репликации в дочерней молекуле ДНК, оно становится стабильным, а отсюда и наследственным. Так, если мутация привела к нарушению способности синтезировать какой-либо витамин, например тиамин, то в течение нескольких генераций потребность в тиамине у мутантных клеток не обнаруживается. В этот пе-риод мутантные клетки используют тиамин, содержащийся в исходной немутантной клетке. Когда же запасы витамина иссякнут, мутанты смогут размножаться только при добавлении экзогенного тиамина. На проявление мутантных признаков влияет также количество копий хромосомы, содержащихся в клетке. Все прокариоты гаплоидны, имеют набор генов, локализованных в одной хромосоме. В определенных услови-ях в клетке можно обнаружить несколько копий одной хромосомы. Если в 124 такой клетке произошла мутация, приведшая к нарушению синтеза опре-деленного метаболита, то она сразу (после одного цикла репликации - транскрипции - трансляции) не проявится, поскольку синтез необходимого клетке метаболита будет осуществляться в результате функционирования неповрежденных генов, содержащихся в остальных хромосомных копиях. Для фенотипического выражения мутантного гена необходимо, чтобы он содержался в клетке в «чистом» виде, то есть клетка имела одну копию хромосомы с мутантным геном, или чтобы все копии хромосомы в клетке имели одинаковый генотип. Это происходит через несколько клеточных делений. РЕКОМБИНАЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА Ко второму типу наследственной изменчивости относятся измене-ния, возникающие у прокариот в результате рекомбинации генетического материала, при которой происходит частичное объединение геномов двухклеток. Известны три основных способа, приводящих к рекомбинации ге-нетического материала прокариот: конъюгация, трансформация и транс-дукция, различающихся механизмами передачи хромосомной ДНК. Одним из путей переноса генетического материала у прокариот яв-ляются плазмиды определенного типа, обладающие генами, обеспечиваю-щими эту возможность. Такие плазмиды помимо переноса собственного генетического материала могут обеспечивать перенос хромосомных генов, плазмид, не обладающих способностью к самостоятельному переносу, а также осуществлять передачу транспозонов из плазмиды в хромосому или другую плазмиду. Все известные способы передачи генетической информации с помо-щью плазмид создают огромные возможности для интенсивных генетиче-ских обменов между клетками различных бактерий. Плазмидам и другим нехромосомным генетическим элементам при-надлежит основная роль в передаче генетической информации «по гори-зонтали». Можно предположить, что в природе любая генетическая ин-формация может быть перенесена в любую клетку прокариот, если не пря-мо, то через посредников. Подтверждением этого могут служить данные по введению с помощью сконструированной плазмиды в бактериальную клетку эукариотной ДНК и ее репродукции там. Поскольку ДНК плазмид и бактериальных клеток не имеют одинако-вых нуклеотидных последовательностей, то есть не являются гомологич - 125 ными, рекомбинация между ними происходит не по механизму обмена, а по механизму встраивания (рис. 24). Рекомбинации такого типа происходят также с участием транспозо-нов и IS-элементов при их перемещении (транспозиции) в пределах хромо-сомы. Встраивание плазмид и мигрирующих элементов помимо того, что приводит к введению в хромосому дополнительного генетического мате-риала, может вызывать перестройку бактериального генома: нарушать це-лостность генов или регуляцию их функционирования, то есть вызывать мутации.   Введение реципйентной плйзмиды  ,!' . '-; •'. /, ' j  Введение донорной плазмидьъ несущей транспозйн 
Рис. 24. Плазмиды. Встраивание нуклеотидных последовательностей в плазмидную ДНК 126 Большая роль в изменчивости бактерий и других организмов при-надлежит так называемым транспонируемым или мигрирующим генетиче-ским элементам, то есть генетическим структурам, способным в интактной форме перемещаться внутри данного генома или переходить от одного ге-нома к другому, например от плазмидного генома к бактериальному, и на-оборот. Они представлены IS-элементами, транспозонами и эписомами. Это линейные молекулы двухнитевой ДНК, размеры которых колеблются от 200 до 6000 пар нуклеотидов. Отличительная особенность мигрирую-щих элементов - их неспособность к автономной репликации. Мигрирую-щие элементы могут встраиваться в разные участки бактериальной хромо-сомы или плазмиды; их репликация осуществляется под контролем тех же механизмов, что и у соответствующей хромосомы или плазмиды. Частота пе-реносов (транспозиции) мигрирующих элементов колеблется от 10-4 до 10-7 . IS-элементы, или вставочные последовательности(от англ.insertionsequence), имеют обычно размеры, не превышающие 2 тысяч пар основа-ний, или 2 кб (килобаза - тысяча пар оснований). IS-элементы несут только один ген - кодирующий белок транспозазу, с помощью которой IS-элементы встраиваются в различные участки хромосомы. Они содержат информацию, необходимую только для их переноса внутри клетки, ника-ких выявляемых признаков в них не закодировано. Их обозначают цифра-ми: IS1, IS2, IS3 и т. д. Транспозоны (Тn)представляют собой более крупные сегментыДНК, фланкированные инвертированными IS-элементами. Транспозоны также способны встраиваться в различные участки хромосомы или пере-ходить от одного генома к другому, то есть ведут себя, как IS-элементы, но, помимо генов, обеспечивающих их транспозиции, содержат и другие гены, например гены лекарственной устойчивости. Очень часто они вклю-чены в состав R-плазмид. Известны транспозоны, содержащие гены устой-чивости к антибиотикам, ионам тяжелых металлов и другим ингибиторам. Для переноса мигрирующих элементов между клетками нужен перенос-чик, которым могут быть определенные плазмиды или фаги. Встраивание мигрирующих элементов в бактериальную хромосому оказывает мутаген-ное действие, так как при этом происходит включение фрагмента ДНК, приводящее к изменению порядка расположения нуклеотидов в триплете и, как следствие этого, нарушению процесса транскрипции. Транспозоны, как и IS-элементы, обозначают порядковым номером: Tnl, Тn2, Тn3 и т. д. 127 эписомам относятся еще более крупные и сложные саморегули-рующиеся системы, содержащие IS-элементы и транспозоны и способные реплицироваться в любом из двух своих альтернативных состояний - ав-тономном или интегрированном - в хромосому клетки-хозяина. эписомам относят различные умеренные лизогенные фаги, они от-личаются от всех других транспонируемых элементов наличием собствен-ной белковой оболочки и более сложным циклом репродукции. Собственно эписомы - это вирусы, обладающие, подобно другим транспонируемым элементам, способностью в интактной форме перехо-дить из одного генома в другой. Таким образом, природа использовала все возможности, вытекаю-щие из особенностей структуры ДНК, для эволюции живой материи: мута-ции генов, их дупликации, генетические рекомбинации и мобильность не-которых генетических элементов. ХРОМОСОМНАЯ КАРТА БАКТЕРИЙ Гены в хромосоме располагаются линейно, поэтому можно изучать их последовательность и составлять хромосомную (генетическую) карту. Такую карту у E.coli получают, изучая время переноса соответствующих генов при конъюгации, прерывая ее через разные промежутки времени. Конъюгационный мостик, образующийся между донором и реципиентом очень непрочен, он легко разрывается при встряхивании, поэтому процесс конъюгации можно прервать в любое время. В связи с этим мерой рас-стояния между генами служит разница во времени их передачи от донора реципиенту. Время переноса всей хромосомы занимает около 10 мин. По-этому локализацию генов на хромосоме определяют в минутах их переноса (от 0 до 100 мин). За начало отсчета (0 мин) условно принято положение гена thr (треониновый оперон). Определение локализации генов на хромосоме называется их карти-рованием, а расположение генов на кольцевой молекуле хромосомы - хро-мосомной картой, масштаб которой выражается в минутах. При постоянной скорости передачи ДНК при конъюгации следует, что 1 мин хромосомной карты соответствует в среднем участку ДНК, со-стоящему из 40 тысяч пар нуклеотидов, или приблизительно из 40 генов. К 1961 г. у E.coli было картировано 60 генов, к 1972 г. - 460 генов, а к 1983 г. было картировано уже более 1000 генов. 128 Поэтому кольцевидная генетическая карта кишечной палочки при-обрела более сложную форму: к основной окружности пришлось добав-лять дополнительные, чтобы на них нанести уточненную локализацию тех генов, которые переносятся в течение одной и той же минуты. Помимо конъюгации, для составления хромосомной карты бактерий использованы методы трансформации и трансдукции. Можно ожидать, что ближайшие годы составление хромосомной карты кишечной палочки бу-дет завершено. Это позволит создать генетическую энциклопедию бакте-рии, то есть связать все ее жизненные процессы с конкретными генами. Так как различные приемы обмена наследственным материалом и методы генной инженерии уже освоены, с их помощью можно будет осуществлять любые генетические манипуляции с бактериальной клеткой, разумеется, только в интересах человека, а не ему во вред. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ОРГАНИЗАЦИИ ГЕНОМОВ настоящее время изучение геномов не ограничивается только кар-тированием генов, стало возможным изучать последовательность распо-ложения нуклеотидов в составе любого гена. Решающим шагом на пути к решению этой проблемы явилось применение особых ферментов рестрик-ционных эндонуклеаз и разработка метода клонирования генов. Рестрикционные эндонуклеазы (рестриктазы) - ферменты, расщеп-ляющие ДНК в специфических участках нуклеотидных последовательно-стей, которые они распознают. Эти ферменты обнаружены у многих бак-терий. Они определяют и разрушают чужеродные молекулы ДНК, попа-дающие в клетку, в том числе при инфицировании их фагами или при трансформации. Таких ферментов обнаружено более 100, и каждый из них распознает в ДНК специфическую последовательность из 4 - 6 нуклеоти-дов. Каждая рестриктаза способна разрезать двойную спираль ДНК любой длины. При этом образуется серия фрагментов, называемых рестрикцион-ными фрагментами. Сравнение размеров этих фрагментов, полученных при обработке бактериальных или плазмидных геномов (а также ДНК хромосом эукариот), позволяет создавать рестрикционные карты, в кото-рых отмечается локализация каждого разреза участка относительно сосед-них участков других таких разрезов (рестрикций). Существенно, что многие рестриктазы вносят разрывы в обе цепи ДНК со смещением на несколько нуклеотидов. Вследствие этого на конце нити одного фрагмента образуется участок, нуклеотидные последователь-129 ности которого оказываются комплементарными нуклеотидным последо-вательностям другой нити с другого конца фрагмента. Такие концевые по-следовательности, комплементарные друг другу, получили название лип-ких концов. С их помощью образовавшиеся рестрикционные фрагменты будут вновь образовывать кольца в результате спаривания липких концов. Способность рестрикционных нуклеаз разрезать ДНК с образованием лип-ких концов широко используется в технологии создания рекомбинантных ДНК, так как при помощи таких концов можно соединить два любых фраг-мента ДНК, если они получены с помощью одной и той же рестриктазы и, следовательно, имеют комплементарные липкие концы. После замыкания последних путем образования комплементарных пар оснований образо-вавшееся кольцо из фрагментов разных ДНК можно сшить ковалентными фосфодиэфирными связями между противоположными концами каждой нити ДНК с помощью ДНК-лигазы. В этом заключается суть технологии получения рекомбинантных молекул ДНК. Ранее всего был изучен геном бактериального вируса ФХ174. Его ДНК состоит из 5400 нуклеотидов и содержит 9 генов. Вирус ФХ174 мож-но увидеть только с помощью электронного микроскопа, а запись его гене-тической информации, содержащейся в 9 генах, в виде линейной последо-вательности через буквы (А, Т, Г, Ц) занимает целую страницу текста. За-пись в таком же виде информации, имеющейся в хромосоме животной клетки, составит книгу объемом более 500000 страниц! Изучение генома человека началось в 80-х гг. XX в. В последующем была создана Международная организация по изучению генома человека - HUGO (от англ. Human Genome Organization - организация генома челове-ка). Изучением генома человека занимаются ученые США, Японии, ряда стран Европы, России и др. Основная задача - определить последовательное расположение всех нуклеотидов (а их 3,5 • 109 пар) во всех 23 парах хромосом человека. Пред-стоит выяснить молекулярные основы наследственных болезней и опреде-лить пути их лечения - рано или поздно генотерапия станет вполне реаль-ной. Уже сейчас осуществляется ДНК-диагностика более 100 наследствен-ных болезней. После открытия структуры ДНК, гена и расшифровки гене-тического кода осуществление программы «Геном человека» будет озна-чать самую фундаментальную революцию в биологии и медицине. 130 4.6. Плазмиды Особенности организации плазмид. Плазмиды обнаружены у мно-гих бактерий, принадлежащих к разным таксономическим группам. Для них характерно стабильное существование в нехромосомном состоянии. Количество плазмидной ДНК в клетке составляет обычно не более не-скольких процентов от клеточного генома, а число плазмид колеблется от 1 до 38. Плазмиды - это линейные или кольцевые ковалентно замкнутые молекулы ДНК, содержащие от 1500 до 90000 пар нуклеотидов. Большин-ство плазмид состоит из трех групп генов: участка ДНК, ответственного за автономную репликацию плазмиды в клетке; системы генов, обеспечи-вающих возможность переноса плазмид из одной клетки в другую; генов, определяющих свойства, полезные для клетки-хозяина. Отличительная особенность плазмид - способность к автономной репликации. Обычно о присутствии плазмид в бактериальной клетке судят по проявлению опре-деленных признаков, к которым относятся устойчивость к отдельным ле-карственным препаратам, способность к переносу генов при конъюгации, синтез веществ антибиотической природы, способность использовать не-которые сахара или обеспечивать деградацию ряда веществ. Впервые обнаруженные у E.coli генетические элементы, которые пе-редавались у нее по наследству во внехромосомном состоянии, получили название просто генетических факторов. Раньше всего были обнаружены Со l-фактор(фактор,контролирующий у E.coli синтез бактерицидных бел-ков, А. Грациа, 1925 г.) и F-фактор (фактор, контролирующий примитив-ный половой процесс у бактерий - конъюгацию, У. Хэйс, 1953 г.). Интерес этим факторам сильно возрос после того, как в 1963 г. японский ученый Т. Ватанабе сообщил, что передача множественной лекарственной устой-чивости у дизентерийных бактерий происходит также при участии незави-симых от хромосомы генетических элементов, названных R-факторами (от англ. resistance - устойчивость). В 1976 г. всем подобного рода генетиче-ским элементам было дано название плазмид и следующее определение: «Плазмида (внехромосомный генетический элемент) представляет собой репликон, который стабильно наследуется во внехромосомном состоянии». Однако это определение оставляет открытыми вопросы о том, являются ли плазмиды организмами или нет, и о месте плазмид в живой природе. Поскольку плазмиды имеют собственные гены, которые наделяют их специфическими наследственными признаками и способностью к размно-131 жению, они должны быть, несомненно, отнесены к живым организмам. Плазмиды обладают большим сходством с вирусами, поэтому их следует объединить с ними в одно царство в качестве самостоятельного класса. С вирусами их объединяют следующие общие фундаментальные признаки: подобно вирусам, плазмиды не имеют собственной белоксинтезирую-щей системы; 2) как и у вирусов, у них нет собственной системы мобили-зации энергии; 3) плазмиды, как и вирусы, не способны к росту и бинар-ному делению, они размножаются путем воспроизведения себя из собст-венного генома (путем саморепликации его); 4) плазмиды, подобно виру-сам, являются абсолютными внутриклеточными паразитами. Вместе с тем плазмиды существенным образом отличаются от виру-сов, и поэтому они должны рассматриваться как самостоятельная, обособ-ленная от вирусов группа организмов. Главные отличия их от вирусов сле-дующие: Геном плазмид представлен только двунитевой ДНК, у вирусов же имеется более 10 вариантов РНК- и ДНК-геномов. Правда, у некоторых грамположительных бактерий плазмиды существуют не только в виде двунитевых молекул ДНК, но и в виде однонитевых. Однако каждая из них соответствует одной из двух нитей плазмидной ДНК (на долю таких одно нитевых молекул приходится не более 1/3 общего количества копий плаз миды), и в результате репликации, происходящей по типу «крутящегося кольца», однонитевая молекула превращается в двунитевую молекулу плазмидной ДНК. Плазмиды в отличие от вирусов и других микроорганизмов вооб ще не имеют никакой оболочки. Они представляют собой «голые» геномы. Это их главная биологическая особенность. В связи с отсутствием белковой оболочки размножение плазмид происходит только путем саморепликации их ДНК и не требует синтеза структурных белков и процессов самосборки. Средой обитания вирусов являются клетки бактерий, растений и животных. Средой обитания плазмид - только бактерии. В отличие от вирусов плазмиды обладают системами генов, кото рые наделяют их способностью к самопереносу или к мобилизации на пе ренос от клетки к клетке. Плазмиды и вирусы отличаются друг от друга и по тем последст виям, к которым приводит инфицирование ими клеток. Заражение вируса- 132 ми в большинстве случаев приводит к подавлению функционирования кле-точного генома. Вирулентный вирус размножается в клетке и вызывает ее гибель или нарушает нормальное функционирование (при персистирова-нии). Только умеренные фаги при лизогенизации бактерий наделяют их дополнительными свойствами. отличие от вирусов плазмиды, проникая в бактериальную клетку, не размножаются в ней бесконтрольно и не подавляют функции бактери-альной хромосомы, а сосуществуют с ней и сами контролируют образова-ние числа возможных своих копий на хромосому клетки. Плазмиды не только не вызывают гибели клеток, которые являются для них естествен-ной средой обитания, а, наоборот, очень часто наделяют их важными до-полнительными (селективными) свойствами. Это основное принципиально важное биологическое различие между плазмидами и вирусами. У вирусов клетка ценой собственной жизни способствует размножению вирусов. Плазмиды, наоборот, своим присутствием обеспечивают размножение бак-терий в неблагоприятных для них условиях (например, в присутствии хи-миопрепаратов) и, спасая от гибели бактерии, обеспечивают собственное существование. По уровню молекулярно-генетической организации плаз-миды занимают еще более низкое, по сравнению с вирусами, место в ие-рархии живой материи. Исходя из вышеизложенного, можно заключить, что плазмиды - наипростейшие организмы, лишенные оболочки, собст-венных систем синтеза белка и мобилизации энергии и представляющие собой особый класс абсолютных внутриклеточных паразитов, наделяющих своих бактерий-хозяев полезными для них свойствами. соответствии с теми свойствами, которыми плазмиды наделяют своих носителей, их подразделяют на различные категории (табл. 8). У бактерий очень часто обнаруживают криптические плазмиды, то есть плазмиды, функции которых еще не установлены. Поэтому классификация их, несомненно, будет уточняться. Уже сейчас известны плазмиды, кон-тролирующие различные факторы патогенности бактерий (факторы адге-зии, инвазии и т. п.). Существуют два основных способа определения плазмид у бактерий: биологический - по тем дополнительным признакам, которыми они наде-ляют своего хозяина; 2) биофизический - по выявлению плазмидных ДНК. Для изучения биологии плазмид и их молекулярно-генетической ор-ганизации широко используют различные генетические методы, методы 133 клонирования, выделения чистых плазмидных ДНК, определения их моле-кулярных масс, составление рестриктограмм путем разрезания различны-ми эндонуклеазами и определения размеров получаемых фрагментов, а также секвенирования. Сами по себе плазмиды, благодаря их относительно малым размерам и способности к саморепликации, очень часто использу-ются в качестве векторов для клонирования самых различных генов и их последующего изучения. Таблица 8 Классификация плазмид по свойствам, которыми они наделяют своих носителей
Большинство плазмид представляют собой кольцевидные суперспи-рализованные молекулы двунитевой ДНК, размеры которых варьируют от 1500 до 400000 пар нуклеотидов. Кроме того, в ДНК плазмид могут быть гены, которые наделяют клетку-хозяина многими другими свойствами. Очень часто эти гены интегрируются в плазмидную ДНК в виде транспо-зонов, поэтому молекулярно-генетическая организация плазмид, особенно высокомолекулярных, очень сложна. Для плазмид как живых существ ха-рактерны следующие свойства, частью присущие только им и контроли-руемые их специфическими генами: Саморегулируемая репликация. Эта функция свойственна всем живым организмам. В составе плазмидных ДНК имеются фиксированная точка ori (точка начала репликации) и соответствующие гены, контроли рующие репликацию. Репликация мелких плазмид требует, очевидно, до полнительного участия генов клетки-хозяина. Явление поверхностного исключения. Этот механизм не позволяет проникнуть в клетку, уже содержащую плазмиду, другой родственной ей плазмиде. Поверхностное исключение обеспечивается синтезом под кон - 134 тролем генов плазмиды особых белков наружной мембраны, которые пре-пятствуют установлению контакта этой клетки с клеткой, несущей такую же плазмиду, или подавляют конъюгативный метаболизм ДНК этой плаз-миды. Явление несовместимости. Суть его заключается в том, что две близкородственные плазмиды не могут стабильно сосуществовать в одной клетке, одна из них подвергается элиминации (удалению). Контроль числа копий плазмиды на хромосому клетки. Различают малокопийные ( 1 - 4 копии) и многокопийные плазмиды (12 - 38 копий, например у плазмиды R6K). Наличие собственных генов репликации по зволяет плазмиде осуществлять последнюю независимо от каких-либо со бытий хромосомной репликации или клеточного цикла клетки-хозяина. Контроль стабильного сохранения плазмид в клетке-хозяине (кон троль стабильного поддержания). Контроль равномерного распределения дочерних плазмид в до черние бактериальные клетки. Способность к самопереносу (у конъюгативных плазмид). Способность к мобилизации на перенос (у неконъюгативных плаз мид). Способность наделять клетку-хозяина дополнительными важными для него биологическими свойствами, способствующими выживанию бак терий, а следовательно, и плазмид в природе. Жизненный цикл плазмид складывается из двух главных процессов: вегетативной (или конъюгативной) репликации и равномерного распреде-ления между дочерними клетками. Оба эти процесса относительно незави-симы друг от друга и контролируются специфическими системами плаз-мид. Однако вегетативная репликация плазмид и распределение их между дочерними клетками скоординированы с клеточным делением так, что дочер-няя клетка стабильно получает необходимое число копий данной плазмиды. Распространение плазмид. Плазмиды распространяются среди бак-терий двумя способами: путем передачи от родительской клетки дочерним клеткам в процессе клеточного деления, то есть по вертикали, и путем пе-реноса между клетками в популяции бактерий независимо от клеточного деления, то есть по горизонтали. Существует несколько генетических ме-ханизмов переноса плазмид между бактериальными клетками: а) путем трансформации; б) с помощью трансдуцирующих фагов; в) путем мобили- 135 зации на перенос с помощью конъюгативных плазмид; г) с помощью са-мопереноса, осуществляемого tra-опероном. зависимости от наличия или отсутствия этого оперона плазмиды делятся на конъюгативные и неконъюгативные. Основную роль в широком распространении плазмид играет механизм конъюгационной передачи. Медицинское и общебиологическое значение плазмид. Значение плазмид для медицины состоит в том, что они контролируют синтез раз-личных факторов патогенности у многих видов бактерий, в том числе у возбудителей чумы, сибирской язвы, иерсиниозов, дизентерии, эшерихио-зов и др. Не вызывает сомнения, что возникновение диареегенных кишеч-ных палочек (энтеротоксигенных, энтеропатогенных, энтероинвазивных и др.) является следствием приобретения ими плазмид, которые наделяют их факторами адгезии, инвазии и способностью синтезировать термолабиль-ные и термостабильные энтеротоксины. Наличие в природе таких плазмид (особенно с широким кругом хозяев) может стать реальной причиной об-разования новых вариантов патогенных бактерий. Не менее важную роль играют R-плазмиды, которые придают бакте-риям устойчивость к лекарственным веществам. Общебиологическое значение плазмид заключается в том, что они выполняют, по крайней мере, три важнейшие функции для бактерий, обес-печивая одновременно существование как бактерий, так и собственное. Во-первых, они контролируют у бактерий обмен генетическим материа-лом. Во-вторых, контролируя синтез факторов патогенности, они обуслов-ливают благоприятные возможности для размножения патогенных бакте-рий в естественных для них условиях (в организме животного или человека), следовательно, для сохранения этих видов в природе. В-третьих, плазми-ды являются уникальным биологическим средством самозащиты бактерий, так как они обеспечивают их приобретенным и наследуемым специфиче-ским иммунитетом против различных химических (лекарственных и иных) веществ и других агентов. Таким образом, представляя собой особую группу наиболее просто организованных живых существ, плазмиды сохраняются в природе благо-даря взаимовыгодным отношениям, сложившимся между ними и бакте-риями. Бактерии для них - естественная среда обитания, а они для бакте-рий - дополнительные свободно циркулирующие между ними геномы с наборами таких генов, которые благоприятствуют сохранению бактерий в природе. 136 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||