Особенности трансформации грамотрицательных и грамположительных бактерий

Трансформация - разновидность рекомбинативной изменчивости микроорганизмов, сопровождающаяся переносом ДНК от донора к реципиенту через окружающую среду. В процессе трансформации ДНК-фрагмент погибшей и разрушенной бактерии встраивается в ДНК реципиента, находящегося в состоянии компетенции. Впервые продемонстрирована в 1928 г. Фредериком Гриффитом. Описана как у грамположительных, так и грамотрицательных бактерий родов Bacillus, Haemophilus, Neisseria, Escherichia, Pneumococcus. Для осуществления трансформации необходимы следующие условия:

l. Наличие небольшого (до 20 генов) фрагмента двухцепочечной ДНК донорской клетки. Одноцепочечные или меньшего размера ДНК быстро разрушается нуклеазами окружающей среды.

2. Наличие реципиента, находящегося в состоянии компетенции. В естественных условиях захват ДНК клеткой-реципиентом осуществляется в фазу логарифмического роста, когда продуцируется специфические ДНК-связывающие белки, кодируемые com-генами. Состояние проницаемости бактериальных мембран для ДНК называют компетенцией. В лабораторных условиях компетенцию достигают путем обработки химическими веществами, например, добавлением CaCl2 в культуру.

^ Стадии трансформации. На первой стадии трансформации происходит захват ДНК клеткой-рецепиентом. У грамотрицательных микроорганизмов (например, N. gonorrhoeae) ДНК присоединяется к поверхности бактерии и поступает в ее цитоплазму по каналу, пронизывающему наружную мембрану, пептидогликан, периплазматическое пространство и цитоплазматическую мембрану. В области наружной мембраны канал состоит из белка-пиллина PilQ, в пептидогликане и периплазматическом пространстве из Pil E и ДНК-связывающего белка Com E, в цитоплазматической мембране - из белка Сom A. Перед поступлением в канал, состоящий из белка Сom A, одна из двух нитей ДНК разрушается нуклеазой. У грамположительных микроорганизмов (например, B. subtilis) нет наружной мембраны, и потому транспорт происходит только через клеточную стенку и цитоплазматическую мембрану. В клеточной стенке для прохождения ДНК формируется канал из белка Сom GC и ДНК-связывающего протеина Com EA. На уровне цитоплазматической мембраны одна из нитей ДНК разрушается нуклеазой, а вторая транслоказой Com FA транспортируется по каналу из белка Сom ЕС в цитоплазму. ^ На второй стадии трансформации происходит реципрокный обмен между донорской и реципиентной ДНК, называемый гомологичной рекомбинацией. Рекомбинация требует сходства между генетической информации донора и реципиента и наличия генов бактериальной рекомбинации - recA, B и C. В редких случаях возможна рекомбинация между отдаленными видами.

Значение. В естественных условиях трансформация приводит к усилению вирулентности. Используется в микробиологической науке для конструирования генетически модифицированных микроорганизмов, изучения функций генов.

У грамотрицательных есть дополнительная мембрана, поэтому нужны специальные каналы.