Механизмы рекомбинаций

I. Конъюгация – перенос генетической информации при непосредственном контакте донора и реципиента. Это аналог полового процесса у бактерий. Пол у бактерий определяет F-плазмида: в «мужских» клетках (F⁺) она есть, в «женских» (F^-) — отсутствует.

Отличия F⁺ и F^- клеток:

- у F⁺ клеток есть дополнительная генетическая информа­ция (F-фактор);

- F⁺ клетки имеют на поверхности специальные f-пили, обеспечивающие контакт клеток при конъюгации;

- F⁺, клетки имеют дополнительный fi-антиген (белок f-пилей);

- F⁺ и F^- клетки отличаются поверхностным зарядом;

- F⁺ клетки чувствительны к «мужским» фагам, которые не адсорбируются на F^- клетках;

- F⁺ клетки обладают свойствами донора (отдают генетическую информацию), a F^- клетки – свойствами реципиента (воспринимают генетическую информацию). Как уже указывалось, реципиентные клетки участвуют в образовании рекомбинанта реем своим геномом, а донор передает свою генетическую инфор­мацию лишь частично. Чаще это конъюгативные плазмиды, но Hfr-штаммы передают с высокой частотой хромосомные гены при конъюгации.

II. Трансдукция – перенос генетической информации от до­нора к реципиенту с помощью трансдуцирующего фага. Трансдуцирующий фаг – это умеренный фаг, который при индукции лизогенной культуры захватывает соседние бактериальные гены и при инфицировании новых клеток вносит в них эти гены. При строгой специфичности локуса интеграции умеренного фага с хромосомой лизогенной клетки (например, для фага α, – рядом с 1ас-опероном, для фага Р – рядом с trp-опероном и т. д.) при индукции захваты­ваются и переносятся всегда строго определенные гены– это спе­цифическая трансдукция.Перенос случайных бактериальных генов умеренным фагом– общая трансдукция. Захват случайных бакте­риальных генов может происходить при сборке фагов или в том случае, когда профаг не имеет строго определенного локуса в геноме бактерий.

Как Вы знаете, изменение свойств бактерий, инфицирован­ных умеренным фагом, может происходить и под действием ге­нов самого фага –явление фаговой, или лизогенной конверсии.

Отличия трансдукции от фаговой конверсии:

- приобретение новых свойств при трансдукции идет за счет бактериальных генов, а при фаговой конверсии – за счет фагов;

- частота трансдукции значительно ниже частоты фаговой конверсии.

III. Трансформация – передача генетической информации при культивировании реципиента на среде с ДНК донора.

Трансформация возможна у близкородственных бактерий. Реципиент получает не всю молекулу ДНК донора, а ее отдель­ные фрагменты. Реципиентные клетки должны быть в состоянии компетентности. У клетки, готовой воспринять генетическую ин­формацию, обнаруживается особый белок – фактор компетент­ности. Его действие связывают:

- с повышением проницаемости клеточной стенки и ЦПМ для ДНК;

- с ингибированием ДНК-аз;

- с активированием синтетаз и рестриктаз.

Это состояние наблюдается в процессе деления клетки. Ког­да она активно строит свою ДНК, то в этот момент могут быть захвачены фрагменты чужой ДНК. In vivo в популяции часть клеток всегда активно размножается, а часть погибает, то есть имеются условия для трансформации. In vitro эти условия созда­ют искусственно.

Самостоятельная работа студентов