13. Генетические рекомбинации (трансформация, коньюгация, трансдукция).

Горизонтальная передача генетической информации у бактерий осуществляется путем генетических рекомбинаций.

Генетическая рекомбинация — это взаимодействие между двумя геномами, которое приводит к образованию рекомбинантной ДНК. У бактерий возможны следующие генетические рекомбинации: конъюгация, трансдукция и трансформация.

Конъюгация состоит в переходе генетического материала из клетки-донора в клетку-реципиент при контакте клеток между собой с помощью конъюгативных пилей.

Необходимым условием конъюгации является наличие в клетке-доноре конъюгативной F-плазмиды. F-плазмида содержит гены, кодирующие образование специальных половых ворсинок (F-пилей), с помощью которых между двумя клетками формируется конъюгационный мостик.

Передача генетического материала при конъюгации начинается с расщепления ДНК в районе локализации F-плазмиды. Одна нить донорской ДНК передается через конъюгационный мостик в реципиентную F--клетку, достраивается комплементарная нить до образования двунитевой структуры.

При скрещивании F-плазмида передается независимо от хромосомы донора с частотой, близкой к 100%.

Трансформация - передача свободных фрагментов ДНК от донорской клетки к реципиентной без их непосредственного контакта и образование на этой основе рекомбинанта. Погибшие бактерии постоянно высвобождают ДНК, которая может быть воспринята другими бактериями. При некоторых условиях такая ДНК может быть интегрирована в геном бактерии.

Трансформация может произвольно происходить в природе у некоторых видов бактерий, чаще у Грам+, причем не только в пределах одного вида, но и между разными видами.

Регуляция трансформации зависит от: компетентности реципиентной бактерии поглощать ДНК — зависит от присутствия в мембране специальных белков, имеющих сродство к ДНК; и качественных свойств трансформирующей ДНК — гомологичность, наличие двойной спирали ДНК и значительная молекулярная масса (более 10⁷ Д).

Трансформация протекает в три стадии: 1) адсорбция, 2) ферментативное расщепление связавшейся ДНК с образованием фрагментов с М.м. 4-5х10⁶ Д, 3) проникновение фрагментов ДНК.

Трансдукция — передача ДНК от бактерии-донора к бактерии-реципиенту при участии бактериофага, обычно при этом фаг переносит лишь небольшой фрагмент ДНК хозяина. У бактерий обнаружены бактериофаги двух типов — вирулентные и умеренные.

Вирулентные бактериофаги после размножения в клетках бактерий приводят к их лизису.

Умеренные бактериофаги — факторы изменчивости бактерий, которые напоминают по своим свойствам плазмиды. Кроме вегетативного и инертного состояния, они могут быть также в состоянии профага (интегрированное с хромосомой состояние) и реплицироваться вместе с хромосомой бактерии.

Бактерии, несущие профаг, называют лизогенными.

Выделяют три типа трансдукции: неспецифическую (общую), специфическую и абортивную.

Неспецифическая (общая) трансдукция — перенос вирулентным бактериофагом фрагмента любой части бактериальной хромосомы и возможность передачи любого признака.

В клетке, инфицированной бактериофагом, в ходе сборки дочерней популяции в головки некоторых фагов вместе с вирусной ДНК может проникнуть фрагмент бактериальной ДНК или плазмиды. При этом фаговая частица может утратить часть своего генома и стать дефектной.

Специфическая трансдукция имеет место при репликации профага в лизогенной бактерии. При этом происходит замещение некоторых генов фага генами хромосомы клетки-донора, находящимися рядом с местом интеграции профага. Из-за того, что большинство умеренных фагов интегрируют в бактериальную ДНК в специфических участках, для таких бактериофагов характерен перенос в клетку-реципиент определенного участка бактериальной ДНК донора.

Абортивная трансдукция. Фрагмент ДНК, переносимый фагом, не вступает в рекомбинацию с хромосомой реципиента и не реплицируется, но с него считывется информация о синтезе соответствующего продукта.