Трансдукция была открыта в 1952 г., после того как была уже описана трансформация у пневмококков и конъюгация у бактерий E. coli. Н. Циндер, Был сделан вывод, что фаг Р22 переносит наследственную информацию от клеток штамма 2А в клетки штамма 22А.
Явление переноса генетической информации от клетки-донора к клетке-реципиенту с помощью фага было названо трансдукцией. Трансдукция основана на том, что в процессе размножения фагов в
бактериях могут образовываться фаговые частицы, которые наряду с фаговой ДНК или вместо нее содержат фрагменты бактериальной ДНК. Такие фаговые частицы называются трансдуцирующими. По морфологии и адсорбционным свойствам они ничем не отличаются от обычных фаговых вирионов, но при заражении ими новых клеток передают генетические детерминанты предыдущего хозяина.
В соответствии с этим принято выделять два типа трансдукции:
• генерализованную (неспецифическую, или общую); • специфическую, или ограниченную.
В осуществлении генерализованной трансдукции бактериальный вирус является только переносчиком генетического материала бактерий. При специфической трансдукции вирус включает ДНК бактерий в свой геном и передает ее, лизогенизируя бактерии-реципиенты.
Одним из умеренных бактериофагов, осуществляющих генерализованную трансдукцию, является уже упоминаемый фаг Р22 S. typhimurium, с которым работали Н. Циндер и Дж. Ледерберг. К фагам, осущест-вляющим генерализованную трансдукцию, относятся также фаги P1 E. coli, PBS1 B. Subtilis.
Генерализованная трансдукция осуществляется дефектными частицами фагов. Образование таких частиц происходит в ходе репродукции фагов, сопровождающейся распадом бактериальной хромосомной ДНК. Фаговые частицы, несущие фрагменты ДНК бактерий, называются дефектными или трансдуцирующими.
Если полученным фаголизатом, содержащим как нормальные, так и дефектные частицы, обработать клетки штамма-реципиента, то заражение их нормальным фагом ведет, как правило, к лизису клеток. Однако некоторые клетки инфицируют дефектные трансдуцирующие фаги. В клетки поступают короткие фрагменты двунитевой ДНК донора. Циркуляризации бактериальной ДНК при этом не происходит, рекомби- нируют с ДНК реципиента линейные фрагменты ДНК донора. Рекомбинация, происходящая при общей трансдукции, находится под контролем recA-гена, это общая гомологичная рекомбинация, осуществляемая путем реципрокного обмена соответствующими гомологичными участками. Возникают рекомбинанты, называемые трансдуктантами. Трансдуктанты нелизогенны и не обладают иммунитетом к фагам, так как трансдуцирующие частицы, вызвавшие их образование, не содержат фаговой ДНК.
Однако при генерализованной трансдукции могут возникать не только истинные рекомбинанты-трансдуктанты, в которых привнесенный ген наследуется стабильно из поколения в поколение (полная, или завершенная, трансдукция), но и абортивные трансдуктанты. При абортивной, или незавершенной, трансдукции внесенный дефектным фагом фрагмент бактериальной хромосомной ДНК донора не рекомбинирует с хромосомной ДНК реципиентной клетки. Находясь в реципиентной клетке, привнесенный ген экспрессируется, что придает клетке новый фенотип, например способность к синтезу какой-то аминокислоты. Однако ген экзогеноты (привнесенный ген) не способен реплицироваться. Вследствие этого при делении клетки он передается только одной из дочерних особей, но во второй клетке сохраняется белок – продукт экспрессии привнесенного гена, и эта клетка в известной степени сохраняет приобретенный фенотип.
Специфическая трансдукция была открыта в 1956 г. М. Морзе и супругами Е. и Дж. Ледерберг. Характерной особенностью специфической трансдукции является то, что каждый трансдуцирующий фаг передает только определенную, весьма ограниченную область бактериальной хромосомы. Если в генерализованной трансдукции фаг выступает в качестве «пассивного» переносчика генетического материала бактерий, то при специфической трансдукции фаг не только переносит генетический материал, но и обеспечивает его включение в бактериальную хромосому.
Наиболее известным примером специфической трансдукции является трансдукция, осуществляемая фагом λ, который способен заражать клетки бактерий E. coli с последующей интеграцией его ДНК в геном бактерий.
Умеренный фаг λ при лизогенизации бактерий в результате сайт-специфической рекомбинации (разрыв и перекрестное воссоединение цепей ДНК) встраивается в их хромосому только в одном месте: на участке между локусами bio и gal. Этот участок получил название attλ. Вырезание (эксцизия) профага из хромосомы при индукции профага осуществляется также по механизму сайт-специфической рекомбинации.
Сайт-специфическая рекомбинация происходит точно, но не безошибочно. Между профагом и бактери-
альной хромосомой осуществляется генетический обмен. Встраивающийся в геном фага бактериальный генетический материал может заместить до 1/3 генетического материала фага. После упаковки фаговой ДНК, часть которой замещена бактериальной, в фаговую головку образуются дефектные фаговые частицы. Фаг является дефектным вследствие того, что объем головки ограничен и при включении в его геном фрагмента бактериальной ДНК часть фагового генома остается в хромосоме бактерий. Если дефект несущественен, то фаг сохраняет жизнеспособность, так как его белковая оболочка остается
неповрежденной и обеспечивает адсорбцию на клетках. Такой дефектный фаг может заражать другие клетки, но не может вызывать репродуктивную инфекцию. Если в таком дефектном фаге в ДНК сохранились липкие концы, обеспечивающие превращение ее в циркулярную форму, то ДНК дефектного фага вместе с фрагментом бактериальной ДНК может интегрироваться в ДНК реципиентных бактерий и вызывать их лизогенизацию.
Было установлено, что при индукции профага . чаще образуются дефектные частицы, содержащие гены локуса gal. Такие дефектные частицы обозначают λdgal. Если в геноме фага . со- держится ген, ответственный за синтез биотина, то – λdbio. Следовательно, если фаголизатом, полученным после заражения донорных бактерий фагом, в котором содержится дефектные частицы, обработать реципиентные клетки bio– или gal–, то с частотой 10–5–10–6 образуются трансдуктанты bio+ или gal+.
Было установлено, что фаг P22 S. typhimurium, кроме общей трансдукции, может осуществлять и специфическую трансдукцию. При литическом цикле развития бактериофаг Р22 может осуществлять общую трансдукцию, а при лизогенизации – специфическую. Таким образом, для осуществления специфической трансдукции необходима предварительная лизогенизация бактерий-доноров и после-
дующая индукция профага из клеток. Образовавшиеся при этом дефектные трансдуцирующие частицы фагов заражают клетки реципиентного штамма, происходит их лизогенизация и встраивание профага с участком генома бактерий донора в хромосому реципиента.
Если образуются колонии только истинных трансдуктантов, делают вывод, что мутации находятся в одном гене, но в разных его сайтах. Если образование трансдуктантов вообще не происходит, то делают
вывод об идентичности исследуемых мутаций.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему