Биохимия - Химические реакции в живой клетке Том 3 - Д. Мецлер 1980
Биохимическая генетика и синтез нуклеиновых кислот и белков
Рекомбинация, интеграция и исключение
Интеграция и исключение ДНК
Умеренный бактериофаг λ, F- и R-факторы бактерий — все способны интегрироваться с клеточной ДНК. Этот процесс связан с расщеплением генов, т. е. по своей химической природе он напоминает рекомбинацию. Однако в случае фага λ для интеграции и исключения ДНК необходимо наличие также генов int и xis, которые отличаются от генов rес-локуса бактериальной клетки и от гена общей рекомбинации (rес) фага. Тем не менее в химическом отношении эти процессы также поразительно сходны с рекомбинацией.
В редких случаях при исключении фага λ из бактериальной хромосомы в его геноме обнаруживаются гены клетки-хозяина. Так, например, были получены штаммы фага λ, содержащие гены, ответственные за катаболизм галактазы (gal; рис. 15-1) и синтез биотина (biо). Возможность переноса этих генов в другие штаммы бактерий через трансдуцирующие фаги позволила значительно ускорить картирование бактериальных хромосом. Карта, приведенная на рис. 15-1, была получена при помощи трансдуцирующего фага Р1, способного включаться в хромосому по крайней мере в десяти местах. Многие указанные на карте расстояния рассчитаны на основании данных, полученных при изучении частот совместного переноса близлежащих маркеров.
В отличие от фага λ, включающегося в геном Е. coli в специфическом сайте, трансдуцирующий фаг Мu может включаться в любой точке (разд. Д, 2). В геноме фага есть, однако, фиксированная точка, в которой происходит разрыв кольцевой вирусной ДНК. Удалось также обнаружить включение целого генома одной бактериальной плазмиды в палиндромный участок ДНК другой плазмиды [233]. Во многих случаях оказывается, что одна и та же палиндромная последовательность, причем часто достаточно длинная (700—1400 пар оснований), присутствует как в плазмиде, так и в бактериальной хромосоме. Например, последовательности включения (insertion sequenses) IS1, IS2 и IS3 обеспечивают включение плазмидной ДНК Е. coli в gal- и lас-опероны хромосомы Е. coli [233a—с]. Высказывалось предположение, что.
транслокация плазмидной ДНК происходит под действием ферментов, которые напоминают рестриктирующие эндонуклеазы и которые специфичны к данным сайтам. Тот же механизм может лежать в основе сайт-специфической рекомбинации.
В течение многих лет было известно, что гены и даже целые участки хромосом высших организмов могут иногда перемещаться с одного места на другое. В случае кукурузы «контролирующие элементы» перемещаются с одного участка на другой, изменяя выражение генов и напоминая своим поведением способных к включению бактериальных плазмид [233с]. Не исключено, что это явление связано с присутствием в ДНК эукариот большого числа длинных палиндромных последовательностей [235а].
Легкость, с которой чужеродная ДНК встраивается в хромосомы бактерий, поразительна. Происходит ли то же самое в организме человека? На этот вопрос можно ответить утвердительно. Однако, в какой степени клетки человека устойчивы к изменениям, обусловленным внедрением в них вирусов, не ясно. Нам известно, что вирусы, вызывающие опухоли (онкогенные), могут включаться в геном клеток животных. Простейшими из них являются вирус полиомы и SV40 (дополнение 4-В). После включения вирусной ДНК в хромосому клетки-хозяина некоторые вирусные гены продолжают транскрибироваться. Другие находятся в неактивном состоянии, как в случае с фагом λ. В редких случаях включение вирусной ДНК в геном клетки-хозяина приводит к трансформации клетки в опухолеподобное состояние. Связано ли это с действием специфических продуктов вирусных генов, с изменением фенотипического выражения генов хозяина или же с мутациями (как это имеет место при включении фага λ в хромосому Е. coli), не известно. Ясно лишь, что свойства поверхностей трансформированных клеток при этом изменяются. Это в свою очередь приводит к уменьшению контактного ингибирования (гл. 1, разд. Д, 3, в), и в результате начинается глубокое прорастание трансформированных клеток. Таким образом, основная отличительная черта опухолей может быть обусловлена включением вирусной ДНК в геном нормальной клетки [234, 235].