МЕДИЧНА БІОЛОГІЯ, АНАТОМІЯ, ФІЗІОЛОГІЯ ТА ПАТОЛОГІЯ ЛЮДИНИ - Я.І.Федонюк 2010
БІОЛОГІЯ
РОЗДІЛ 1. БІОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ ЛЮДИНИ
1.3. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧНИЙ І КЛІТИННИЙ РІВНІ ОРГАНІЗАЦІЇ ЖИТТЯ
1.3.3. Спадковий апарат еукаріотичних клітин і його функціонування - молекулярний рівень
Докази генетичної ролі ДНК: трансформація, трансдукція
Той факт, що генетичним матеріалом, носієм генетичної інформації є ДНК (РНК у деяких вірусів) - загальновизнаний у сучасній генетиці. Але так було не завжди. До 1944 р. генетики вважали, що речовиною спадковості є білок хромосом. Цю ідею в 20-х роках розвивав М.К.Кольцов (18721940). Генетична роль ДНК була встановлена на мікроорганізмах в явищах трансформації і трансдукції.
Трансформація (лат. transformatio - перетворення) - перенесення генетичної інформації від бактерії до бактерії за допомогою ізольованої ДНК. Явище трансформації вперше в 1928 р відкрив англійський мікробіолог Ф. Гриффітс, який працював з двома штамами пневмококів (Streptococcus pneumonia). Один з них (S) має полісахаридну капсулу, на агарі росте у вигляді гладеньких колоній
і вірулентний (викликає пневмонію), інший (R) - безкапсульний, на агарі утворює шорсткі колонії і авірулентний (не викликає захворювання). Здатність пневмококів-Sспричинювати захворювання пов'язана з наявністю капсули, яка захищає їх в організмі від фагоцитозу. У серії дослідів на білих мишах Гриффітс одержав наступні результати:
1) при введенні живих безкапсульних пневмококів миші виживали;
2) при введенні живих капсульних пневмококів миші гинули від пневмонії;
3) при введенні капсульних пневмококів, вбитих нагріванням, миші виживали;
4) при введенні капсульних пневмококів, вбитих нагріванням, разом з живими безкапсульними пневмококами, більшість мишей гинула, а з їхньої крові висівалися живі капсульні пневмококи.
Результат останньої серії дослідів виявився несподіваним. Був зроблений висновок, що від вбитих нагріванням капсульних пневмококів виділився певний фактор, який надав живим безкапсульним пневмококам властивості утворювати полісахарид капсули, ставати вірулентними і ця нова ознака успадковувалася. Отже, відбулося перетворення (трансформація) авірулентного штама R у вірулентний S ( R - S).
Хімічну природу трансформуючого фактору встановили в 1944 р. американські генетики О.Евері, К.Мак-Леод і М.Мак-Карті. Ним виявилася ДНК. Якщо ДНК капсульних пневмококів, вбитих нагріванням, зруйнувати ферментом дезоксирибонуклеазою, трансформація не відбувається. І навпаки, навіть у тому випадку, якщо очищену ДНК розвести 6·108 частинами води і додати до культури безкапсульних пневмококів, трансформація R S відбувається і безкапсульні пневмококи стають вірулентними для мишей.
Трансформація відбувається не в усіх клітин, а лише в тих, які здатні до неї. Такі клітини називаються компетентними. Механізм трансформації полягає в наступному: 1) дволанцюгова молекула ДНК бактерії-донора адсорбується на поверхні клітини-реципієнта; 2) поглинання клітиною-реципієнтом ДНК донора; 3) перетворення дволанцюгової ДНК донора в одноланцюгові фрагменти під дією нуклеаз клітини; 4) приєднання фрагмента одноланцюгової ДНК до хромосоми реципієнта; 5) експресія інтегрованого гена донора в клітині, внаслідок чого клітина набуває нових ознак, які успадковуються.
Трансдукція (лат. transductio - перенесення) - перенесення фрагментів ДНК від бактерії до бактерії за допомогою помірних бактеріофагів. Помірний бактеріофаг (стор. 29), вивільнюючись з бактерії, захоплює фрагмент ДНК бактерії-донора і переносить його в бактерію-реципієнт. Трансдукцію вперше в 1952 р. відкрили Н.Ціндер і Д.Ледерберг у сальмонел. Вона надзвичайно поширена серед бактерій. Трансдукція не тільки підтверджує генетичну роль ДНК, а використовується також для вивчення структури хромосом і генів, у генній інженерії.