ЗАГАЛЬНА МІКРОБІОЛОГІЯ - Т.П. Пирог - 2004

19. ГЕНЕТИКА БАКТЕРІЙ: ПОСТІЙНІСТЬ, ЗМІНА ТА ПЕРЕДАВАННЯ ОЗНАК

19.3. ПЕРЕДАВАННЯ ОЗНАК І ГЕНЕТИЧНА РЕКОМБІНАЦІЯ

19.3.2. Кон'югація

Перенесення генетичного матеріалу шляхом прямого контакту між двома клітинами називається кон'югацією. У 1946 р. американські вчені Дж. Ледерберг і Е.Л. Татум провели вирішальний дослід і довели, що у бактерій можливе передавання генетичного матеріалу під час прямого міжклітинного контакту. Об’єктами досліду були два мутантні штами E. coli К12. кожен з яких був ауксотрофним за двома амінокислотами. Так. один із штамів потребував для росту амінокислоти А та В, але міг синтезувати С і D (A BCD). Другий подвійний мутант був йому комплементарний (A B C D ). Ці обидва мутанти не росла на мінімальному середовищі і не утворювали колоній. Але якщо на це мінімальне середовище висівали суміш суспензій обох штамів, то колонії з’являлись. Клітини, які виростали на мінімальному середовищі, могли синтезувати всі чотири амінокислоти (А В С D ). Такі клітини виникали з частотою 10 ⁶. Це була генетичні рекомбінанти. які об’єднували в собі генетичну інформацію двох дефектних батьківських штамів.

Спрямоване перенесення генів із клітини в клітину. Експерименти по схрещуванню двох штамів, один з яких був стрептоміцинстійким, показали, що генетичний матеріал передається тільки в одному напрямку. Якщо клітини після схрещування висівали на середовище зі стрептоміцином, то рекомбінанти виникали тільки тоді, коли один із штамів (а саме штам-реципієнт) був стрептоміцинстійким і виживав. Як поводив себе інший батьківський штам, було несуттєво: він міг бути стрептоміцинчутливим і загинути на цьому середовищі. Достатньо того, що він встиг виконати функцію донора генетичного матеріалу. Отже, перенесення генетичного матеріалу Може відбуватися тільки в одному напрямку: від донора (чоловічий штам) до реципієнта (жіночий штам), а весь процес рекомбінації проходить у клітинах реципієнта. Реномбінанти успадковують більшість своїх ознак від реципієнта, а від донора отримують тільки фрагменти геному.

Фактор F і стан Нfr. Дослідженням процесу схрещування бактерій було встановлено, що здатність клітини бути донором зумовлена наявністю особливого фактора, який під час кон'югації передається з однієї клітини в іншу — статевого факторе F (від англ. fertility — плодовитість). Клітини, які не містять фактора F (клітини F ), можуть функціонувати тільки як реципієнти. Під час кон'югації, тобто за прямого контакту між клітинами, частота передачі фактора F становить близько 100 %. Отже, клітини-реципієнти в результаті кон’югації перетворюються на потенційних донорів, при цьому хромосомні ознаки ще не передаються. Фактор F являє собою кільцеву дволанцюгову молекулу ДНК з масою 45 — 10⁶ Да. Як позахромосомний елемент, який здатний автономно репліку витися, фактор F можна віднести до плазмід. Ця молекула містить гени, відповідальні за процес кон’югації, у тому числі гени, що детермінують особливі структури клітинної поверхні — F-пілі, необхідні для кон’югації. Їх не більше 1-2 на клітину. Пілі мають вигляд порожніх усередині білкових трубочок завдовжки від 0,5 до 10,0 мкм. За допомогою статевих пілей чоловіча клітина прикріплюється до жіночої, утворюючи кон’югаційний тунель, по якому ДНК передається від донора до реципієнта.

У популяції F' лише небагато клітин здатні бути донорами хромосомної ДНК. Це клітини, в яких фактор F інтегрований у бактеріальну хромосому. Якщо такі клітини-донори використовувати в експериментах зі схрещування, то рекомбінанти утворюються в 1000 разів частіше, ніж з використанням звичайних клітин F’. Клітини-донори, які забезпечують високу частоту рекомбінація, мають назву Hfr (high frequency of recombinants).

Кон’югація є одним з найпоширеніших способів передавання генетичної інформації у бактерій. За допомогою кон’югації здійснюють картування хромосом (побудову генетичної карти). Штучно перериваючи кон’югацію у різні терміни після початку схрещування, визначають часову (у хвилинах) послідовність входження різних генів у жіночу клітину.