ЗАГАЛЬНА МІКРОБІОЛОГІЯ - Т.П. Пирог - 2004

19. ГЕНЕТИКА БАКТЕРІЙ: ПОСТІЙНІСТЬ, ЗМІНА ТА ПЕРЕДАВАННЯ ОЗНАК

19.3. ПЕРЕДАВАННЯ ОЗНАК І ГЕНЕТИЧНА РЕКОМБІНАЦІЯ

19.3.5. Рестрикція та модифікація

Бактеріофаги проявляють специфічність щодо хазяїна: вони інфікують лише один штам бактерій або обмежену кількість споріднених штамів, видів чи родів. Основою цієї специфічності є насамперед рецепторні властивості поверхні бактеріальних клітин.

Крім того, у бактерій є й інші системи, які зумовлюють специфічність взаємовідносин з фагами. Одна з них — система рестрикції-модифікації.

Встановлено, що бактеріофаг лямбда, здатний паразитувати в клітинах штаму К кишкової палички і виділений після лізису цих клітин, може лише з дуже низькою ефективністю уражувати клітини іншого штаму цієї бактерії — штаму В. І тільки деякі фагові частини, які вижили в штамі В, охоче паразитували в клітинах цього штаму, але втрачали здатність уражувати штам К. Ці обидва штами являють собою дуже близькі варіанти кишкової палички. Намагаючись вияснити причини цієї дивної поведінка фага лямбда, вчені і відкрили явище рестрикції- модифікації у бактерій. Суть цього явища полягає ось у чому.

У клітинах кишкової палички постійно утворюються ферменти ендонуклеази (ендонуклеази рестрикції, рестриктази), які пізнають у молекулах ДНК точні певні послідовності і розрізають її подвійну спіраль у цих місцях. Ендонуклеази і руйнували фасову ДНК у клітинах штаму В. Але тоді виникають закономірні запитання: а що, у штамі К взагалі немає рестриктаз? Чому рестриктази у штамі В не руйнують свою власну ДНК разом з фаговою?

Виявилось, що у штамі К рестриктази є, але інші: вони розщеплюють ДНК в інших ділянках. А в клітинах штаму В є фермент метилаза, який модифікує (метилює, приєднує метильну групу) основу в ділянці ДНК. яка пізнається рестриктазою цього штаму. Модифікована ділянка ДНК стає недоступною для рестриктази, тобто модифікація захищає ДНК віл «власних» рестриктаз. Вся ДНК, яка синтезується в бактеріальній клітині, модифікується уже в момент синтезу. Коли ж у клітину потрапляє стороння немодифікована метилюванням ДНК, вона руйнується рестриктазами. І лише окремі молекули сторонньої ДНК, які встигли модифікуватися, можуть функціонувати в клітинах. Ось чому лише деякій частині ДНК фага лямбда вдається врятуватись у штамі В. їх врятовують метилази хазяйської клітини.

Нині відомо кілька сотень різних рестриктаз, які синтезуються багатьма бактеріями. У табл. 19.2 наведена характеристика деяких рестриктаз, що використовуються в генетичних дослідженнях. Назви рестриктаз даються за скороченими латинськими назвами мікроорганізмів, з яких вони виділені. Так, ЕсоR1 означає: рестриктаза виділена з кишкової палички (Escherichia coli) штаму R першою числом.

Таблиця 19.2.

Деякі ендонуклеази рестрикції

Рестриктази є незамінними ферментами, що використовуються в генній інженерії. За їх допомогою стало можливим здійснення рекомбінації молекул ДНК in vitro (у пробірці).