big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Изменчивость при обмене генетической информацией

Во всех случаях, когда в одной клетке происходит объединение генетического материала разного происхождения то ли в результате полового акта, то ли при слиянии протопластов отдельных клеток, при вирусной инфекции или при преднамеренном экспериментальном введении в клетки молекул чужеродной ДНК, с разной вероятностью осуществляется непосредственное взаимодействие разных молекул ДНК, приводящее к тому, что в одну структуру объединяются фрагменты ДНК разного происхождения. Такие объединения совершаются в результате актов рекомбинации, в основе своей единых для всех живых организмов. Наиболее изучены в этом отношении механизмы генетической трансформации и трансдукции.

Как известно, генетическая трансформация представляет собой явление передачи признаков от одного организма другому посредством ДНК. Генетическая трансформация осуществима при соблюдении определенных требований по отношению как к клеткам, подвергающимся воздействию ДНК (реципиентами), так и к трансформирующему началу — ДНК. Реципиент должен находиться в таком физиологическом состоянии, которое позволяет ему принять чужеродную ДНК. Такое состояние называют компетентностью. Молекулы трансформирующей ДНК должны быть нативными, т. е. не денатурированными, они должны иметь большую молекулярную массу, во всяком случае не менее чем 0,3 • 106. Следует иметь в виду, что препараты выделенной ДНК представляют собой смесь молекул разного размера, являющиеся фрагментами ДНК бактериальной хромосомы. Такие фрагменты несут разные участки хромосомы, разные гены. Следовательно, каждый фрагмент может, передавать разные признаки.

Процесс трансформации состоит из нескольких стадий. Первая - это обратимая сорбция ДНК на поверхности реципиентных клеток. На этом этапе донорная ДНК, прилипшая к клеткам, еще довольно легко с них смывается. Стадия обратимой сорбции переходит в стадию необратимой сорбции. На этом этапе адсорбировавшаяся ДНК уже не снимается с поверхности клеток. С момента появления необратимой сорбции начинается вхождение донорной ДНК в реципиентные клетки, а точнее — поглощена ее клетками, так как активным началом в этом процессе является клетка, она поглощает ДНК, а не ДНК проникает внутрь клетки. Поглощенная клеткой ДНК с определенной вероятностью обнаруживает гомологичные (родственные) участки и встраивается в хромосому. При этом должно произойти два акта рекомбинации: два разрыва хромосомы, встраивание по этим разрывам фрагмента ДНК и две последующие сшивки на границах встроенного фрагмента. Поглощается клеткой двунитевая ДНК, но встраивается в хромосому только одна из двух нитей ДНК. Поэтому заключительным актом трансформации является восстановление второй нити в месте застройки однонитевого фрагмента. Незастроившиеся фрагменты поглощенной ДНК разрушаются ферментами.

В отличие от мутагенеза, когда в результате какого-либо воздействия может измениться любой ген или несколько генов одновременно, при трансформации происходит направленное изменение определенных генов. Даже учитывая возможность встраивания различных фрагментов ДНК в разные участки хромосомы, частота конкретных изменений при трансформации существенно выше, чем при мутагенезе. Однако изменения, возникающие при трансформации, могут быть не только следствием проявления вновь встроенного гена. В результате двух актов рекомбинации на границах встроенного участка могут появляться вставки, выпадения или ошибки репликации, приводящие к мутированию близлежащих генов.

Процессы, подобные описанным, имеют место и при другом способе передачи генетической информации — тршсдукции. Необходимыми атрибутами при трансдукции являются реципиентные клетки и вирусы, способные включать в состав своего генома чужеродные гены. Бактериальные вирусы с подобными свойствами получили название умеренных бактериофагов. При заражении чувствительных бактерий такими фагами не все бактериальные клетки погибают в результате инфекционного процесса. Некоторые из них выживают, приобретая устойчивость к этим фагам. При этом геном фага встраивается в бактериальную хромосому и индуцирует синтез веществ-депрессоров, препятствующих повторному заражению клеток этим или родственным фагом. Такие клетки получили название лизигенных. Лизогенное состояние может сохраняться неопределенно долго. Но при определенных условиях может произойти обратный процесс — вычленение фагового генома из бактериальной хромосомы, развитие инфекционного процесса, гибель клетки, сопровождающаяся выходом свободных фаговых частиц. Однако такое вырезание не всегда проходит строго по границам фагового генома. Довольно часто фаг при этом захватывает часть бактериального генома. При последующем заражении чувствительных клеток и лизогенизации их такие клетки вместе с фаговым геномом получают также привнесенные в них бактериальные гены. Понятно, что при трансдукции могут иметь место также мутации в близлежащих участках бактериальной хромосомы, поскольку встраивание фагового генома в бактериальную хромосому осуществляется в результате тех же двух актов рекомбинации, что и при трансформации. Трансдукция, осуществляемая не посредством фага, а с помощью изолированной фаговой ДНК, называется трансфекцией.

Изменение строения генетического материала может происходить не только в результате действия мутагенных факторов, поглощения клеткой извне ДНК или вирусной инфекции. Значительная часть наследственных изменений может быть следствием внутрихромосомных или внугригеномных перестроек генетического материала клетки. Такие перестройки могут происходить двояко: путем уже известного читателю кроссинговера (перекреста) хромосом либо путем транспозиции, под которой понимают вставку в любое место хромосомы содержащего гены фрагмента ДНК. Такой внутригеномный перенос генов в несвойственные им места осуществляется с помощью двух типов транспозирующих элементов — инсерционных сегментов (ИС) и транспозонов (Тн). Поскольку транспозирующие элементы — эндогенные (внутриклеточные) образования, то, безусловно, для их действия не требуется тех первоначальных стадий, которые описаны для трансформации (обратимая и необратимая сорбция, поглощение ДНК). Вместе с тем, как и при трансформации, при транспозиции имеют место два акта рекомбинации. Следовательно, возникающие при транспозиции наследственные изменения могут быть результатом изменения местоположения генов (эффект положения), мутаций, возникающих в результате актов рекомбинации, а также присутствия в транспозирующих элементах регуляторных последовательностей ДНК (инициирующих или терминирующих кодонов), активирующих или прекращающих транскрипцию соседних генов. Мутации возможны и при последующих актах вырезания транспозирующих элементов аналогично тому, как это имеет место при вырезании умеренного бактериофага из генома лизогенной клетки.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.