Ориджин

Реплікативна вилка

Рис. 5.1. Синхронізація реплікації та клітинного поділу бактеріальної клітини

Характерною відзнакою бактерій є наявність у клітині, поряд із бактеріальною хромосомою, невеликих автономних елементів геному – плазмід. Плазміда є циркулярною молекулою ДНК (типовий розмір близько 3 тис. пар основ), яка містить кілька генів і реплікується незалежно від бактеріальної хромосоми (має власний ориджин). Плазміди широко використовуються як зручний інструмент молекулярнобіологічних досліджень (див. розділ 9).

ОБМІН ГЕНЕТИЧНИМ МАТЕРІАЛОМ МІЖ БАКТЕРІЯМИ

Хоча бактерії розмножуються шляхом клітинного поділу, у них спостерігається також своєрідний " статевий процес" перенесення генетичного матеріалу від однієї клітини до іншої. Таке перенесення відбувається під час кон'югації – безпосереднього контакту між клітинами. Залежить кон'югація від присутності в одній із клітин особливої плазміди – F-фактора (фактора фертильності) – яка, як і багато інших плазмід, може існувати автономно, а може вбудовуватись у бактеріальну хромосому шляхомсайт-специфічноїрекомбінації. В E. coli існує два " статеві" типи клітин, що позначаються як F+ іF–, – кон'югація супроводжується перенесенням ДНК від клітини F+ доF–.

F-фактормістить кілька генів, у тому числі такі, що відповідають за утворення так званих пілів – трубчастих виростів на поверхні клітини. Пілі з'єднуються з рецепторами клітинF–, і між клітинами двох типів утворюється цитоплазматичний місток (рис. 5.2). Специфічна нуклеаза робить одноланцюговий розріз у ДНКF-фактора, інтактний ланцюг слугує матрицею для добудови3'-кінця, що залишився в місці розрізу, – відбувається реплікація циркулярної ДНКF-фактораза так званим типом кільця, що котиться (такий механізм реплікації використовується також для копіювання ДНК багатьох бактеріофагів). Процес добудови3'-кінцявиштовхує5'-кінцевуодноланцюгову ділянку, яка проникає у клітинуF–, де використовується як матриця для синтезу другого ланцюга ДНК. У результаті клітина F– перетворюється на F+ (рис. 5.3).

Частота кон'югації та подвоєння і перенесення F-факторає невисокою(~10–5), якщоF-факторіснує автономно від бактеріальної хромосоми (як на рис. 5.2). КолиF-факторвбудовується в бактеріальну хромосому, частота зростає до10–2–10–1 – такі штами клітин F+ позна-

чаються як Hfr (high frequency recombination). При кон'югації клітин

F– і Hfr вбудованийF-факторініціює реплікацію за типом кільця, що котиться, цілої бактеріальної хромосоми (рис. 5.3): у клітині Hfr хромосома відновлюється, у клітину F– переноситься її копія. Насправді ж ціла хромосома потрапляє до клітини F– дуже рідко – як правило, відбувається порушення кон'югаційної трубки й розрив хромосоми, котра переноситься, (як видно з рис. 5.3, це не порушує вихідну хромосому у клітині Hfr – там завжди є інтактний ланцюг ДНК, який може

Генетика

бути використаний у ролі матриці для відновлення цілісності дволанцюгової молекули). Оскільки на початку процесу в клітину F– потрапляє лише частинаF-фактора, а щоб він опинився там повністю, вихідна хромосома має зробити повний " оберт" (рис. 5.3), як правило, клітина F– не перетворюється на F+ при кон'югації з клітиною Hfr.