Парасексуальні явища.

Генетичні рекомбінації є невичерпним джерелом мінливості, оскільки в природних умовах прокаріоти перебувають у складі різних асоціацій — біоценозів і паразитоценозів, що створює сприятливі умови для обміну генами. Процес генетичної рекомбінації у бактерій належить до так званих парасексуальних процесів. Відомо три типи таких процесів: трансформація, кон'югація і трансдукція.

ТРАНСФОРМАЦІЯ (від лат. Ігапзіогтаїіо — перетворення). Пере­дача генетичного матеріалу від донора до реципієнта за допомогою вільної ДНК, виділеної з клітини донора, дістала назву трансформа­ції. Її вперше описав Ф.Гріффітс у 1928 р. під час дослідження при­роди вірулентності пневмококів.

У трансформації можна виділити кілька стадій; а) контакт ДНК з поверхнею клітини; б) проникнення ДНК у клітину; в) з'єднання до- норної ДНК з відповідною ділянкою хромосоми реципієнта. Транс­формація можлива тільки тоді, коли реципієнтна клітина перебуває у стані «компетентності», за якого вона здатна сприймати ДНК доно­ра. Найчастіше цей період припадає на середину логарифмічної фази росту.

Після проникнення в клітину фрагмента (близько 1 %) донорної ДНК одна нитка розпадається, а друга вступає в генетичний обмін з реципієнтною ДНК. Інтеграція закінчується утворенням рекомбінантної хромосоми, в якій донорні і реципієнтні ознаки подекуди виявляються тісно зчепленими. Рекомбінантна ДНК далі реплікується як єдина структура. Трансформацію встановлено в багатьох (понад 50) видів бактерій, але найкраще вона вивчена у сінної палички пневмококів і бактерій інфлюенци. Розрізняють гомотрансформацію, при якій відбувається перенесення генетичної інформації від донора до реципієнта в межах одного виду, і гетеротрансформацію — перенесення ДНК від одного виду до іншого.

Відкриття явища трансформації у прокаріотів має велике теоре­тичне і практичне значення. Воно дало змогу встановити роль нукле­їнових кислот як носіїв спадкової інформації. Тепер ДНК відповід­них штамів бактерій використовують для трансформації 'їх властиво­стей: вірулентності, стійкості проти антибіотиків, зміни антигенного апарату тощо, а також для встановлення філогенетичної споріднено­сті донора і реципієнта. Трансформацію використовують і в селекції мікроорганізмів.

У 1946 р. Дж. Ледербергу і Е.Татуму вдалося встановити в умовах культивування двох штамів кишкової палички, які відрізнялися за кількома ознаками, передачу ге­нетичного матеріалу від однієї клітини до іншої шляхом безпосеред­нього контакту між ними. Цей процес дістав назву кон'югації.

КОН'ЮГАЦІЯ. Під час кон'югації здійснюється спрямоване пере­несення генетичного матеріалу від клітини-донора до клітини-реци-пієнта. В цьому процесі беруть участь нерівноцінні батьківські кліти­ни. їх нерівноцінність полягає в тому, що, як правило, в клітину реципієнта переноситься тільки частина геному клітини-донора, в результаті чого утворюється неповна зигота, або мерозигота. Вона містить повний геном реципієнта і частину генома донорної клітини, а тому кон'югацію бактерій не можна ототожнювати зі ста­тевим процесом.

Статева диференція бактерій зумовлюється статевим фактором, який позначається буквою «Р». Він міститься лише в чоловічих клітинах. Фактор Р — це генетичний елемент, який відповідає за ус­падкування чоловічої статі. Він являє собою дволанцюгову ДНК, замкнену в кільце, і зумовлює утворення у бактерій статевих ворси­нок (Р-пілі), через канальці яких при кон'югації бактерій відбуваєть­ся перенесення генетичного матеріалу.

у кон'югації можна виділити, за послідовністю про­ходження, такі стадії: а) випадкове зіткнення донорних і реципієнт- них клітин під час змішування їхніх штамів; ^ зумовлене дією фак­тора Р з'єднання кон'югуючих пар клітин; ^ перенесення гене­тичного матеріалу; г) утворення рекомбінанїної хромосоми; д) її реплікація.

Кон'югація може відбуватися не тільки між штамами одного виду, а й між представниками різних видів і родів, що приводить до утворення так званих міжвидових і міжродових рекомбінантів. Кон'югація є одним із поширених способів передачі генетичної ін­формації у прокаріотів. Наводяться дані про те, що генетичний об­мін, зумовлений кон'югацією, відбувається в природі. З допомогою кон'югації проводять картування хромосом бактерій.

ТРАНСДУКЦІЄЮ називають перенесення ДНК (хромосоми) від клітини-донора до клітини-реципієнта за допомогою помірного бак­теріофага. Цей процес супроводжується зміною генотипу реципієнт­ної клітини за одержання нею фрагмента генома донорної бактерії. Трансдукцію виявлено у дизентерійних бактерій, сальмонел, холер­ного вібріона, стафілококів, сінної палички та в інших бактерій.

Розрізняють три типи трансдукції: загальну, специфічну і абортивну.

Загальна (генералізована, неспецифічна) трансдукція характеризується тим, що за нею можливе перенесення будь-якого гена або водночас кількох генів, які містяться в різних ділянках бак­теріальної хромосоми. Трансдукція будь-якого маркера не залежить від трансдукції інших за відсутності тісного зчеплення між ними. Пе­ренесений фагом фрагмент ДНК-донора включається в гомологічну ділянку хромосоми реципієнта шляхом рекомбінації.

Специфічна трансдукція характеризується переда­ванням від донора до реципієнта строго визначених генів. Механізм цієї трансдукції такий: помірний фаг X або ер 80 після попадання в нелізогенну бактерію інтегрується у певному місці бактеріальної хромосоми і переходить у стан профага. В цьому стані він може пере­бувати тривалий час, і, як складова частина бактеріального генома, синхронно реплікується з бактеріальною хромосомою. Однак за ін­дукції профаг перетворюється в клітині на вегетативний фаг, тобто вищеплюється зі складу бактеріальної хромосоми і набуває автоном­ного стану. Під час вищеплювання фаг захоплює фрагмент бакте­ріальної ДНК, який розташований біля нього в хромосомі.

Цей тип трансдукції здійснюється дефективними помірними фа­гами, у яких частина геному замінена на фрагмент бактеріальної ДНК, що завжди ковалентно зв'язаний з фрагментом фагової ДНК. Такі помірні фаги втрачають частину життєво важливих генів і здат­ність до лізису щодо трансдукованих бактеріальних клітин.

Абортивна трансдукція відрізняється від інших типів автономною поведінкою фрагмента донорного генома у разі перене­сення його в реципієнтну клітину. Фрагмент ДНК хромосоми доно­ра, занесений фагом, не включається в хромосому реципієнта, а ло­калізується в цитоплазмі. Тут він транскрибується, але не репліку­ється, а це приводить до того, що при поділі клітини цей фрагмент залишається лише в одній із дочірних клітин.

Трансдукція є досить поширеним механізмом рекомбінації у бак­терій. Її використовують в гібридологічному аналізі ознак мікроорга­нізмів, при створенні генетичних карт тощо.