Рекомбинация у бактерий

Генетическая рекомбинация — это взаимо­действие между двумя геномами, т. е. между двумя ДНК, обладающими различными ге­нотипами, которое приводит к образованию рекомбинантной ДНК, формированию до­чернего генома, сочетающего гены обоих родителей.

Отсутствие полового размножения и мей-оза, в процессе которых у высших организ­мов происходит рекомбинация, гаплоидный набор генов и определяют особенности ре­комбинации у бактерий. В процессе реком­бинации бактерии условно делятся на клет­ки-доноры, которые передают генетический материал, и клетки-реципиенты, которые воспринимают его. В клетку-реципиент проникает не вся, а только часть хромо­сомы клетки-донора, что приводит к фор­мированию неполной зиготы — мерозиготы. В результате рекомбинации в мерозиготе об­разуется только один рекомбинант, генотип которого представлен в основном генотипом реципиента, с включенным в него фрагмен­том хромосомы донора. Реципроктные ре-комбинанты не образуются.

По молекулярному механизму генетичес­кая рекомбинация у бактерий делится на три вида: гомологичную, сайт-специфическую и незаконную.

5.3.1. Гомологичная рекомбинация

При гомологичной рекомбинации в процессе раз­рыва и воссоединения ДНК происходит обмен меж­ду участками ДНК, обладающими высокой степенью гомологии. Гомологичная рекомбинация происхо­дит через образование промежуточного соединения, крестообразной структуры Холидея или полухиаз­мы (рис. 5.3). В полухиазме осуществляется комп­лементарное спаривание между одноцепочечными участками, принадлежащими разным родительским молекулам ДНК. Процесс гомологичной рекомби­нации находится под контролем генов, объединен-

ных в REC-систему, состоящую из генов recA, B, C, D. Продукты этих генов производят расплетание нитей ДНК и их переориентацию с образованием структу­ры Холидея, а также разрезают структуру Холидея для завершения процесса рекомбинации.

5.3.2. Сайт-специфическая рекомбинация

Происходит в определенных участках генома и не требует высокой степени гомологии ДНК. Этот тип рекомбинации не зависит от функционирования генов recA, B, C, D. Примером этого типа рекомби­нации является встраивание плазмиды в хромосому бактерий, которое происходит между идентичными IS-элементами хромосомы и плазмиды, интеграция ДНК фага в хромосому Е. coli. Сайт-специфическая рекомбинация, происходящая в пределах одного репликона, участвует также в переключении актив-

Рис, 5.4. Схемы: 1 — конъюгации у бактерий; 2 — трансдукции; 3 — трансформации

ности генов. Например, у сальмонелл следствием этого процесса являются фазовые вариации жгути­кового Н-антигена.

5.3.3. Незаконная или репликативная рекомбинация

Незаконная или репликативная рекомбинация не зависит от функционирования генов recA, B, C, D. Примером ее является транспозиция подвижных ге­нетических элементов по репликону или между реп-ликонами, при этом, как уже было отмечено в разд. 5.1.3, транспозиция подвижного генетического эле­мента сопровождается репликацией ДНК.

Рекомбинация у бактерий является конечным эта­пом передачи генетического материала между бакте­риями, которая осуществляется тремя механизмами: конъюгацией (при контакте бактерий, одна из кото­рых несет конъюгативную плазмиду), трансдукцией (при помощи бактериофага), трансформацией (при помощи высокополимеризованной ДНК) (рис. 5.4).