Современная генетика. Том 1. - Айала Ф.
Скачать (прямая ссылка):
Бактериальный геном
231
лось а гл. 4, на бактериальной хромосоме имеется точка (сайт), с которой
начинается репликация ДНК, и от которой она распространяется в обе
стороны при репликации тета-типа. Генетические факторы, управляющие
репликацией бактериальной хромосомы, локализованы в самой хромосоме.
Хромосома вместе с сайтом инициации представляют собой
самореплицирующуюся генетическую молекулу -репликон по терминологии,
которую предложили Франсуа Жакоб, Сидни Бреннер и Франсуа Кузин.
В клетках Е. coli могут содержаться и другие репликоны, способные
существовать отдельно от бактериальной хромосомы. Они называются
эписомами, и плазмидами, и представляют собой кольцевые молекулы ДНК
различных размеров от 103 н.п. до почти трети величины самой
бактериальной хромосомы. Одна из наиболее интересных и тщательно
изученных эписом получила наименование F-фактора (фактора фертильности).
F-фактор определяет половой процесс у Е. coli. Эписома-это генетический
элемент, который может существовать либо в форме репли-кона отдельно от
бактериальной хромосомы, либо встраиваться в бактериальную хромосому и
составлять при этом часть репликона бактерии. Эписомой является и
бактериофаг X, способный существовать как вне клетки в форме фага, так и
внутри бактериальных клеток, либо в качестве отдельного репликона (при
литической инфекции), либо в форме профага, составляя часть
бактериального репликона. В противоположность эписомам, плазмиды не
встраиваются в другие репликоны, а всегда существуют в форме свободных
(автономных) репликонов. Умеренный фаг Р1, находясь в состоянии профага,
представляет собой плазмиду, существующую отдельно от бактериального
репликона. Однако, большинство плазмид не покидают пределов клетки и не
образуют внеклеточных форм.
Некоторые эписомы инфекционны, поскольку их копии могут переходить из
одной бактериальной клетки в другую, в которой исходно эписом данного
типа не было. Генетические функции, необходимые для репликации,
инфекционности и способности вытеснять другие эписомы, кодируются
эписомальной ДНК. Во многих эписомах содержатся также гены, не
необходимые для их существования. Например, некоторые инфекционные
эписомы содержат гены устойчивости к определенным антибиотикам. Бактерии,
в которые попадает такой фактор устойчивости, становятся устойчивыми к
данному антибиотику. Имея высокую селективную ценность в современных
условиях насыщения антибиотиками, факторы устойчивости быстро
распространяются среди различных штаммов и видов бактерий, в том числе
патогенных. Это создает серьезные проблемы для медицины. Особенно опасна
способность факторов устойчивости накапливать гены, обусловливающие
устойчивость к разным антибиотикам, и передавать ранее чувствительным
бактериям множественную устойчивость.
F-фактор: генетический элемент, определяющий пол бактерий
F-фактор обладает поразительной способностью определять пол, казалось бы,
бесполых бактерий. Его существование было обнаружено генетиками, когда
они пытались определить, происходят ли скрещивания
232
Организация и передача генетического материала
Рис. 8.2. Использование множественно аук-сотрофных штаммов для
демонстрации скрещивания у Е. coli.
В этом скрещивании met+, bio +, thr + и leu + -селективные маркеры, a ton
и 1ас~ неселективные маркеры. [Watson J.D. (1976). Molecular Biology of
the Gene, 3rd ed., W.
A. Benjamin, Menlo Park, Calif.] [Имеется перевод: Уотсон Дж. 1978.
Молекулярная биология гена. М., Мир.]
Thr': нуждается в треонине Leu': нуждается в лейцине Т1(r) : чувствителен к
фагу Т1 Lac": неспособен к росту на лактозе
Минимальная
среда
нуждается в метионине нуждается в биотине устойчив к фагу Т1 способен
расти на лактозе
Минимальная среда (глюкоза + неоргани -ческие соли)
Очень небольшое число клеток Met* Bio* Thr* Leu*. Они возникают в
результате генетической рекомбинации, на что указывает поведение маркеров
lac и ton (ген, ответственный за чувствительность к фагу Т1). Кроме
родительских генотипов /ас" ton8 и /ас* ton R в культуре обнаруживаются
колонии с генотипами /ас- wnR и /ас* гоп$
между различными линиями Е. coli. Для этого исследовали возможность
генетической рекомбинации между различными мутантными штаммами.
Множественные ауксотрофы бактерий, полученные посредством нескольких
последовательных этапов мутагенеза и селекции, смешивали и смесь высевали
на минимальную среду. Появление колоний должно было свидетельствовать о
возникновении рекомбинантов дикого типа, как это изображено на рис. 8.2.
Использование множественных ауксотрофов гарантирует, что колонии дикого
типа, способные к росту на минимальной среде, возникают именно в
результате рекомбинации, а не вследствие обратных мутаций. Если штамм,
ауксотрофный по одной аминокислоте, ревертирует к дикому типу с частотой
1 • 106, то появление колоний дикого типа на минимальной среде можно
расценить и как результат реверсии, и как результат рекомбинации. Если же
