Искусственные генетические системы. Том 1 - Патрушев Л.И.
Скачать (прямая ссылка):
1.2.3. Геном эубактерий
Электронно-микроскопическое изучение срезов бактериальных клеток в разных условиях и более ранние исследования бактерий с помощью светового микроскопа продемонстрировали компактное распределение ДНК в бактериальной клетке. Поскольку такие структуры отдаленно напоминали ядра эукариот, они получили название нуклеоидов, или ДНК-плазмы [25]. Эти термины подчеркивают генетические функции нуклеоида, но в то же время и существенные морфологические отличия от обычных интерфазных ядер эукариот, прежде всего, отсутствие ядер-ной оболочки, которая бы отделяла гены бактерии от окружающей их цитоплазмы. Исследование бактериальных клеток с помощью электронной микроскопии в мягких условиях без предварительной химической фиксации показало, что нуклеоиды представлены в виде диффузно окрашенных областей, свободных от рибосом. При этом вытянутые участки ДНК на внешней части нуклеоидов направлены в окружающую цитоплазму. С помощью специфических антител установлено, что молекулы РНК-поли-меразы, ДНК-топоизомеразы I и гистоноподобного белка HU ассоциированы с нуклеоидами. Вытянутые участки ДНК по периферии нуклеоидов обычно интерпретируют как сегменты бактериальной хромосомы, вовлеченные в транскрипцию. Полагают, что эти участки состоят из петель ДНК бактериальной хромосомы, которые в зависимости от физиологического состояния клетки находятся в транскрипционно-активном состоянии или втягиваются внутрь нуклеоидов при подавлении транскрипции.
Таким образом, нуклеоид бактериальных клеток не является статическим внутриклеточным образованием или компартмен-том, который можно четко определять морфологически. Напротив, во время различных фаз роста бактериальных клеток нуклеоид непрерывно меняет форму, что, по-видимому, сопряжено с транскрипционной активностью определенных бактериальных генов. Так же, как и в хромосомах эукариот, ДНК нуклеоида ассоциирована со многими ДНК-связывающими белками, в частности, с гистоноподобными белками HU, H-NS и IHF, а также топо-изомеразами, которые оказывают большое влияние на функционирование бактериальных хромосом и их внутриклеточную ком-пактизацию. Однако детальные молекулярные механизмы конденсации бактериальной ДНК с образованием лабильных “ком-пактосом” (по аналогии со стабильными нуклеосомами эукариот) пока неизвестны. В последнее время возрастает интерес к бактериальному так называемому LP-хроматину (low protein
chromatin), для которого характерно относительно низкое содержание белкового компонента. Аналогичный LP-хроматин обнаруживают у вирусов, в митохондриях, пластидах и у динофлагел-лят (жгутиконосцев). Следовательно, этот тип структурной организации генетического материала претендует на универсальность и ассоциирован с определенными формами регуляции экспрессии генов, свойственными прокариотическим организмам.
В последние годы наблюдается значительный прогресс в исследовании первичной структуры бактериальных хромосом. Определена полная последовательность нуклеотидов хромосом паразитических бактерий: микоплазмы Mycoplasma genitalium, М. pneumonia, и Haemophilus influenzae. В 1997 г. усилиями интернациональных коллективов ученых была определена полная первичная структура хромосом Escherichia coli и Bacillus subtilis длиной соответственно в ~4,6 и ~4,2 млн п.о. соответственно [26, 27]. Общее количество бактериальных геномов, секвенированных к настоящему времени, приближается к 100. Большинство этих геномов содержит ~1000 (±15%) открытых рамок считывания (ОРС) на 1 млн п.о. бактериальной ДНК. При этом обнаружены консерватизм в порядке расположения генов рибосомных белков и РНК, а также примеры горизонтального переноса генов в процессе эволюции. Вне зависимости от занимаемой экологической ниши и филогенетического положения представителей бактерий, значительная часть их генома (30-50%) представлена генами, уникальными для конкретного микроорганизма, или генами с неизвестными функциями. При этом разнообразие генов выше у бактерий, которые существуют в изменяющихся условиях окружающей среды.
1.2.4. Геном архей
Домен (надцарство Archaea) состоит их трех царств -Euryarchaeota, которое составляют метаногены, экстремальные галофилы и некоторые гипертермофилы, Crenarchaeota, включающего гипертермофилов и нетермофильные микроорганизмы, а также Korarchaeota (слабо изученная группа микроорганизмов, обитающих в термальных источниках, выделенная на основании особенностей первичной структуры 16S РНК). Геном архей представлен кольцевыми ковалентно замкнутыми молекулами ДНК, размер которых приближается к таковому эубактерий [28]. У архей обнаружены плазмиды, в том числе, и мегаплазмиды, размер которых может превышать 700 т.п.о., причем мегаплазмиды могут содержать жизненно важные гены.
Геномы содержат три типа генов: 1) типично бактериальные
гены, 2) гены, подобные эукариотическим, и 3) гены, специфичные для этих микроорганизмов. К первой группе относятся гены, обеспечивающие метаболизм, биосинтез небольших молекул, транспорт и регуляторные процессы. Гены, которые более похожи на эукариотические, вовлечены в транскрипцию, трансляцию и метаболизм ДНК. Гены, типичные для архей, контролируют биосинтез жгутиков и уникальных липидов клеточных стенок, а также метаногенез. Недавние исследования показали, что между бактериями и археями имеет место горизонтальный перенос генов в обоих направлениях.
