Специфическая трансдукция. Фаговая трансдукция Процесс трансдукции осуществляется при помощи
Трансдукция - перенос генов из одной бактериальной клетки в другую при помощи бактериофага. Впервые это явление установили в 1952 г. Н. Зиндер и Дж. Ледерберг. Они проводили исследования на патогенных для мышей бактериях Salmonella typhimurium. Были отобраны два штамма этих бактерий: штамм 22А ауксотрофный, не способный синтезировать триптофан (Т~), и штамм 2А, способный синтезировать триптофан (Т 1 "). Эти штаммы засевали в U-образную трубку, разделенную внизу бактериальным фильтром (рис. 24). В одно колено трубки засевали штамм 22А (Т~), в другое - штамм 2А (Т 1 "). После определенного периода инкубации бактерии штамма 22А при посеве на минимальную питательную среду дали небольшое количество колоний (частота появления трансдуцированных клеток была равна Ы0~ 5). Это свидетельствовало о том, что некоторые клетки приобрели способность синтезировать триптофан. Каким же образом бактерии могли приобрести это свойство? Исследования
Рис. 24. Схема опыта по трансдукцин
показали, что штамм 22А был лизогенен по фагу Р-22. Этот
фаг освобождался из лизогенной культуры, проходил через
фильтр и лизировал штамм 2А. Присоединив часть генетичес-
кого материала штамма 2А, фаг Бактериальные возвращался обратно и переда вал этот генетический материал штамму 22А. Штамм 22А при
обретал специфические наследственные свойства штамма 2А,
в данном случае свойство синтезировать триптофан. Аналогичным образом могут бытьтрансдуцированы и другие признаки, в том числе способность
к сбраживанию, устойчивость кантибиотикам и т. д.
Явление трансдукции установлено также у кишечной па-лочки и актиномицетов. Как правило, трансдуцируется один ген, реже два и очень редко три сцепленных гена. При переносе генетического материала заменяется участок молекулы ДНК фага. Фаг при этом теряет свой собственный фрагмент и становится дефектным. Включение генетического материала в хромосому бактерии реципиента осуществляется механизмом типа кроссинговера. Происходит обмен наследственным материалом между гомологичными участками хромосомы реципиента и материала, привнесенного фагом.
Различают три вида трансдукции: общую, или неспецифическую, специфическую и абортивную. При неспецифической трансдукции в период сборки фаговых частиц в их головку вместе с фаговой ДНК может включиться любой из фрагментов ДНК пораженной бактерии. В результате в реципиентные клетки могут переноситься различные гены бактерии донора. Неспецифическую трансдукцию могут осуществлять фаги Р-1 и Р-22 у эшерихий, шигелл и сальмонелл. При специфической трансдукции профаг включается в определенное место хромосомы бактерии и трансдуцирует определенные гены, расположенные в хромосоме клетки донора рядом с профагом. Например, фаг "к (лямбда) в состоянии профага всегда включается в одно и то же место в хромосоме кишечной палочки и трансдуцирует локус, обусловливающий способность к сбраживанию галактозы. При отделении профагов от ДНК хозяина прилегающие к профагу бактериальные гены вместе с ним выщепляются из состава хромосомы, а часть генов профага остается в ее составе. Частота общей трансдукции составляет от 1 на 1 млн до 1 на 100 млн. Специфическая трансдукция происходит чаще.
Установлено, что фрагмент хромосомы донора, перенесенный в % клетку реципиента, не всегда включается в хромосому реципиента, а может сохраняться в цитоплазме клетки. При делении бактерий он попадает только в одну из дочерних клеток. Такое состояние получило название абортивной трансдукции.
Трансдукция - разновидность рекомбинативной изменчивости микроорганизмов, сопровождающаяся переносом генетической информации от донора к реципиентус помощью бактериофага. Перенос участков бактериальной хромосомы фагами был открыт в 1951г. Ледербергом и Циндером у Salmonella typhimurium, впоследствииописана у многих родов бактерий: Salmonella, Escherichia, Shigella, Bacillus, Pseudomonas, Vibrio, Streptococcus, Slaphylococcus, Corynebacterium. Капсидная оболочка бактериофага защищает ДНК от действия нуклеаз, поэтому трансдукция, в отличие от трансформации, не чувствительна к нуклеазам. Трансдукцию осуществляют умеренные фаги . Они переносят лишь небольшой фрагмент генома клетки хозяина, и как правило, среди особей одного вида, но возможен и межвидовой перенос генетической информации, если бактериофаг имеет широкий спектр хозяев.
В зависимости от исхода взаимодействия фага с бактерией выделяют литические и умеренные фаги.
Литические (вирулентные) фаги впрыскиваютнуклеиновую кислоту в клетку и репродуцируются в ней, после чего покидают клетку путем лизиса.
Лизогенные, или умеренные фаги , инъецировав свою ДНК в клетку, могут вести двояко: 1) начать цикл репродукции и покинуть клетку путем лизиса; 2) интегрировать свою генетическую информацию в геном бактерии и в его составе передаваться дочерним клеткам. Фаги, встроенные в геном бактерий, называют профагами , а бактерии со встроенными в геном фагами, - лизогенными. В результате действия факторов, прерывающих лизогению (УФ, ионизирующей радиация, химические мутагены), вновь синтезируются вирусные частицы, которые покидают клетку. Примером умеренного фаг является фаг l, поражающий E. coli . Этапы его трансдукции:
- Адсорбция фага к рецепторам на поверхности E. coli .
- Проникновение хвостовой части фага через клеточную стенку и инъекция ДНК в клетку-хозяина.
- Рекомбинация кольцевой молекулы ДНК фага с ДНК хозяина и установление лизогении (фаговая ДНК находится в интегрированном состоянии).
- Передача профага дочерним клеткам в процессе размножения E. coli . Чем больше делений, тем большее количество клеток содержит бактериофаг.
- Окончание лизогении. ДНК бактериофага вырезается из бактериальной хромосомы. Происходит синтез вирусных белков и репликация ДНК фага, сопровождающиеся созреванием вирусных частиц и их выходом из клетки путем ее лизиса. Во время вырезания бактериофаг может захватывать близлежащие бактериальные гены, которые в последующем попадают в клетку реципиента.
- Встраивание генома бактериофага, несущего бактериальные гены, в ДНК бактерии-реципиента. В зависимости от места встраивания бактериофага выделяют следующие виды трансдукции:
a. Неспецифическую (общую). Бактериофаг может встраиваться в любом месте генома бактерии и потому способен переносить любой фрагмент ДНК хозяина.
b. Специфическую. Бактериофаг встраивается в строго определенные места генома бактерии, а потому переносит лишь строго определенные фрагменты ДНК.
c. Абортивную . Участок бактериальной хромосомы донора, перенесенный бактериофагом, не вступает в рекомбинацию с хромосомой реципиента, а остается вне хромосомы. Происходит транскрипция перенесенной ДНК (на это указывает синтез соответствующего генного продукта), но не репликация. В процессе деления клетки донорский фрагмент переходит только в одну из дочерних клеток и со временем утрачивается.
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО
ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
(ГОУ ВПО ИГУ)
Факультет биолого-почвенный
Кафедра микробиологии
Реферат
цитология микроорганизмов
Трансдукция и
трансформация у бактерий
Выполнила:
студентка гр.04331-ДС
Кузнецова Е.А
Проверила: к.б. н
Макарова А.П
Иркутск 2012
Содержание
-
Трансдукция у бактерий……………………………………….3
-
История изучения………………………………………………3
Поведение фагов в бактериальной клетке…………………… 3
Перенос фрагментов ДНК бактерии………………………….. 4
-
Общая (неспецифическая) трансдукция………………..4
Специфическая трансдукция…………………………… 5
Абортивная трансдукция………………………………...7
2.2 Трансформация у прокариот…………………………………….9
2.3 Стадии трансформации бактерий ………………………………11
-
Заключение…………………………………………………… ….12
Литература…………………………………………………… …..13
Трансдукция у
бактерий
Трансдукция (от лат. transduct io - перемещение) - перенос бактериофагом
в заражаемую клетку фрагментов генетического
материала клетки, исходно содержавшей
бактериофаг. Трансдуцирующий бактериофаг обычно
переносит лишь небольшой фрагмент ДНК
хозяина от одной клетки (донор) к другой
(реципиент).
К трансдукции способны
как умеренные фаги, так и вирулентные,
последние, однако, уничтожают популяцию
бактерий, поэтому трансдукция с
их помощью не имеет большого
значения ни в природе, ни
при проведении исследований.
История изучения
Эстер Ледерберг была
первой учёной, кому удалось выделить
бактериофаг лямбда, ДНК вирус, из Escherichia coli K-12 в 1950 году.
Собственно открытие трансдукции связано
с именем американского учёного Д жошуа Ледерберга.
В 1952 году он совместно с Нортоном Циндером
обнаружил общую трансдукцию. В1953 Ледербергом и др. было показано существование
абортивной трансдукции, в 1956 - специфической.
Поведение фагов
в бактериальной клетке
Фаги способны к реализации
двух путей развития в бактериальной
клетке:
-
Литический - после попадания в бактерию ДНК фага сразу же начинается его репликация, синтез белков и сборка готовых фаговых частиц, после чего происходит лизис клетки. Фаги, развивающиеся только по такому сценарию, называют вирулентными.
Лизогенный - попавшая в бактериальную клетку ДНК фага встраивается в её хромосому или существует в ней как плазмида, реплицируясь при каждом делении клетки. Такое состояние бактериофага носит название профаг. Система его репликации в этом случае подавлена синтезируемыми им самим репрессорами. При снижении концентрации репрессора профаг индуцируется и переходит к литическому пути развития. Реализующие подобную стратегию бактериофаги называются умеренными. Для некоторых из них стадия профага является обязательной, другие в некоторых случаях способные сразу развиваться по литическому пути.
Неспецифическая трансдукция.
Перенос участков бактериальной хромосомы фагами был открыт в 1951 г. Ледербергом и Циндером у Salmonella typhimurium. В решающем эксперименте штамм-донор В + инфицировали умеренным бактериофагом Р22. После лизиса клетки-хозяина выделяли свободные фаги и инкубировали их вместе со штаммом-реципиентом В-, который генетически отличался от штамма В + по меньшей мере одним признаком. Авторы нашли, что после высева инкубированных клеток на подходящую среду появлялись рекомбинанты, обладавшие признаками штамма-донора В + .
Процессы, происходящие при таком неспецифическом переносе ДНК, весьма сложны. Во время репродукции фага Р22 в клетках штамма-донора В + в капсиды вместо фаговой ДНК могут включаться фрагменты бактериальной хромосомы. Таким образом, фаголизат содержит смесь нормальных и дефектных фагов. Заражение штамма-реципиента В" нормальным фагом ведет, как правило, к лизису клеток. Однако в некоторые клетки проникают дефектные трансдуцирующие фаги, ДНК которых способна рекомбинироваться с хромосомой реципиента. Происходит обмен гомологичными участками ДНК, что может привести к замене дефектного гена реципиента интактным геном донора.
Так как трансдуцируются лишь небольшие фрагменты ДНК, вероятность рекомбинации, затрагивающей какой-то определенный признак, очень мала: она составляет от 10 -б до 10- 8 . Становится понятно, что с помощью одной частицы фага Р22 Salmonella или неспецифически трансдуцирующего фага PI Escherichia coli в каждом случае может быть трансдуцирован только один ген (или несколько очень близко расположенных генов). Количество бактериальной ДНК, сравнимое с геномом фага, составляет лишь 1-2% всего количества ДНК, содержащегося в бактериальной клетке. Исключение составляет бактериофаг PBS 1 Bacillus subtilis, который может трансдуцировать до 8% генома хозяина.
Специфическая трансдукция.
Наиболее известным примером служит
трансдукция, осуществляемая фагом X . Как
уже говорилось, этот фаг при переходе
в состояние профага включается в определенный
участок хромосомы бактерии-хозяина. Отделение
фаговой ДНК от бактериальной хромосомы
(например, в результате УФ-облучения)
может произойти неточно, т.е. какой-то
фрагмент ее останется в хромосоме, а близко
расположенные гены клетки-хозяина будут
захвачены фаговой ДНК. По-видимому, причиной
этого может быть неправильная рекомбинация.
В случае заражения трансдуцирующим
фагом клеток, дефектных по определенному
гену, например gal, может произойти рекомбинация с заменой
собственного дефектного гена бактерии
интактным трансду-цированным геном; при
этом образуются рекомбинанты (трансдук-танты) gal + .
Подобным же образом происходит
перенос генов бактериофагом
Phi 80. Его ДНК включается в хромосому вблизи
генов, кодирующих ферменты, ответственные
за биосинтез триптофана. По этой причине
Phi 80 особенно пригоден для переноса генов trp.
Предпосылкой успешного переноса
генов при специфической транс-дукции
(в отличие от неспецифической) является
интеграция фага в геном клетки-хозяина.
В некоторых случаях было показано,
что трансдуцированный фрагмент ДНК
не вступает в рекомбинацию с хромосомой
реципиента, а остается вне хромосомы.
В этом случае клетка становится гетерозиготной
по перенесенным генам. Перенесенная ДНК
транскрибируется (на это указывает синтез
соответствующего генного продукта), но
не реплицируется. Это приводит к тому,
что при клеточном делении донорский фрагмент
переходит только в одну из дочерних клеток
(абортивная трансдукция). Если реципиент
ауксотрофный, а перенесенный фрагмент
исправляет соответствующий дефект, то
расти могут только те клетки, которые
унаследовали этот фрагмент; при посеве
на агар они образуют мельчайшие колонии.
Абортивная
трансдукция
При абортивной трансдукции внесенный
фрагмент ДНК донора не встраивается
в хромосому реципиента, а остается
в цитоплазме и там самостоятельно
функционирует. Впоследствии он передается
одной из дочерних клеток (т.е. наследуется
однолинейно) и затем теряется в
потомстве.
Свойства трансдуцирующих фаговых
частиц следующие:
Частицы несут лишь часть ДНК
фага, то есть не являются функциональными
вирусами, а скорее ёмкостями, переносящими
фрагменты бактериальной ДНК.
Подобно прочим дефектным вирусам, частицы не способны
к репликации.
Трансдуцирующие фаги могут содержать какую-либо часть хромосомы
хозяина с генами, дающими реципиентной
бактерии некоторые преимущества (например,
гены устойчивости к антибиотикам или
гены, кодирующие способность к синтезу
различных веществ). Подобное приобретение
бактериями новых свойств получило название феномен
лизогении.
Феномен трансдукции может быть использован для картирования
бактериальной хромосомы, если следовать
тем же принципам, что и при картировании
с использованием феномена трансформации.
Трансформация у
бактерий
Трансформация - процесс поглощения
клеткой организма свободной молекулы ДНК из среды и встраивания её в геном, что приводит к появлению у
такой клетки новых для неё наследуемых
признаков, характерных для организма-донора
ДНК. Иногда под трансформацией понимают
любые процессы горизонтального переноса
генов, в том числе трансдукцию, конъюгацию и т. д.
История изучения
Трансформация была открыта
в 1928 году, когда британский учёный Ф. Гриффит показал возможность
превращения непатогенных штаммов Streptococcus pneumoniae в патогенные (различаются наличием
полисахаридной капсулы, позволяющей
закрепляться на тканях высших организмов)
в результате взаимодействия с убитыми
клетками патогенных штаммов. В1944 году О. Эйвери (США) показал, что для передачи
признака достаточно обработки ДНК патогенного
штамма пневмококка. Это открытие стало
первым свидетельством роли ДНК как носителя
наследственности.
В 1960-х годах началось изучение трансформации
у животных, в конце 1970-х - у растений.
Трансформация у
прокариот
В любой популяции лишь
часть бактерий способна к поглощению
из среды молекул ДНК. Состояние
клеток, при котором это возможно,
называют состоянием компетентности.
Обычно максимальное число компетентных
клеток наблюдается в конце фазы логарифмического
роста.
В состоянии компетентности
бактерии вырабатывают особый низкомолекулярный
белок (фактор компетентности), активизирующий
синтез аутолизина, эндонуклеаз ы I и ДНК-связывающего белка. Аутолизин
частично разрушает клеточную стенку, что позволяет ДНК пройти через
неё, а также снижает устойчивость бактерий
к осмотическому шоку. В состоянии компетентности
также снижается общая интенсивность
метаболизма. Возможно искусственное
приведение клеток в состояние компетентности.
Для этого применяют среды с высоким содержанием
ионов кальция, цезия, рубидия, электропорацию или заменяют клетки реципиента протопластами без клеточных стенок.
Эффективность трансформации
определяется количеством колоний,
выросших на чашке Петри после
добавления к клеткам 1 мкг суперскрученной
плазмидной ДНК и рассева клеток на питательную
среду. Современные методы позволяют добиваться
эффективности 10 6 -10 9 .
Поглощаемая ДНК должна быть
двухнитевой (эффективность трансформации
однонитевой ДНК на порядки ниже, однако
несколько возрастает в кислой среде),
её длина - не менее 450 пар оснований. Оптимальное pH для прохождения процесса -
около 7. Для некоторых бактерий (Neisseria gonorrhoeae, Hemophilus) поглощаемая ДНК должна содержать
определённые последовательности.
ДНК необратимо адсорбируются
на ДНК-связывающем белке, после чего одна
из нитей разрезается эндонуклеазой на
фрагменты длиной 2-4 тыс. пар оснований
и проникает в клетку, вторая полностью
разрушается. В случае, если эти фрагменты
имеют высокую степень гомологии с какими-либо
участками бактериальной хромосомы, возможна
замена этих участков на них. Поэтому эффективность
трансформации зависит от эволюционного
расстояния между донором и реципиентом.
Общее время процесса не превышает нескольких
минут. Впоследствии, при делении, в одну
дочернюю клетку попадает ДНК, построенная
на основе исходной нити ДНК, в другую
- на основе нити с включённым чужеродным
фрагментом (выщепление).
-
Трансфекция – передача всего набора генов вируса или фага, приводящая к развитию вирусных частиц в клетке.
Трансформация протекает в три стадии:
1) адсорбция двуцепочечной ДНК на участках клеточной стенки компетентных клеток;
2) ферментативное расщепление связавшейся ДНК в некоторых случайно расположенных местах с образованием фрагментов 4-5*10 6 D;
3) проникновение фрагментов ДНК с молекулярной массой не менее 5*10 6 D, сопровождающееся разрушением одной из цепей ДНК (последний этап энергозависим). Проникшая цепь ДНК рекомбинирует с генетическим материалом реципиентной клетки.
Заключение
Трансдукция служит активным механизмом
формирования культур с измененными свойствами
и может играть большую роль в эволюции микроорганизмов.
Способность к трансформации обнаружена
у ряда родов бактерий, но, по-видимому,
роль ее в обмене генетическим материалом
среди бактерий в естественных условиях
менее существенна, чем роль других механизмов,
потому что у многих бактерий имеются
особые системы рестрикции и модификации.
Литература
-
Гусев М.В, Минеева Л.А «Микробиология»// 4-е изд., стер. - М.: Академия, 2003. - 464 с.
Википедия// ru.wikipedia.org/интернет ресурс
Специфическая трансдукция была открыта в 1956 г. М. Морзе и суп- ругами Е. и Дж. Ледерберг. Характерной особенностью специфической трансдукции является то, что каждый трансдуцирующий фаг передает только определенную, весьма ограниченную область бактериальной хромосомы. Если в генерализованной трансдукции фаг выступает в каче- стве «пассивного» переносчика генетического материала бактерий, а ге- нетическая рекомбинация у трансдуцируемых бактерий происходит по общим закономерностям рекомбинационного процесса, то при специфи- ческой трансдукции фаг не только переносит генетический материал, но и обеспечивает его включение в бактериальную хромосому. Наиболее известным примером специфической трансдукции является трансдукция, осуществляемая фагом λ, который способен заражать клет- ки бактерий E. coli с последующей интеграцией его ДНК в геном бакте- рий. Умеренный фаг λ при лизогенизации бактерий в результате сайт- специфической рекомбинации (разрыв и перекрестное воссоединение цепей ДНК) встраивается в их хромосому только в одном месте: на уча- стке между локусами bio и gal. Этот участок получил название attλ. Вы- резание (эксцизия) профага из хромосомы при индукции профага осуще- ствляется также по механизму сайт-специфической рекомбинации. Сайт-специфическая рекомбинация происходит точно, но не безоши- бочно. Приблизительно один раз на миллион событий при эксцизии про- фага рекомбинация осуществляется не в attλ-сайте, а захватывает участ- ки gal либо bio. Полагают, что это обусловлено «неправильным» образо- ванием петли при дезинтеграции профага. В результате этого прилегаю- щая к профагу область бактериального генома выщепляется из состава хромосомы и переходит в состав генома свободного фага. Соответст- вующая по расположению в петле область генома профага остается в бактериальной хромосоме. Таким образом, между профагом и бактери- альной хромосомой осуществляется генетический обмен. Встраи- вающийся в геном фага бактериальный генетический материал может заместить до 1/3 генетического материала фага. После упаковки фаговой ДНК, часть которой замещена бактериаль- ной, в фаговую головку образуются дефектные фаговые частицы. Фаг является дефектным вследствие того, что объем головки ограничен и при включении в его геном фрагмента бактериальной ДНК часть фагового генома остается в хромосоме бактерий. Если дефект несущественен, то фаг сохраняет жизнеспособность, так как его белковая оболочка остается неповрежденной и обеспечивает адсорбцию на клетках. Такой дефект- ный фаг может заражать другие клетки, но не может вызывать репродук- тивную инфекцию, так как гены, ответственные за репродукцию, отсут- ствуют. Если в таком дефектном фаге в ДНК сохранились липкие концы, обеспечивающие превращение ее в циркулярную форму, то ДНК де- фектного фага вместе с фрагментом бактериальной ДНК может интегри- роваться в ДНК реципиентных бактерий и вызывать их лизогенизацию Было установлено, что при индукции профага λ чаще образуются дефектные частицы, содержащие гены локуса gal. Такие дефектные час- тицы обозначают λdgal (фаг λ, defective, gal). Если в геноме фага λ со- держится ген, ответственный за синтез биотина, то – λdbio. Следователь- но, если фаголизатом, полученным после заражения донорных бактерий фагом λ, в котором содержится дефектные частицы, обработать реципи- ентные клетки bio– или gal–, то с частотой 10–5–10–6 образуются транс- дуктанты bio+ или gal+. Специфическая трансдукция у E. coli осуществляется не только фа- гом λ, но и родственными ему фагами, получившими наименование лямбдоидных фагов, к числу которых относятся φ80, 434, 82 и др. В ча- стности, фаг φ80 включается в хромосому вблизи генов, кодирующих образование ферментов, ответственных за синтез триптофана. По этой причине фаг φ80 пригоден для переноса генов trp. Было установлено, что фаг P22 S. typhimurium, кроме общей транс- дукции, может осуществлять и специфическую трансдукцию. При лити- ческом цикле развития бактериофаг Р22 может осуществлять общую трансдукцию, а при лизогенизации – специфическую. ДНК фага Р22 ин- тегрируется в участок хромосомы рядом с генами, ответственными за синтез пролина. Интеграция профага резко стимулирует образование специфических трансдуцирующих частиц. Таким образом, для осуществления специфической трансдукции не- обходима предварительная лизогенизация бактерий-доноров и после- дующая индукция профага из клеток. Образовавшиеся при этом дефект- ные трансдуцирующие частицы фагов заражают клетки реципиентного штамма, происходит их лизогенизация и встраивание профага с участком генома бактерий донора в хромосому реципиента. Использовать трансдукцию можно в следующих направлениях: трансдуцировать плазмиды и короткие фрагменты хромосомы до- нора; для конструирования штаммов заданного генотипа, в частности изогенных штаммов. Здесь малый размер передаваемых фрагментов обеспечивает преимущество трансдукции перед конъюгацией. Изоген- ные штаммы, сконструированные при помощи генерализованной транс- дукции, различаются только по участку хромосомы, переносимому трансдуцирующим фагом; для точного картирования бактериальных генов, установления по- рядка и их расположения в оперонах и тонкой структуры отдельных ге- нетических детерминант, что осуществляют с помощью комплемента- ционного теста. Известно, что для синтеза определенной группы про- дуктов необходимо функционирование нескольких генов. Допустим, что синтез какого-то фермента определяется продуктами генов а и b. Пусть имеются два фенотипически одинаковых мутанта, не способных к синте- зу фермента, но неизвестно, идентичны или различны они генетически. Для идентификации генотипа проводят трансдукцию, т. е. размножают фаг на клетках одной популяции, а затем фаголизатом заражают клетки второй популяции. Если при высеве на селективную среду формируются как большие колонии истинных трансдуктантов, так и маленькие коло- нии абортивных трансдуктантов, делают вывод, что мутации локализо- ваны в разных генах.
Поведение фагов в бактериальной клетке
Фаги способны к реализации двух путей развития в бактериальной клетке:
- Литический - после попадания в бактерию ДНК фага сразу же начинается его репликация, синтез белков и сборка готовых фаговых частиц, после чего происходит лизис клетки. Фаги, развивающиеся только по такому сценарию, называют вирулентными.
- Лизогенный - попавшая в бактериальную клетку ДНК фага встраивается в её хромосому или существует в ней как плазмида , реплицируясь при каждом делении клетки. Такое состояние бактериофага носит название профаг . Система его репликации в этом случае подавлена синтезируемыми им самим репрессорами. При снижении концентрации репрессора профаг индуцируется и переходит к литическому пути развития. Реализующие подобную стратегию бактериофаги называются умеренными. Для некоторых из них стадия профага является обязательной, другие в некоторых случаях способные сразу развиваться по литическому пути.
Перенос фрагментов ДНК бактерии
Общая (неспецифическая) трансдукция
Осуществляется фагом P1, существующим в бактериальной клетке в виде плазмиды, фагами P22 и Mu, встраивающимися в любой участок бактериальной хромосомы. После индуцирования профага с вероятностью в 10 −5 на одну клетку возможна ошибочная упаковка фрагмента ДНК бактерии в капсид фага, ДНК самого фага в нём в этом случае нет. Длина этого фрагмента равна длине нормальной фаговой ДНК, его происхождение может быть любым: случайный участок хромосомы, плазмида, другие умеренные фаги.
Попадая в другую бактериальную клетку, фрагмент ДНК может включаться в её геном, обычно путём гомологичной рекомбинации. Перенесённые фагом плазмиды способны замыкаться в кольцо и реплицироваться уже в новой клетке. В ряде случае фрагмент ДНК не встраивается в хромосому реципиента, не реплицируется, но сохраняется в клетке и транскрибируется . Это явление носит название абортивной трансдукции.
Специфическая трансдукция
Наиболее хорошо изучена специфическая трансдукция на примере фага λ . Этот фаг встраивается только в один участок (att-сайт) хромосомы E. coli с определённой последовательностью нуклеотидов (гомологичной att-участку в ДНК фага). Во время индукции его исключение может пройти с ошибкой (вероятность 10 −3 -10 −5 на клетку): вырезается фрагмент тех же размеров что и ДНК фага, но с началом не в том месте. При этом часть генов фага теряется, а часть генов E. coli захватывается им. Вероятность переноса гена в этом случае падает при увеличении расстояния от него до att-сайта.
Для каждого специфически встраивающегося в хромосому умеренного фага характерен свой att-сайт и, соответственно, расположенные рядом с ним гены, которые он способен передавать. Ряд фагов может встраиваться в любое место на хромосоме и переносить любые гены по механизму специфической трансдукции. Кроме того, в хромосоме обычно есть последовательности, частично гомологичные att-участку ДНК фага. При повреждении полностью гомологичного att-сайта можно добиться включения фага в хромосому по этим последовательностям и передачу в ходе специфической трансдукции генов, соседних уже с ними.
Когда умеренный фаг, несущий бактериальные гены, встраивается в хромосому новой бактерии-хозяина, она содержит уже два одинаковых гена - собственный и принесённый извне. Поскольку фаг лишён части собственных генов, часто он не может индуцироваться и размножиться. Однако при заражении этой же клетки «вспомогательным» фагом того же вида, индуцирование дефектного фага становится возможным. Из хромосомы выходят и реплицируются как ДНК нормального «вспомогательного» фага, так и ДНК дефектного, вместе с переносимыми им бактериальными генами. Поэтому около 50% образующихся фаговых частиц несут бактериальную ДНК. Это явление носит название трансдукции с высокой частотой (HFT от англ. high frequency transduction ).
История изучения
Эстер Ледерберг была первой учёной, кому удалось выделить бактериофаг лямбда, ДНК вирус, из Escherichia coli K-12 в 1950 году.
Собственно открытие трансдукции связано с именем американского учёного Джошуа Ледерберга . В году он совместно с Нортоном Циндером обнаружил общую трансдукцию. В Ледербергом и др. было показано существование абортивной трансдукции, в - специфической.
См. также
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Трансдукция (генетика)" в других словарях:
Раздел общей генетики (См. Генетика), в котором объектом исследования служат бактерии, микроскопические грибы, актинофаги, вирусы животных и растений, бактериофаги и др. микроорганизмы. До 40 х гг. 20 в. считалось, что, поскольку у… …
- [нэ], и; ж. [от греч. genētikos относящийся к рождению, происхождению]. Наука о законах наследственности и изменчивости организмов. Г. человека. Г. растений. Медицинская г. Космическая г. * * * генетика (от греч. génesis происхождение), наука о… … Энциклопедический словарь
- (от лат. transductio перемещение) перенос генетического материала из одной клетки в другую с помощью вируса (См. Вирусы), что приводит к изменению наследственных свойств клеток реципиентов. Явление Т. было открыто американскими учёными Д … Большая советская энциклопедия
Раздел генетики (См. Генетика) и молекулярной биологии (См. Молекулярная биология), ставящий целью познание материальных основ наследственности (См. Наследственность) и изменчивости (См. Изменчивость) живых существ путём исследования… … Большая советская энциклопедия
абортивная трансдукция - Форма трансдукции, при которой фрагмент генома бактерии донора не включается в хромосому бактерии рецепиента и не реплицируется, а вместе с геномом вирусной частицы переносчика остается в цитоплазме в виде эписомы и может передаваться только в… …
неспецифическая (общая, генерализованная) трансдукция - Перенос от бактерии к бактерии произвольного фрагмента бактериальной хромосомы путем его упаковки в капсид бактериофага вместо фагового генома (обычно такой фрагмент при Н.т. достаточно крупный до 2 % всех генов бактерии); к фагам, способным… … Справочник технического переводчика
ограниченная (специфическая) трансдукция - Передача от бактериального донора бактериальному реципиенту с помощью бактериофага строго определенного фрагмента бактериальной ДНК, расположенного вблизи сайта интеграции бактериофага (как правило, нескольких генов); к бактериофагам,… … Справочник технического переводчика
Соматических клеток генетика - * саматычных клетак генетыка * somatic cell genetics изучение наследственности и наследственной изменчивости собственно соматических клеток (см.). Изучение генных мутаций у соматических клеток, открытие явления гибридизации соматических клеток и… … Генетика. Энциклопедический словарь
У этого термина существуют и другие значения, см. Трансформация. Трансформация процесс поглощения клеткой организма свободной молекулы ДНК из среды и встраивания её в геном, что приводит к появлению у такой клетки новых для неё наследуемых… … Википедия
Эстер Мириам Циммер Ледерберг Эстер Ледерберг читает лекцию в медицинской школе им. Каназавы по приглашению доктора Акабори, 1962 г. Дата рождения: 18 декабря 1922 Место рождения: Бронкс, Нью Йорк Дата смерти: 11 ноября 2006 Место смерти … Википедия