| Воскресенье, 24.11.2024, 14:00 | Главная | Регистрация | Вход |
|
Статистика
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0 |
Статьи
В разделе материалов: 204
Показано материалов: 141-150 |
Страницы: « 1 2 ... 13 14 15 16 17 ... 20 21 » |
|
У эукариотических организмов в процессе оплодотворения объединяют ся гаплоидные наборы генов и образуется диплоидная зигота. В дочер нем диплоидном организме после немногих или же многократных ми-тотических делений в процессе редукционного деления (мейоза) происходит перекомбинирование хромосом, принадлежавших двум ро дительским наборам, и снова образуются клетки с гаплоидными наборами генов (гаметы). Такому половому способу «перетасовки» генетиче ского материала противопоставляют парасексуальные процессы, к которым относится и рекомбинация признаков у прокариот. Бактерии почти всегда гаплоидны; у них имеется только один набор генов. Зи готы образуются и у бактерий, но они никогда не бывают продуктом объединения целых клеток. Как правило, из клетки-донора в клетку-ре ципиент переносится лишь часть генетического материала, т.е. обра зуется неполная зигота (мерозигота). Хромосома реципиента спаривает ся с фрагментом хромосомы донора, и они обмениваются отдельными участками. При последующем делении ядра и клетки возникает клетка, содержащая только рекомбинированную хромосому (рис. 15.11). |
В настоящее время известны по меньшей мере три разных механизма рекомбинации попавшей в бактериальную клетку чужеродной ДНК с бактериальной хромосомой (или с плазмидой) in vivo: 1) общая гомо логичная рекомбинация, 2) сайт-специфическая рекомбинация и 3) него мологичная рекомбинация. Общая гомологичная рекомбинация. В этом случае поступившая из вне ДНК рекомбинируется с клеточной ДНК путем реципрокного обме на соответствующими участками. Если не считать различий, обусло вленных мутациями, партнеры по рекомбинации должны иметь одинаковую нуклеотидную последовательность, т. е. быть максимально гомологичными. Гомологичная рекомбинация находится под контро лем гена гее А; мутанты с дефектом этого гена (гее ') не способны к го мологичной рекомбинации. Существует несколько моделей данного механизма. Предполагают, что спаривание оснований происходит между деспирализованными, одноцепочечными участками двух двойных цепей ДНК. Вторая цепь, возможно, образуется в результате репликации или репарации. Сайт-специфическая рекомбинация. Этот процесс осуществляется не зависимо от гомологичной рекомбинации, т.е. возможен и у мутантов гее ~. Он состоит в том, что короткая двухцепочечная ДНК встраивает ся в определенном месте в длинную двойную спираль; при этом мень ший партнер теряет свою автономность. Типичным примером сайт-спе цифической рекомбинации может служить интеграция бактериофага лямбда (к) (рис. 4.14). Генетические эксперименты свидетельствуют о том, что фаг при переходе в состояние профага включается в хромосому клетки-хозяина в определенном месте-между да/-опероном и биотиновой областью (рис. 15.12). Включению фага предшествует его присоединение к опреде ленному участку бактериальной ДНК. Ранее считали, что оно опреде ляется высокой степенью гомологии нуклеотидных последовательно стей, однако эта гомология оказалась незначительной; по-видимому, большую роль здесь играет кодируемый фагом белок-так называемая интеграза. В определенном участке фаговой ДНК (att В) и в соответствующем участке бактериальной ДНК (att X) этот белок катализирует разрыв и перекрестное воссоединение геномов фага и клетки-хозяина. |
|
Перенос генетического материала путем прямого контакта между дву мя клетками называется конъюгацией. Уже давно на основании морфо логических данных предполагали, что и у бактерий может происходить своего рода спаривание; однако только эксперименты с множественны ми мутантами бесспорно доказали, что и у бактерий возможна передача генетического материала при прямом межклеточном контакте. В 1946 г. Ледерберг и Татум провели решающий опыт с двумя мутантами Е. coli К12, каждый из которых был ауксотрофным по двум различным ами нокислотам (рис. 15.14). Один двойной мутант нуждался в аминокисло тах А и В, но был способен синтезировать С и D (А ~ В ~ С * D+); другой мутант был ему комплементарен (А т В т С~ D"). Эти мутанты не росли на минимальной питательной среде и не обра зовывали колоний. Однако если на ту же минимальную среду высевали смесь суспензий обоих мутантов, то колонии появлялись. Клетки этих колоний обладали наследственной способностью синтезировать все аминокислоты, т.е. принадлежали к типу A + B + C + D+ (были прото-трофными). Такие клетки возникали с частотой 1 :10б; это были генетические рекомбинанты - они объединяли в себе генетическую информацию двух реципрокно дефектных (взаимодополняющих) родительских кле ток. Использование в качестве исходных штаммов множественных му тантов исключало возможность появления ревертантов, так как вероят ность одновременной реверсии по двум генам составляет величину по рядка 10~14-10~16 на генерацию. Необходимой предпосылкой реком бинации служил прямой контакт родительских клеток. |
|
Трансдукцией называют передачу ДНК от клетки-донора клетке-реци пиенту при участии бактериофагов. Обычно при этом фаг переносит лишь небольшой фрагмент ДНК хозяина. Различают два вида трансдукции: неспецифическую (общую), при которой может быть перенесен любой фрагмент ДНК хозяина, и специфическую, затрагивающую лишь строго определенные фрагменты ДНК. При неспецифической трансдук-ции ДНК клетки-хозяина включается в частицу фага либо дополнитель но к его собственному геному, либо вместо него, тогда как при специфической трансдукции некоторые гены фага замещаются генами хозяина. В обоих случаях трансдуцирующие фаги, как правило, де фектны - например, они часто теряют способность лизировать клетку-хозяина. Передача признаков путем трансдукции была обнаружена у многих бактерий, в том числе у видов Salmonella, Escherichia, Shigella, Bacillus, Pseudomonas, Staphylococcus, Vibrio и Rhizobium. Но не все фаги могут осуществлять трансдукцию, и не во все бактерии таким путем может быть перенесена ДНК. |
Бактериофаги, как правило, проявляют специфичность в отношении хо зяев: они инфицируют только один штамм бактерий или ограниченное число родственных штаммов, видов или родов бактерий. В основе этой специфичности лежат прежде всего рецепторные свойства поверхности бактериальных клеток. |
|
Рассмотренный в предыдущих разделах обмен участками хромосомной ДНК у бактерий был в основном ограничен пределами одного вида. Но, как мы уже упоминали, передача внехромосомных молекул ДНК, способных к автономной репликации, может преодолеть этот барьер. При молекулярном клонировании (рис. 15.21) используют плазмиды в качестве переносчиков (векторов) для введения в бактериальную клет ку и репродукции в ней чужеродной ДНК, которая может быть даже эу-кариотического происхождения. Для этой цели плазмиду и соответ ствующую чужеродную ДНК обрабатывают специфической рестрикта-зой, например E coli. |
|
Еще 15 лет назад был разработан метод гибридизации соматических клеток для проведения генетических исследований на клеточных культу рах. На его основе была создана методика генетической рекомбинации путем искусственно вызываемого слияния протопластов; ее уже удалось с успехом применить на материале грибов и растений. Первичный про дукт такого слияния-клетка, объединяющая в себе геномы обеих родительских клеток. |
|
В предшествующих главах, посвященных обмену веществ у микроорга низмов, неоднократно шла речь о регуляции метаболизма и роста фак торами среды. Обнаруженное еще Пастером подавление брожения ат мосферным кислородом у дрожжей-превосходный пример такой регуляции, весьма детально изученный. Давно известно также, что неко торые ферменты, участвующие в расщеплении того или иного субстра та, образуются только в его присутствии. У денитрифицирующих бакте рий нитратное дыхание может начаться лишь в отсутствие 02: кислород подавляет и образование нитратредуцирующей ферментной системы, и ее функцию. Изменение рН в культурах Enterobacter или Clostridium способно изменить ход брожения и повлиять на природу образующихся продуктов. У фототрофных бактерий кислород и свет влияют на синтез пигментов. В основе этих и многих других изменений, обусловленных средой, лежат специальные регуляторные механизмы. |
|
Многие бактерии могут расти, используя большое число различных субстратов. Это означает, что они способны синтезировать все фер менты, необходимые для превращения этих субстратов, т.е. имеют соответствующие структурные гены. Если в питательной среде содержит ся только один субстрат, то в клетках образуются ферменты, необходимые для расщепления (катаболизма) именно этого субстрата. Соответственно говорят об индукции ферментов, индуцирующем суб страте и индуцируемых (индуцибельных) ферментах. Для синтеза боль шинства ферментов, участвующих в катаболизме субстратов, требуется индукция. |
Индукция р-галактозидазы. Один из наиболее изученных примеров ин дукции синтеза ферментов-это синтез фермента, необходимого для ис пользования лактозы клетками Escherichia coli (рис. 16.1). Лактоза-ди-сахарид, который, прежде чем вступить на путь катаболизма гексоз, должен быть расщеплен: Р-Галактоэидаза
Лактоза + НгО----------- » D-Глкжоза + D-Галактоза Клетки дикого типа, растущие на среде с глюкозой, содержат лишь едва заметные следы (3-галактозидазы. Если же выращивать их на среде с лактозой или иным р-галактозидом, то р-галактозидазная активность увеличивается в 1000 раз: этот фермент может составлять около 3% все го клеточного белка! Он обычно образуется только в присутствии инду цирующего вещества-лактозы. Изучению механизма регуляции существенно помогло применение не используемого бактерией индуктора-2-пропил-р-тиогалактозида. Добавление этого вещества приводит к «обманной» индукции р-галактозидазы: фермент образуется, но не может гидролизовать соединение, индуцировавшее его синтез, и сделать его доступным для дальнейших превращений. |
|
 |  |
