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 (разд. 4.2.1).
Кроме того, у бактерий есть и другие системы, обусловливающие специфичность взаимоотношений с фагами. Одна из таких систем полу чила название рестрикции. Суть ее можно проиллюстрировать на следующем примере. Если бактериофаг X вырастить на штамме A Escherichia coli и затем инфицировать полученным лизатом другой штамм В, то в культурах штамма В фаг будет расти значительно хуже, чем на штамме А. Если же немногочисленные фаговые частицы, образо вавшиеся на штамме В, использовать для заражения другой культуры штамма В, то размножение фага вновь будет нормальным; однако если перед этим фаг снова провести через исходный щтамм А, то на штамме В он опять будет расти очень плохо. Таким образом, рестрикция (огра ничение репродукции фага) зависит от того хозяина, в котором данный фаг выращивали предыдущий раз. Она обусловлена расщеплением ин фицирующей фаговой ДНК под действием фермента, специфичного для штамма-хозяина. Такого рода ферменты называютрестрикционными эндонуклеазами. Благодаря своему нуклеазному действию они препят ствуют проникновению чужеродной ДНК в бактериальную клетку.
Очевидно, что бактериальная клетка должна как-то защищать свою ДНК от воздействия собственной рестрикционной эндонуклеазы. Такую защиту обеспечивает метилирование или глюкозилирование определенных оснований ДНК, обычно аденина или цитозина. Этот процесс известен под названием модификации. Из него извлекают пользу также и фаги, размножающиеся в клетках определенного штамма бактерий. На фаговую ДНК при ее синтезе в клетках данного типа накладывается тот же «отпечаток», что и на ДНК самой клетки: в присутствии моди фицирующего фермента фаговая ДНК видоизменяется таким же обра зом, как и ДНК хозяина. Она так же метилируется и приобретает свой ства, защищающие ее от воздействия рестрикционных ферментов данного штамма бактерий.
Рестрикциоиные эндонуклеазы (рестриктазы). Эти ферменты могут кодироваться не только геномом бактерии, но также бактериофагами и плазмидами. Все они разрезают двухцепочечные ДНК. Различают не сколько классов рестрикционных ферментов. Ферменты класса 1 распоз нают какую-то определенную последовательность нуклеотидов, но и вне этой области могут неспецифически расщеплять ДНК. К ним относится рестрикционная эндонуклеаза из бактериофага Р1. Ферменты класса 2 отличаются тем, что разрывают цепи ДНК только в опреде ленных точках распознаваемой ими области. Это ведет к образованию совершенно определенных фрагментов ДНК. Рестрикционные эндону-клеазы класса 2 используются при молекулярном клонировании, кото рое будет рассмотрено в следующем разделе.
Примером рестриктаз класса 2, специфически расщепляющих ДНК, может служить рестриктаза EcoRl,действие которой поясняется ниже. Последовательность, распознаваемая этим ферментом, состоит из шести пар оснований, образующих палиндром (в двух цепях последователь ности одинаковые, но идут в противоположных направлениях).
Места расщепления ДНК, указанные стрелками, лежат вне оси сим метрии. В результате несовпадения разрывов образуются одноцепо-чечные концы из четырех пар оснований.
Число известных и охарактеризованных рестриктаз непрерывно рас тет, так как эти ферменты играют важную роль и в фундаментальных, и в прикладных исследованиях в области молекулярной генетики. Например, полученные с их помощью фрагменты ДНК {рестрикционные фрагменты) можно расположить в такой последовательности, что это даст возможность построить физическую карту генетического материала.
