Особенности бактериальной рекомбинации
Взаимодействие двух геномов с разными генотипами приводит к формированию дочерней рекомбинантной ДНК. Главная особенность процесса у бактерий заключается в том, что в реципиентную клетку проникает не вся донорская хромосома, а лишь небольшой фрагмент ДНК.
Из-за этого внутри реципиента образуется мерозигота — неполная зигота, представляющая собой частично диплоидную клетку. Итогом такого скрещивания является образование только одного рекомбинанта. Его генотип базируется на исходном генотипе реципиента, в который включен переданный фрагмент донора. Взаимного обмена участками не происходит.
Три пути горизонтального переноса генов
Генетическая рекомбинация — это лишь завершающий этап. Чтобы ДНК донора встретилась с ДНК реципиента, материал должен быть передан одним из трех фундаментальных способов:
- Конъюгация. Происходит при непосредственном физическом контакте двух клеток, между которыми образуется специальный «мостик». Процесс требует наличия конъюгативной плазмиды. Направленный перенос генетического материала идет от донора (F+) к реципиенту (F-), всегда начинаясь с 5’-конца.
- Трансформация. Представляет собой поглощение высокополимеризованной свободной ДНК. Источником служат лизированные клетки-доноры, освобождающие фрагменты своего генома во внешнюю среду. Эти фрагменты затем самостоятельно проникают из окружающей среды в компетентную клетку-реципиент.
- Трансдукция. Процесс, при котором посредником выступает бактериофаг. Во время сборки внутри разрушающейся (лизированной) донорской клетки фаг случайно захватывает участок бактериальной ДНК. Выйдя наружу, он инфицирует новую клетку и вводит в нее фрагмент генома предыдущего хозяина.
Молекулярные механизмы рекомбинации
В зависимости от молекулярных особенностей, выделяют три основных механизма встраивания чужеродной ДНК в геном реципиента.
- Гомологичная рекомбинация. Требует высокой степени гомологии (сходства) обменивающихся участков. Механизм включает разрыв и воссоединение цепей с образованием крестообразной структуры Холидея. В ней происходит комплементарное спаривание одноцепочечных участков от разных родительских молекул. Процесс жестко контролируется REC-системой (гены recA, B, C, D). Продукты этих генов расплетают нити ДНК и переориентируют (разрезают) структуру Холидея для завершения обмена.
- Сайт-специфическая рекомбинация. Протекает только в строго определенных участках генома и не нуждается в высокой степени гомологии. Не зависит от функции генов recA, B, C, D. Примерами служат встраивание плазмиды в хромосому бактерии (обычно между идентичными IS-элементами), интеграция ДНК фага в хромосому E. coli и механизмы регуляции активности генов, такие как фазовые вариации жгутикового H-антигена у сальмонелл.
- Незаконная (репликативная) рекомбинация. Негомологичный процесс, который также не зависит от REC-системы. Его суть — транспозиция (перемещение) подвижных генетических элементов внутри репликона или между различными репликонами. Важнейшая особенность заключается в том, что такое перемещение всегда сопровождается удвоением (репликацией) переносимой ДНК.
Для быстрого запоминания трех механизмов переноса используйте правило «ТКТ»: Трансформация (Тянет свободную ДНК из среды), Конъюгация (Контакт клеток напрямую), Трансдукция (Транспорт при помощи фага).
Вопросы с занятий и экзамена
Что такое мерозигота в микробиологии?
Это неполная, частично диплоидная клетка, которая образуется после того, как в бактерию-реципиент проникает только фрагмент донорской ДНК, а не целая хромосома.
Какие гены контролируют гомологичную рекомбинацию?
Гомологичная рекомбинация контролируется продуктами генов REC-системы (recA, B, C, D), которые отвечают за расплетание нитей ДНК и разрезание структуры Холидея.
В чем главное отличие сайт-специфической рекомбинации от гомологичной?
Сайт-специфическая рекомбинация происходит только в определенных участках генома, не требует высокой гомологии цепей ДНК и не зависит от работы REC-системы.
Что ещё разобрать по теме
- Особенности формирования и разрезания структуры Холидея
- Функции белков-продуктов генов recA, B, C, D
- Механизм фазовых вариаций жгутикового H-антигена у сальмонелл
- Роль IS-элементов при встраивании плазмиды в хромосому
- Процесс транспозиции подвижных генетических элементов
Разберите тему целиком в курсе «Микробиология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Способы передачи генетической информации у бактерий» и ещё 4 383 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 141 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Генетика микробов»
Бесплатные видеоуроки: микробиологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.