Как работает трансдукция в общем виде
Общий механизм трансдукции завязан на цикле размножения вируса внутри бактериальной клетки. Когда бактериофаг инфицирует бактерию, он использует её ресурсы для создания собственных копий. В процессе этой сборки случается сбой: фрагмент хромосомы самой бактерии случайно оказывается внутри белковой оболочки вируса.
При последующем инфицировании новой бактерии (реципиента) этот фаг переносит не вирусную, а бактериальную ДНК. Таким образом осуществляется переход к новому типу обмена генетической информацией в микробиологии. Выделяют два основных класса этого процесса: общую (неспецифическую) и специфическую трансдукцию.
Общая (неспецифическая) трансдукция
Главная особенность общей трансдукции заключается в том, что фаг способен перенести любой фрагмент бактериальной хромосомы. Классический пример вирусов, осуществляющих такой перенос, — Р-фаги.
Процесс протекает в несколько этапов:
- Фрагментация: ДНК инфицированной бактерии разрушается на отдельные части.
- Ошибочная упаковка: Кусочки бактериальной ДНК, которые по размеру совпадают с нормальной фаговой ДНК, по ошибке упаковываются в вирусный капсид.
- Формирование дефекта: Образуется дефектная фаговая частица, не содержащая вирусных генов, но несущая генетический материал бактерии-донора. Частота таких ошибок составляет около 1 на 1000 нормальных фагов.
- Инфицирование реципиента: Дефектный фаг прикрепляется к новой клетке и «впрыскивает» в неё принесенную бактериальную ДНК.
- Рекомбинация: Внутри реципиента происходит гомологичная рекомбинация — принесенный фрагмент замещает аналогичный участок хромосомы реципиента, образуя стабильный рекомбинант.
Специфическая трансдукция
Специфическая трансдукция протекает по иному сценарию и требует обязательного условия: фаговая ДНК должна быть предварительно встроена в хромосому бактерии (находиться в состоянии профага). Умеренные фаги интегрируются только в строго определенные участки (сайты) бактериальной хромосомы.
Логика процесса переноса:
- Механизм захвата: Процесс начинается, когда вирусная ДНК переходит к активному размножению и исключается (вырезается) из хромосомы бактерии. Происходит ошибка ферментной системы: вместе с вирусной ДНК захватывается фрагмент бактериальной ДНК, который прилегал непосредственно к месту интеграции фага.
- Результат для фага: Образуется дефектный фаг, у которого часть собственного генома безвозвратно замещена бактериальными генами.
- Специфичность: Из-за того, что фаг был привязан к конкретному сайту, он может переносить исключительно те гены, которые находились по соседству с этим сайтом интеграции. Известный пример — передача gal-гена (отвечающего за сбраживание галактозы) у бактерий вида E. coli.
- Процесс в реципиенте: Попав в новую клетку, ДНК дефектного фага вступает в сайт-специфическую рекомбинацию с ДНК реципиента. В результате клетка-реципиент становится меродиплоидом (частичным диплоидом), так как теперь она содержит и свой собственный ген, и точно такой же привнесенный ген донора.
Сравнение механизмов
| Характеристика | Общая трансдукция | Специфическая трансдукция |
|---|---|---|
| Что переносится | Любой фрагмент хромосомы донора | Только гены, соседствующие с сайтом интеграции профага |
| Условие начала | Фрагментация ДНК донора | Ошибка при исключении профага из хромосомы |
| Тип рекомбинации | Гомологичная рекомбинация | Сайт-специфическая рекомбинация |
| Результат в клетке | Образование стабильного рекомбинанта | Клетка становится меродиплоидом |
| Пример | Характерна для Р-фагов | Перенос gal-гена у E. coli |
Чтобы легко запомнить типы рекомбинации: при Общей трансдукции происходит гОмологичная рекомбинация (любой ген ищет гомологичную пару), а при Специфической — Сайт-Специфическая.
Вопросы с занятий и экзамена
Кто и когда открыл явление трансдукции?
Явление трансдукции было открыто в 1951 году учеными Н. Циндером и Дж. Ледербергом.
Почему образуется дефектный бактериофаг?
Дефектный фаг образуется из-за ошибок ферментных систем. При общей трансдукции в капсид вместо вирусной ДНК упаковывается кусок бактериальной, а при специфической — фаг теряет часть своих генов, заменяя их на захваченные соседние бактериальные гены.
Что значит термин «меродиплоид»?
Меродиплоид — это частичный диплоид. Это состояние возникает у бактерии-реципиента после специфической трансдукции, когда клетка имеет как свой собственный ген (например, в хромосоме), так и дополнительную копию этого же гена, принесенную бактериофагом.
Что ещё разобрать по теме
- Детальный механизм гомологичной рекомбинации в клетке-реципиенте
- Сайт-специфическая рекомбинация на молекулярном уровне
- Интеграция и исключение профага: молекулярные механизмы
- Различия между умеренными и вирулентными бактериофагами
- Организация генетического аппарата E. coli (оперонный принцип и gal-оперон)
Разберите тему целиком в курсе «Микробиология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Трансдукция» 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.