27. Общая и генерализованная трансдукция.

Ответ. Процесс введения рекомбинантной фаговой ДНК со встроенным фрагментом чужеродной генетической информации в клетки-реципиенты основан на естественном природном явлении – трансдукции фаговой ДНК. Трансдукция (лат. transduction – перемещение) представляет собой процесс переноса бактериальной ДНК из одной клетки в другую бактериофагом. Таким образом, трансформация бактериальных клеток с помощью рекомбинантных ДНК на основе фаговой ДНК не требует специальной подготовки клеток-реципиентов или какого-либо специального приборного оснащения. Трансдукция основана на том, что в процессе размножения фагов в бактериях могут образовываться фаговые частицы, которые наряду с фаговой ДНК или вместо нее содержат фрагменты бактериальной ДНК. Такие фаговые частицы называются трансдуцирующими. По морфологии и адсорбционным свойствам они ничем не отличаются от обычных фаговых вирионов, но при заражении ими новых клеток передают генетические детерминанты предыдущего хозяина. В соответствии с этим принято выделять два типа трансдукции: генерализованную (неспецифическую, или общую); специфическую, или ограниченную. В осуществлении генерализованной трансдукции бактериальный вирус является только переносчиком генетического материала бактерий. При специфической трансдукции вирус включает ДНК бактерий в свой геном и передает ее, лизогенизируя бактерии-реципиенты. Генерализованная трансдукция осуществляется дефектными частицами фагов. Образование таких частиц происходит в ходе репродукции фагов, сопровождающейся распадом бактериальной хромосомной ДНК. Фаговые частицы, несущие фрагменты ДНК бактерий, называются дефектными или трансдуцирующими. Если полученным фаголизатом, содержащим как нормальные, так и дефектные частицы, обработать клетки штамма-реципиента, то заражение их нормальным фагом ведет, как правило, к лизису клеток. Однако некоторые клетки инфицируют дефектные трансдуцирующие фаги. В клетки поступают короткие фрагменты двунитевой ДНК донора. Циркуляризации бактериальной ДНК при этом не происходит, рекомбинируют с ДНК реципиента линейные фрагменты ДНК донора. Рекомбинация, происходящая при общей трансдукции, находится под контролем recA-гена, это общая гомологичная рекомбинация, осуществляемая путем реципрокного обмена соответствующими гомологичными участками. Возникают рекомбинанты, называемые трансдуктантами. Трансдуктанты нелизогенны и не обладают иммунитетом к фагам, так как трансдуцирующие частицы, вызвавшие их образование, не содержат фаговой ДНК. Однако при генерализованной трансдукции могут возникать не только истинные рекомбинанты-трансдуктанты, в которых привнесенный ген наследуется стабильно из поколения в поколение (полная, или завершенная, трансдукция), но и абортивные трансдуктанты. При абортивной, или незавершенной, трансдукции внесенный дефектным фагом фрагмент бактериальной хромосомной ДНК донора не рекомбинирует с хромосомной ДНК реципиентной клетки. Находясь в реципиентной клетке, привнесенный ген экспрессируется, что придает клетке новый фенотип, например способность к синтезу какой-то аминокислоты. Однако ген экзогеноты (привнесенный ген) не способен реплицироваться. Вследствие этого при делении клетки он передается только одной из дочерних особей, но во второй клетке сохраняется белок – продукт экспрессии привнесенного гена, и эта клетка в известной степени сохраняет приобретенный фенотип. Специфическая трансдукция была открыта в 1956 г. М. Морзе и супругами 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 качестве «пассивного» переносчика генетического материала бактерий, то при специфической 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 клетки бактерий E. coli с последующей интеграцией его ДНК в геном бактерий. 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 участке между локусами bio и gal. Этот участок получил название attλ. Вырезание (эксцизия) профага из хромосомы при индукции профага осуществляется также по механизму сайт-специфической рекомбинации. Сайт-специфическая рекомбинация происходит точно, но не безошибочно. Между профагом и бактериальной хромосомой осуществляется генетический обмен. Встраивающийся в геном фага бактериальный генетический материал может заместить до 1/3 генетического материала фага. После упаковки фаговой ДНК, часть которой замещена бактериальной, 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 дефектный фаг может заражать другие клетки, но не может вызывать репродуктивную инфекцию. Если в таком дефектном фаге в ДНК сохранились липкие концы, обеспечивающие превращение ее в циркулярную форму, то ДНК дефектного фага вместе с фрагментом бактериальной ДНК может интегрироваться в ДНК реципиентных бактерий и вызывать их лизогенизацию. Было установлено, что при индукции профага чаще образуются дефектные частицы, содержащие гены локуса gal. Такие дефектные частицы обозначают λdgal. Если в геноме фага содержится ген, ответственный за синтез биотина, то – λdbio. Следовательно, если фаголизатом, полученным после заражения донорных бактерий фагом, в котором содержится дефектные частицы, обработать реципиентные клетки bio– или gal–, то с частотой 10^–5–10^–6 образуются трансдуктанты bio+ или gal+.