20. Трансформация.

Трансформация бактерий – это перенос ДНК, изолированной из одних клеток, в другие.

При трансформации ДНК, выделенную из клеток одного штамма, поглощают клетки другого штамма – реципиента.

Трансформация возможна у целого ряда бактерий: Diplococcus, Hemophilus, Neisseria, Bacillus, а также у актиномицетов, цианобактерий и других, и она имеет общие закономерности. Лучше всего трансформация изучена у таких бактерий, как D. pneumoniae, В. subtilis, Н. influenzae.

Для того чтобы ДНК проникла в бактериальные клетки, они должны находиться в состоянии компетентности. Сначала ДНК связывается с поверхностью компетентных клеток. Обычно трансформирующая ДНК имеет молекулярную массу около 1×10⁷ Д, что составляет около 0,5% бактериальной хромосомы. ДНК, связанная с компетентными клетками, расщепляется специальными нуклеазами до фрагментов с молекулярной массой 4-5×10⁶ Д. После этого фрагменты ДНК проникают в клетку. Некоторые бактерии, в частности пневмококки, могут неспецифически поглощать ДНК из разных источников. В то же время, например, Hemophilus, поглощает только свою, гомологическую ДНК.

Фрагменты менее 5-10⁵ Д в клетку не проникают.

После попадания в бактерию двуцепочечная ДНК превращается в одноцепочечную: одна нить ДНК деградирует. На заключительной стадии происходит интеграция одноцепочечного трансформирующего фрагмента с ДНК клетки-реципиента. При этом репликация не требуется, и включаемый фрагмент физически объединяется с ДНК реципиента. Весь процесс трансформации завершается в течение 10-30 мин. Частота трансформации разных бактерий составляет около 1%.

Для некоторых бактерий показана трансформация в естественных условиях, например, в организме инфицированного животного – для Diplococcus pneumoniae, а также в условиях культуры – для Bacillus sublilis. Это означает, что трансформация – не экзотический прием генетического анализа, а естественный биологический процесс.

В то же время в последние годы в связи с развитием генной инженерии широко применяется плазмидная трансформация, которая заключается во введении в клетки бактерий, а также эукариот генов, интегрированных в естественные или искусственные плазмиды.

Естественная компетентность

Бактерии многих видов (возможно, большинства) естественно способны к принятию ДНК. В состоянии компетентости бактерии вырабатывают особый низкомолекулярный белок (фактор компетентности), что активирует синтез автолизину, эндонуклеазы и ряда факторов транскрипции. Автолизин частично разрушает клеточную стенку, способствует проникновению ДНК через нее, а также снижает чувствительность бактерий к осмотическому шоку. В состоянии компетентности также снижается общая интенсивность метаболизма.

Искусственная компетентность

Искусственная компетентность НЕ кодируется в генах клеток. Вместо этого, она вызывается лабораторными процедурами, в которых клетки пассивно делаются проницаемыми для ДНК, используя условия, которые обычно не встречаются в природе. Эти процедуры сравнительно легкие и простые, и широко используются в молекулярной биологии и генной инженерии бактерий. Искусственно компетентные клетки стандартных бактериальных штаммов также производятся коммерчески, их можно приобрести замороженными и готовыми для использования.