21. Трансдукция. Неспецифическая, специфическая, абортивная трансдукция

Трансдукцией называют перенос генов из одних бактериальных клеток в другие при помощи бактериофага. Это явление в 1951 г. открыл Н. Зиндер. Перед рассмотрением трансдукции важно изучить взаимоотношения между бактериями и бактериофагами.

Вирулентные и умеренные бактериофаги. Бактериофаги, или вирусы бактерий, делят на две категории: вирулентные и умеренные. Вирулентный бактериофаг, проникая в клетку, вызывает литическую реакцию, т.е. размножается и лизирует бактерию. Умеренные бактериофаги могут вызывать как литическую, так и лизогенную (удвоение при делении) реакцию. В последнем случае инфицирующий фаг переходит в состояние профага, который воспроизводится синхронно с хромосомой бактерии. Бактерии, несущие профаг, называют лизогенными. Лизогенные бактерии приобретают иммунитет, т.е. устойчивость к дополнительному заражению тем же бактериофагом, который их лизогенизировал.

Лизогенное состояние устойчиво воспроизводится. Профаг при этом теряется с частотой около 1 на 105-106 клеточных делений. В лизогенных культурах может происходить индукция бактериофага, в результате чего наблюдается массовый лизис бактерий. Такое явление происходит спонтанно и стимулируется целым рядом агентов, повреждающих ДНК: ультрафиолетовыми и рентгеновскими лучами, алкилирующими соединениями, органическими перекисями и т.д.

Виды трансдукции:

1. Неспецифическая трансдукция — Это процесс передачи генетической информации от одного бактериофага к другой без специфической выборки определенных генов. В этом случае передача материала происходит случайным образом, и гены передаются в "неспецифическом" порядке.

2. Специфическая трансдукция отличается от неспецифической тем, что бактериофаг (вирусы, заражающие бактериальные клетки) может переносить только определенные гены, как это характерно для фага к Е. coli, который может трансдуцировать только гены локуса gal, ответственного за усвоение галактозы, и bio – гены синтеза биотина. Умеренный бактериофаг при лизогенизации Е. coli интегрирует в ее хромосому на участке между локусами gal и bio. Это было показано в конъюгационных скрещиваниях лизогенных Hfr и нелизогенных F^--бактерий. Gal⁺-трансдуктанты возникают обычно с частотой 1×10^-5-10^-6 и, как правило, генетически нестабильны. Они выщепляют клетки Gal^-1 частотой около 2×10^-3 на клеточное деление. Это явление объясняется тем, что трансдуктанты Gal⁺ частично гетерозиготны gal/gal⁺ т.е. несут дополнительный фрагмент gal⁺ вместе с участком gal реципиента. Такое состояние называется гетерогенотой.

3. Абортивная трансдукция: внесенный фагом фрагмент генома не реплицируется(копирование) и передается по одной линии при размножении трансдуктанта, т.е. из двух клеток – потомков каждого деления – лишь одна получает трансдуцированный ген.

При облучении гетерогенот УФ-лучами удалось получить фаголизаты, способные к трансдукции с очень высокой частотой.

Почти половина всех частиц λ могла передавать признак Gal⁺ при трансдукции. Изучение фагов из таких лизатов, названных HFT (от англ. high frequency transduction), показало, что гены gal переносят так называемые дефектные фаги λ, т.е. такие, которые, лизогенизируя бактерии, сообщают им устойчивость к суперинфекции λ, но в дальнейшем лизогенные бактерии не способны продуцировать инфекционные частицы бактериофага. Дефектные трансдуцирующие частицы λ, обозначаемые к gal, не образуют стерильных пятен на газоне Е. coli. Они не могут самостоятельно размножаться. Для этого им требуется фаг – помощник: нормальный, не способный к трансдукции.