Трансдукція - це що таке?

Трансформація і трансдукція були описані в різний час. Остання була відкрита в 1952 р. У статті розглянемо, які існують види трансдукції, якими особливостями вони володіють, і де використовується це явище.

Перші дослідження

У студентські роки М. Циндер, працюючи в лабораторії Ледерберга, займався вивченням наявності кон'югації у Salmonella typhimurium. Він використовував 20 моноауксотрофных її штамів. При попарном їх змішуванні вчений намагався виявити прототрофное потомство. В 9 випадках з 79 комбінацій були виявлені клони таких клітин. У зв'язку з тим, що жоден з первинних штамів не утворював репертантов на мінімальному середовищі, Цінгер зробив висновок про те, що між ними здійснюється кон'югація, під час якої передається спадкова інформація.

Щоб підтвердити гіпотезу, разом з Ледербергом він повторив експеримент Девіса з використанням U-образної пробірки, розділеної фільтром зі скла, не пропускавшим клітини мікроорганізмів. У дослідженні використовувалися штами Salmonella typhimurium 2Ahis– і 22Atrp–. В одну гілку пробірки вносилася культура штаму 22А, в іншу – 2А. Обидві були в концентрації 1•108 кл/мл Після періоду інкубації в частині з вмістом штаму 22А були виявлені прототрофные клітини. Вони утворювалися з частотою 1•10-5. В іншій гілці пробірки прототрофные клітини були відсутні.

Результати експерименту не підтвердили гіпотезу про конъюгационном перенесення інформації у штамів 22А і 2А.

Трансдукція: досвід

При подальшій перевірці було виявлено, що штам 22А інфікований фагом Р22. Він здатний заражати і лізувати клітини Salmonella typhimurium 2А. Проникнувши через фільтр, він інфікував клітини, репродуцировался і розчиняв їх. Разом з цим відбувалося вивільнення фільтруючого агента (як його назвали Ледербергом і Цінгер). Він, у свою чергу, проникав через скло. Під впливом фільтруючого агента деякі клітини в штамі 22А набували специфічні спадкові ознаки. Вони були аналогічні тим, які були присутні в штамі 2А, з якого виділявся ФА.

зокрема виявилася здатність до синтезу триптофану. Було визначено, що активність фільтруючого агента не втрачається в процесі обробки його ДНКазой. Це виключало ймовірність трансформації. При цьому встановлено, що властивості фільтруючого агента ідентичні характеристикам фага Р22. З цього був зроблений висновок, що останній переносить інформацію від штаму 22А до 2А, що виступало в якості доказу спадкової ролі нуклеїнових кислот.

Трансдукція як поняття було запроваджено для позначення цього явища передачі генетичних даних.

Специфіка процесу

Трансдукція – це специфічне явище, при якому здійснюється перенесення генетичної інформації від клітини-донора до клітини-реципієнта за допомогою фага. Воно засноване на тому, що в ході розмноження фагів можуть формуватися їх частки. Разом з ДНК або замість неї вони включають і інші фрагменти і були названі трансдуцирующими. За своїм адсорбційним властивостями і морфології вони аналогічні звичайним фаговым вирионам. Однак якщо вони інфікують нові клітини, відбувається передача генетичних детермінантів минулого господаря. Механізм трансдукції, таким чином, полягає в наступному. Для передачі генетичних детермінантів необхідно провести розмноження фага на клітинах штаммо-донора. Після цього слід отриманий фаголизат ввести в клітини реципієнта. Вибір трансдуктантов здійснюється на селективних середовищах. У них вихідні клітини-реципієнти рости не можуть.

Класифікація

При вивченні явища було встановлено, що одні фаги мають здатність передавати різні гени, а інші – тільки конкретні. У відповідності з цим, виділяється два типи перенесення даних:

1. Генералізована трансдукція. Це явище передбачає передачу будь-якого фрагмента хромосоми.
2. Специфічний перенесення. В цьому випадку передаються тільки певні гени.

Неспецифічний (генералізований) процес

Якими особливостями в цьому випадку має трансдукція? Це явище має місце при наявності вірусу, що виступає тільки в якості переносника матеріалу. Один з них - згаданий фаг Р22. З ним працювали Ледербергом і Цінгер. Крім цього, фаги, якими здійснюється генералізована трансдукція, - це PBS1 B. Subtilis, Р1 E. Coli та ін. Процес протікає за участю дефектних їх часток. Формування цих елементів відбуваєтьсяпри репродукції фагів у супроводі розпаду бактеріальної хромосомної ДНК. Необхідно зазначити, що їх освіта може мати місце і при литическом розвитку, і після індукції профага. В певну кількість часток при цьому упаковується бактеріальна ДНК. Величина її фрагментів не більше розміру голівки. При цьому можуть упаковуватися різні частини бактеріальної хромосоми. Фаговые частинки, які несуть фрагменти ДНК, іменуються дефектними.

Рекомбінація

Якщо фаголизатом, в якому присутні як нормальні, так і трансдуцирующие фрагменти, обробити клітини реципієнтного штаму, то інфікування їх нормальним фагом зазвичай призводить до лізису (розчинення). Але деякі клітини заражають дефектні компоненти. До структури надходять короткі частини двунитевой ДНК від донора. При цьому циркуляризації не відбувається. Іншими словами, лінійні фрагменти від ДНК донора рекомбінують з ДНК від реципієнта. Цей процес контролюється recA-геном. Таким чином, він являє собою загальну гомологичную рекомбінацію, яка здійснюється за допомогою реципрокного (взаємного) обміну відповідними гомологічними частинами.

Специфічний процес

Трансдукція цього типу була виявлена у 1956 р. Її особливістю є те, що кожен фаг передає дуже обмежену, певну область хромосоми. Якщо при неспецифічної трансдукції фаг – "пасивний" переносник генетичного матеріалу, а рекомбінація протікає за загальним закономірностям, то в цьому випадку він не тільки передає інформацію, а й забезпечує її входження у хромосому. Найвідомішим прикладом виступає процес, здійснюваний фагом λ. Він здатний інфікувати клітини E. Coli з подальшою інтеграцією ДНК в геном. Цей помірний фаг при лизогенезации бактерій при сайт-специфічної рекомбінації (при якій здійснюється розрив і перехресне з'єднання ланцюгів молекули) вбудовується в хромосому виключно на одній ділянці – між bio - та gal-локусами. Імовірно, це обумовлюється неправильним формуванням петлі в ході дезінтеграції профага. Внаслідок цього область геному, що прилягає до нього, выщепляется з структури хромосоми і переходить до складу вільного фага. Вбудовуваний матеріал здатний замінити до 1/3 генетичної інформації. Після упаковки ДНК фага формуються дефектні частинки.

Напрямки використання

Трансдукція бактерій може застосовуватися:

1. При конструюванні штамів певного генотипу, изогенных, зокрема. У цьому випадку невелика величина передаються частинок забезпечує перевагу трансдукционного процесу перед конъюгационным. Изогенные штами, сформовані з допомогою генерализационной передачі матеріалу, відрізняються тільки по тій ділянці хромосоми, який переноситься дефектним фагом.
2. Для точного картування генів бактерій, встановлення порядку їх розміщення в оперонах, тонкої структури деяких детермінант. Це здійснюється за допомогою комплементационного тесту. Встановлено, що для синтезу певних продуктів потрібна робота декількох генів. Наприклад, процес визначається компонентами структур а і b. Припустимо, є 2 фенотипічно аналогічних мутанта, які нездатні до синтезу ферменту. При цьому невідомо, чи вони відрізняються генетично. Для ідентифікації генотипу здійснюється трансдукція, тобто розмноження фага на клітинах в одній популяції з подальшим зараженням елементів другий. Якщо при виведенні на селективну середу утворюються і великі і маленькі колонії трансдукантов, робиться висновок, що локалізація мутацій знаходиться в різних генах.
3. При трансдуцировании плазмідів і коротких фрагментів хромосом донора.

Додатково

У літературі часто використовується таке поняття, як "сигнальна трансдукція". Вона являє собою передачу сигналу. Процес проходить за певною схемою. Спочатку зовнішній агент вступає у взаємодію з клітинним рецептором. Після цього активується эффекторная молекула. Вона розташовується в мембрані і відповідає за утворення вторинних посередників. Їх генерація сприяє активації білків-мішеней. Вони, у свою чергу, запускають наступних посередників.