Молекулярная биология, избранные разделы - Ашмарин И.П.
Скачать (прямая ссылка):
блюдениями хромосом рекомбинантов (С. Е. Бреслер и сотр., 1972). Еще больше факторов, обеспечивающих неодинаковую вероятность разрыва в разных точках в хромосомах многоклеточных. Достаточно напомнить хотя бы неравномерное распределение вдоль хромосомы белков, влияющих на стабильность ДНК и резкие различия в реактивности разных областей хромосом высших организмов.
Рис. 32. Электронные микрофотограммы молекул ДНК фага Т4, соединившихся на участках, указанных стрелками (Broker, Lehman, 1971).
Таким образом, не подвергая сомнению статистический характер актов рекомбинации между двумя локусами, можно принимать положение о равновероятности рекомбинаций между равноудаленными локусами только как первое приближение. Различные конкретные особенности ДНК или ДНП в области разрыва могут привести и приводят по ряду данных к отклонениям от равновероятности.
Пока очень мало известно о тонких биохимических механизмах кроссинговера хромосом у высших организмов. Можно лишь полагать, что, кроме использования обычных систем репарации, эволюция создала и специальные системы, активирующие процессы разрезания и сшивки хромосом в области их синапсов. Возможно, такие специализированные механизмы способны обеспечивать
разрезание в очень близких, если не совсем совпадающих, точках хромосом, что должно уменьшить размер гетерозиготной области или вообще свести ее на нет. К настоящему времени разрезание биспиральных ДНК при соматическом кроссинговере у высших организмов доказано генетическими методами Н. П. Дубининым и сотр. (19726). Однако, в отличие от положения с прокариотами, здесь еще нет обоснованных гипотез о биохимических механизмах процесса.
ПЕРЕНОС ЭПИСОМ, СЕКСДУКЦИЯ
Генетическая рекомбинация у бактерий имеет ряд существенных особенностей, отличающих ее от аналогичных процессов и у вирусов, и у эукариотов. Если у вирусов взаимодействие хромосом происходит в известной мере «стихийно», у бактерий имеются специальные механизмы, провоцирующие рекомбинацию. Развитие таких механизмов можно объяснить тем, что в процессе роста и размножения бактерий нет этапов, на которых происходило бы освобождение хромосом из клеток и их взаимодействие в среде культивирования подобно тому, как это имеет место при совместном заражении клеток близкородственными вирусами. Будучи «заинтересована» в протекании рекомбинации, эволюция создала специальную систему для обеспечения интимного контакта хромосом,— простейшую форму полового процесса. Однако процесс этот является гораздо менее совершенным, чем у высших организмов, уже в том отношении, что взаимодействующие хромосомы, как правило, «неравноправны», так как в большинстве случаев один из партнеров передает для взаимодействия лишь часть хромосомы. Более того, возможность соединения, интеграции фрагментов ДНК любого размера у бактерий ограничена даже в тех очень редких случаях, когда встречаются целые хромосомы.
Для понимания половых процессов у бактерий необходимо рассмотреть вначале явления переноса внехромосомных форм вещества наследственности. Сами по себе важнейшие внехромосомные образования, содержащие генетическую ДНК, описаны в главе I. У бактерий —это прежде всего эписомы — образования, включающие относительно небольшую долю ДНК клетки (от нескольких процентов до примерно десятой части). Каждая эписома содержит 50—100 * 103 дальтон ДНК. Смысл существования эписом состоит в том, что для популяций бактерий выгодно существование некоторой доли вещества наследственности в форме подвижных, легко передаваемых образований. Они кодируют биосинтез систем, которые относительно редко бывают необходимы бактериям, но отсутствие которых может внезапно оказаться роковым для популяции в целом. Например, ряд эписом кодирует синтез факторов, обеспечивающих устойчивость бактерий к антибиотикам и некоторым других ядам. Другие эписомы кодируют состав
защитных компонентов оболочки или отдельных энзимов, связанных с усвоением клеткой редких питательных веществ. То обстоятельство, что эти порции ДНК не включены в хромосому, можно объяснить тем, что в популяциях бактерий проявляются начальные, примитивные формы разделения функций. Это позволяет популяции в целом быть более жизнеспособной по сравнению с отдельными особями и в то же время не перегружать отдельные клетки ни генетическим материалом, ни некоторыми синтетическими и регуляторными системами. Существование мобильных форм вещества наследственности предполагает наличие механизмов для быстрой их передачи от особи к особи. Этот механизм детерминирован опять-таки специальной эписомой —F. Она же обеспечивает перенос из клетки в клетку не только эписом, но и хромосом. Поэтому F-эписома или, как ее называют, половая эписома имеет особое значение и заслуживает более подробного описания.
F-эписома представляет собой кольцевую молекулу ДНК, весом около 60* 106 дальтон, которая, как правило, не связана с хромосомой, хотя в определенных редких случаях (у Е. coli р^ ^10_3) может внедриться в хромосому. Внехромосомное расположение F-эписомы выражается, помимо подвижности, в меньшей ее защищенности по отношению к действию ряда факторов, повреждающих ДНК. В частности, она инактивируется ультрафиолетовым излучением и акридиновыми красителями в дозах, относительно безопасных для хромосомы. Определенная автономия F-эписомы по отношению к хромосоме ярко проявляется в темпе размножения. Число половых эписом в клетке может значительно превышать число хромосом, достигая 5—10 (при этом надо также иметь в виду, что у многих видов бактерий на некоторых фазах роста культуры содержится но нескольку дубликатных хромосом). В культуре доля бактерий, содержащих F-эписому, может быть различной в зависимости от вида, штамма и условий развития. Популяции ряда штаммов кишечной палочки содержат около 10% F+-клеток. Часто, с известной долей условности, /^-клетки называют мужскими, a F~ — женскими. Наличие F-эписомы оказывает влияние на физиологическое состояние клетки. Особенное значение имеют тонкие различия в свойствах оболочек F+- и F~-oco6eft. В частности, Р+-клетки имеют на поверхности тончайшие нитевидные выросты оболочки — так называемые Топили. Наличие последних можно выявить по их способности инфицироваться одним из РНК-содержащих колифагов — /г, который сорбируется только на F-пилях и, таким образом, является болезнетворным агентом лишь для мужских клеток. Главным же результатом наличия F-эписомы является способность /^-клетки конъюгировать с /'’--клеткой. При конъюгации между клетками образуется цитоплазматический мостик (или трубка), по которому всегда в одном направлении — от мужской особи к женской — могут передаваться эписомы и, как мы увидим ниже, в особых ситуациях даже хромосомы. Цитоплазматический мостик — хруп-
