Проблемы и перспективы молекулярной генетики. Том 1 - Свердлов Е.Д.
ISBN 5-02-002753-7
Скачать (прямая ссылка):
Изучение переноса генов у природных бактерий представляет значительно большие трудности по сравнению с его исследованиями у клинических микроорганизмов, и полученные сведения до сих пор во многом являются противоречивыми (Mazodier, Davis, 1991; Bell, Friedman, 1994; Duncan et al., 1994; Roberts, Cohan, 1995; Zavadski et al., 1996; Wemergreen et al., 1997; Souza, Eguiarte, 1997). Остаются неизвестными масштабы этого явления, его конкретные механизмы, а также его закономерности и биологические последствия.
Исследование ГПГ в природе важно не только для понимания фундаментальных основ эволюционного процесса, но и в прикладном аспекте - для оценки экологического риска интродукции генно-инженерных микроорганизмов и растений в окружающую среду [Stephenson, Wames, 1996; Velkov,
1996].
В Лаборатории молекулярной генетики микроорганизмов (ЛМГМ) исследования ГПГ у бактерий, обитающих в природе, были начаты в 1983 г. Они были задуманы и инициированы Р.Б. Хесиным в развитие его представлений о роли мобильных генетических элементов в микро- и макроэволюции живых организмов, изложенных в его монографии “Непостоянство генома” (Хесин, 1984). В качестве модельной системы для этих исследований были избраны детерминанты устойчивости к ртути. Этот выбор был обусловлен тем, что бактерии, устойчивые к ртути (Hg-r), встречаются повсеместно, и их легко изолировать на селективных средах. Кроме того, уже были расшифрованы механизмы устойчивости к соединениям ртути и показано, что детоксификация различных соединений ртути осуществляется группой генов, объединенных в гаег-оперон. Как схематически показано на рис. 39, токсичные ионы двухвалентной ртути, Hg2+, попадая в клетку, восстанавливаются до менее токсичной металлической ртути, Hg°, и выделяются в окружающую среду (обзоры: Silver, Phung, 1996; Hobman, Brown, 1997).
127
Hg-r-бактерии могут жить при концентрации HgCl2 до 100 мг/л, при этом в местах их обитания происходит снижение уровня ртутного загрязнения (Mahler et al., 1986).
Главная задача исследований, развернутых в ЛМГМ, состояла в изучении вопроса о существовании и распространенности горизонтального переноса в природе на модели детерминант устойчивости к ртути. Основные усилия были сконцентрированы на сравнительном анализе молекулярно-генетической структуры wer-onepoHOB и обеспечивающих их перенос мобильных элементов (плазмид и транспозонов), а также на определении характера их распределения в природных популяциях бактерий.
После смерти Р.Б. Хесина в 1985 г. эту работу возглавил В.Г. Никифоров.
В результате исследований, проведенных в ЛМГМ, была собрана уникальная коллекция устойчивых к ртути штаммов бактерий и при ее комплексном изучении выявлены многочисленные случаи горизонтального переноса оперонов и транспозонов устойчивости к ртути, изолированы и подробно исследованы ранее неизвестные транспозоны, содержащие тег-опе-роны, а также изучены механизмы и закономерности их распространения в природе.
2. ОПЕРОНЫ И ТРАНСПОЗОНЫ УСТОЙЧИВОСТИ К РТУТИ, ИХ ВЫДЕЛЕНИЕ И ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ 2.1. СОЗДАНИЕ КОЛЛЕКЦИИ ШТАММОВ Нд-г-БАКТЕРИЙ
Hg-r бактерии обнаружили еще в XIX в. при выяснении причины снижения эффективности лечения сифилиса ртутными препаратами. В 1968-1969 гг. были впервые выделены природные Hg-r-бактерии из почвы, и начато изучение механизмов устойчивости (цит. по: Hobman, Brown, 1997). К настоящему времени наиболее изучен механизм, определяемый тег-опе-ронами.
В большинстве исследований зарубежных ученых Hg-r штаммы бактерий, использованные в работах по изучению структуры wcr-опероиов, выделяли из ограниченных регионов, загрязненных соединениями ртути, и соседних с ними незагрязненных водоемов и участков земли (Kelly, Reanney, 1984; Mahler et al., 1986; Nakamura et al., 1986; Summers, 1986; Barkay, 1987; Jobling et al., 1988a; Belliveau et al., 1991; Nakamura, Silver, 1994; Osborn et al., 1997). В отличие от них мы применили глобальный подход и создали коллекцию, состоящую из небольших выборок Hg-r-бактерий, изолированных из отдаленных географических регионов, причем отбирали только штаммы, высокоустойчивые к соединениям ртути. Подобные коллекции в литературе не описаны. Трудности создания такой коллекции описаны Треворсом с соавт. (Belliveau et al., 1991).
Наша коллекция содержит Hg-r штаммы, выделенные из ртутных месторождений, находящихся в горах Западного Тянь-Шаня в Киргизии (Хайдар-кан), в восточном предгорье Карпат (Боркут и Большой Шаян), на Северном Кавказе (Сахалинский и Дальнее), в Никитовке на Украине, а также Hg-r-штаммы, выделенные из неразрабатывающихся ртутных месторождений на Камчатке и острове Кунашир (Курильские острова). В некоторых
128
случаях проводили отлов грызунов и земноводных, обитающих внутри или вблизи шахт, и отбирали пробы из кишечника этих животных. Позднее коллекция была дополнена штаммами, собранными вне ртутных месторождений в нескольких местах Центральной России, Северной Америки и Новой Зеландии (Хесин, 1985; Миндлин и др., 1986; Богданова и др., 1988, 1998; Kholodii et al., 1993a,b, 1997, 2000; Yurieva et al., 1997; Bogdanova et al., 1998; Mindlin et al., 2001).
