Биотехнология. Том 17 - Янулайтис А.А.
Скачать (прямая ссылка):
ченных Есо рестриктаз не обнаружено ни одного фермента, узнающего тетрануклеотидный участок. В то же время можно отметить, что среди всех известных специфических эндонуклеаз доля последних составляет 18% (см. гл. 4). Отсутствие Есо рестриктазы, субстратом которой явилась бы тетрануклео-тидная последовательность, вряд ли является случайным и может быть принято как аргумент в пользу существования их таксоноспецифичности, выраженной для данного вида в такой форме. Более того, среди 285 охарактеризованных специфических эндонуклеаз, обнаруженных у представителей семейства Enterobactereaceae (Escherichia. Citrobacter, Salmonella, Shigella, Klebsiella, Enterobacter, Serratia, Proteus, Providencia) [369], имеется только одна, а именно, рестриктаза Pal 1, узнающая тетрануклеотидный палиндром [319] (см. табл. 6). Это семейство является одним из наиболее изученных с помощью методов геносистематики. Сведения о гомологичности ДНК вышеуказанных таксонов свидетельствуют об их генетической родственности [6, 92, 331]. Примечательно, что согласно этому критерию род Providencia, в котором обнаружена RPal I (продуцент Providencia alcalifaciens), является наиболее далеким от остальных энтеробактерий [6, 92]. Как показывают данные по молекулярной гибридизации, уровень гомологии ДНК штаммов этого таксона с таковой представителей остальных вышеперечисленных родов Enterobactereaceae редко достигает (и еще реже превышает) 10% [92]. Для сравнения можно указать, что значения этого показателя для остальных родов значительно выше и доходят до 24%—60% [331]. Можно предположить, что геномная отдаленность Providencia нашла выражение в появлении фермента с нетипичной для энтеробактерий специфичностью. Вышесказанное говорит в пользу предположения о наличии ограниченной вариабильности спектра субстратных специфичностей рестриктаз не только у Е. coli, но и у близкородственных к ней таксонов Enterobactereaceae.
Встает вопрос о причинах таксоноспецифичности рестриктаз в той форме, как она проявляется в Е. coli — отсутствием ферментов, узнающих тетрануклеотид. Согласно мнению авторов рассматриваемой публикации [189], определенную роль в установлении этого явления в ходе эволюции могла сыграть совместимость структурно-функциональных особенностей генома микроорганизмов с определенным типом его метилирования. Иначе говоря постулируется, что давлению отрицательного отбора подвергается специфичность метилаз, а не рестриктаз. Типы метилирования несовместимые со структурной стабильностью и функционированием генома данного таксона в ходе эволюционного процесса элиминируются. Эти предположения основываются на известных фактах неиндеферентности метилирования ДНК в отношении ее структурной стабильности
и функционирования: 1) оно влияет на экспрессию генов не только у эукариот, но и у прокариот [394]; 2) наличие 5-ме-тилцитозина в ДНК увеличивает скорость специфического варианта спонтанного мутагенеза [113]; 3) во многих случаях документирована индукция системы SOS репарации у Е. coli в случае клонирования в клетки генов метилтрансфераз со специфичностью, нехарактерной для этого вида микроорганизмов [171]; 4) в Е. coli имеются гены (шсг А, шсг В и mmr), ограничивающие метилированную ДНК [171, 303]. Каким образом вышеперечисленные факторы могут обуславливать отбор в сторону исключения наличия метилтрансфераз, узнающих тет-рануклеотидные последовательности, в Е. coli? При прочих равных условиях ферменты такой специфичности в ДНК образуют большее количество минорных оснований, чем метилазы, узнающие более протяженные нуклеотидные последовательности. Не исключено, что интенсивность отрицательного отбора, обусловленного всеми или некоторыми из вышеупомянутых факторов, в отношении метилаз коррелирует с относительным числом минорных оснований, появляющихся в ДНК в результате действия этих ферментов на субстрат. Против этого предположения мог бы говорить тот факт, что у представителей семейства Enterobactereaceae наблюдается повсеместное наличие dam метилазы [142], узнающей тетрануклеотид GATC [165]. Показано, что этот фермент играет в Е. coli исключительно важную роль в определении точности репарации ошибок репликации [223]. Поэтому можно допустить что ДНК этого микроорганизма эволюционировала таким образом, чтобы исключить отрицательное влияние метилирования GATC сайтов. Действительно анализ известных последовательностей ДНК Е. coli показал статистически достоверную элиминацию части этих сайтов [29], что может быть принято как указание на один из возможных вариантов обсуждаемой адаптации к наличию dam метилазы в клетках.
Однако частота метилирования не может быть принята в качестве единственного селекционируемого признака. Часть ферментов, обнаруженных в штаммах Enterobactereaceae узнают пятичленные последовательности, в которых в среднем положении может находиться любой из четырех нуклеотидов (например, 5'CCNGG). С статистической точки зрения, частота появления таких последовательностей в ДНК должна быть идентичной таковой для тетрануклеотидов. Поэтому приходится допускать, что отбором каким-то образом дифференцируются метилированные тетрануклеотиды и пентануклеотиды обсуждаемой структуры или что такие сайты тоже подвергаются частичной элиминации.
