На первых этапах после смешивания донорных и реципиентных кле-
ток в результате случайных контактов формируются конъюгационные
пары. Контакты клеток беспорядочны, так как, по-видимому, не сущест-
вует специфических факторов, обусловливающих притяжение между
бактериями противоположных полов. Однако установлено, что скорость
конъюгации в определенных пределах пропорциональна концентрации
бактерий. Поэтому для скрещивания берут культуры бактерий с концен-
трацией 5·107–5·108 кл/мл. Обычно донорных бактерий в конъюгацион-
ной смеси содержится примерно в 10 раз меньше, чем реципиентных.
Перенос генетического материала от донора к реципиенту происхо-
дит только в том случае, когда образуются эффективные конъюгацион-
ные пары. С помощью электронного микроскопа показано, что между
клетками в таких парах образуется конъюгационный мостик. Структуры,
с помощью которых обеспечивается образование эффективных конъюга-
ционных пар, были открыты после выделения F-донорспецифических
бактериофагов (фагов, репродуцирующихся только в клетках, содержа-
щих F-фактор), первый такой бактериофаг был выделен в 1960 г. из
сточных вод. Это РНК-содержащий икосаэдрический бактериофаг f2
кишечной палочки. Кроме бактериофага f2, к F-донорспецифическим фа-
гам E. coli относятся f1, MS2, Qβ, R17 и др. Из них фаг f1 является ните-
видным ДНК-содержащим, а все остальные относятся к РНК-содер-
жащим икосаэдрическим бактериофагам. В отличие от всех известных
бактериофагов, которые адсорбируются на клеточной стенке, эти вирусы
адсорбируются на половых ворсинках, или F-пилях.
Половые пили обеспечивают взаимное узнавание при контакте до-
норных и реципиентных клеток. Они прикрепляются к специфическим
рецепторам, находящимся на поверхности реципиентных клеток. Благо-
даря способности половых пилей сокращаться, клетки донора и реципи-
ента вступают в контакт «клеточная стенка к клеточной стенке», а затем
между клетками возникает более сложное образование – конъюгацион-
ный мостик, по которому ДНК переходит из клетки-донора в клетку ре-
ципиента .
Во время конъюгации в донорных клетках осуществляется реплика-
ция ДНК по типу «катящегося кольца» или «разматывающегося рулона».
Для этого фермент эндонуклеаза в точке начала передачи F-фактора раз-
резает одну из нитей ДНК с образованием 5′- и 3′-ОН-концов. На 3′-ОН-
конце с помощью ДНК-полимеразы III происходит наращивание нуклео-
тидов, комплементарных нуклеотидам неповрежденной нити ДНК. Вто-
рой конец (5′-конец) разрезанной нити начинает отходить в виде «хво-
ста» и переходит по конъюгационному мостику в реципиентную клетку,
где служит матрицей для синтеза второй нити .
После репликации в реципиентной клетке двухцепочечная ДНК
вступает в гомологичную рекомбинацию с ДНК реципиентной клетки.
Образуются рекомбинанты, которые при данном способе обмена генети-
ческой информацией называются трансконъюгантами.
Таким образом, в процессе конъюгации можно различить следующие
стадии:
• образование неэффективных пар;
• образование эффективных конъюгационных пар;
• перенос генетического материала из донорных клеток в реци-
пиентные;
• постконъюгационный синтез донорной ДНК в реципиентной
клетке;
• гомологичная рекомбинация перенесенного фрагмента донорной
ДНК с ДНК реципиентной клетки.
Как способ генетического обмена конъюгация используется в сле-
дующих направлениях.
1. Передача многих генетических маркеров из одних клеток в другие.
Показано, что при конъюгации вся хромосома бактерий E. coli передает-
ся за 100 мин. В «мягких» условиях можно добиться переноса всей хро-
мосомы и даже повторной ее передачи по механизму «катящегося коль-
ца», если в хромосоме нет профага.
2. Метод конъюгационного скрещивания удобен для картирования
хромосомы. Карта хромосомы у бактерий строится в минутах. У бакте-
рий E. coli началом карты (0 мин) являются точки локализации генов,
ответственных за синтез треонина и лейцина.
3. Изучение генетического аппарата у бактерий.
4. Конъюгация эффективно происходит в природе и поэтому являет-
ся важной составляющей изменчивости бактерий.
|