Специфическая трансдукция была открыта в 1956 г. М. Морзе и суп-
ругами Е. и Дж. Ледерберг. Характерной особенностью специфической
трансдукции является то, что каждый трансдуцирующий фаг передает
только определенную, весьма ограниченную область бактериальной
хромосомы. Если в генерализованной трансдукции фаг выступает в каче-
стве «пассивного» переносчика генетического материала бактерий, а ге-
нетическая рекомбинация у трансдуцируемых бактерий происходит по
общим закономерностям рекомбинационного процесса, то при специфи-
ческой трансдукции фаг не только переносит генетический материал, но
и обеспечивает его включение в бактериальную хромосому.
Наиболее известным примером специфической трансдукции является
трансдукция, осуществляемая фагом λ, который способен заражать клет-
ки бактерий E. coli с последующей интеграцией его ДНК в геном бакте-
рий.
Умеренный фаг λ при лизогенизации бактерий в результате сайт-
специфической рекомбинации (разрыв и перекрестное воссоединение
цепей ДНК) встраивается в их хромосому только в одном месте: на уча-
стке между локусами bio и gal. Этот участок получил название attλ. Вы-
резание (эксцизия) профага из хромосомы при индукции профага осуще-
ствляется также по механизму сайт-специфической рекомбинации.
Сайт-специфическая рекомбинация происходит точно, но не безоши-
бочно. Приблизительно один раз на миллион событий при эксцизии про-
фага рекомбинация осуществляется не в attλ-сайте, а захватывает участ-
ки gal либо bio. Полагают, что это обусловлено «неправильным» образо-
ванием петли при дезинтеграции профага. В результате этого прилегаю-
щая к профагу область бактериального генома выщепляется из состава
хромосомы и переходит в состав генома свободного фага. Соответст-
вующая по расположению в петле область генома профага остается в
бактериальной хромосоме. Таким образом, между профагом и бактери-
альной хромосомой осуществляется генетический обмен. Встраи-
вающийся в геном фага бактериальный генетический материал может
заместить до 1/3 генетического материала фага.
После упаковки фаговой ДНК, часть которой замещена бактериаль-
ной, в фаговую головку образуются дефектные фаговые частицы. Фаг
является дефектным вследствие того, что объем головки ограничен и при
включении в его геном фрагмента бактериальной ДНК часть фагового
генома остается в хромосоме бактерий. Если дефект несущественен, то
фаг сохраняет жизнеспособность, так как его белковая оболочка остается
неповрежденной и обеспечивает адсорбцию на клетках. Такой дефект-
ный фаг может заражать другие клетки, но не может вызывать репродук-
тивную инфекцию, так как гены, ответственные за репродукцию, отсут-
ствуют. Если в таком дефектном фаге в ДНК сохранились липкие концы,
обеспечивающие превращение ее в циркулярную форму, то ДНК де-
фектного фага вместе с фрагментом бактериальной ДНК может интегри-
роваться в ДНК реципиентных бактерий и вызывать их лизогенизацию
Было установлено, что при индукции профага λ чаще образуются
дефектные частицы, содержащие гены локуса gal. Такие дефектные час-
тицы обозначают λdgal (фаг λ, defective, gal). Если в геноме фага λ со-
держится ген, ответственный за синтез биотина, то – λdbio. Следователь-
но, если фаголизатом, полученным после заражения донорных бактерий
фагом λ, в котором содержится дефектные частицы, обработать реципи-
ентные клетки bio– или gal–, то с частотой 10–5–10–6 образуются транс-
дуктанты bio+ или gal+.
Специфическая трансдукция у E. coli осуществляется не только фа-
гом λ, но и родственными ему фагами, получившими наименование
лямбдоидных фагов, к числу которых относятся φ80, 434, 82 и др. В ча-
стности, фаг φ80 включается в хромосому вблизи генов, кодирующих
образование ферментов, ответственных за синтез триптофана. По этой
причине фаг φ80 пригоден для переноса генов trp.
Было установлено, что фаг P22 S. typhimurium, кроме общей транс-
дукции, может осуществлять и специфическую трансдукцию. При лити-
ческом цикле развития бактериофаг Р22 может осуществлять общую
трансдукцию, а при лизогенизации – специфическую. ДНК фага Р22 ин-
тегрируется в участок хромосомы рядом с генами, ответственными за
синтез пролина. Интеграция профага резко стимулирует образование
специфических трансдуцирующих частиц.
Таким образом, для осуществления специфической трансдукции не-
обходима предварительная лизогенизация бактерий-доноров и после-
дующая индукция профага из клеток. Образовавшиеся при этом дефект-
ные трансдуцирующие частицы фагов заражают клетки реципиентного
штамма, происходит их лизогенизация и встраивание профага с участком
генома бактерий донора в хромосому реципиента.
Использовать трансдукцию можно в следующих направлениях:
• трансдуцировать плазмиды и короткие фрагменты хромосомы до-
нора;
• для конструирования штаммов заданного генотипа, в частности
изогенных штаммов. Здесь малый размер передаваемых фрагментов
обеспечивает преимущество трансдукции перед конъюгацией. Изоген-
ные штаммы, сконструированные при помощи генерализованной транс-
дукции, различаются только по участку хромосомы, переносимому
трансдуцирующим фагом;
• для точного картирования бактериальных генов, установления по-
рядка и их расположения в оперонах и тонкой структуры отдельных ге-
нетических детерминант, что осуществляют с помощью комплемента-
ционного теста. Известно, что для синтеза определенной группы про-
дуктов необходимо функционирование нескольких генов. Допустим, что
синтез какого-то фермента определяется продуктами генов а и b. Пусть
имеются два фенотипически одинаковых мутанта, не способных к синте-
зу фермента, но неизвестно, идентичны или различны они генетически.
Для идентификации генотипа проводят трансдукцию, т. е. размножают
фаг на клетках одной популяции, а затем фаголизатом заражают клетки
второй популяции. Если при высеве на селективную среду формируются
как большие колонии истинных трансдуктантов, так и маленькие коло-
нии абортивных трансдуктантов, делают вывод, что мутации локализо-
ваны в разных генах.
|