Трансформация это в биологии кратко

Обновлено: 28.06.2024

Трансформация — генетическая модификация клетки путем введения и последующей экспрессии в ней чужеродного генетического материала (ДНК).

Сейчас общая лабораторная процедура в молекулярнии биологиии. В 1944 году эффект был впервые продемонстрирован Освальдом Авери, Колином Маклеодом и Маклином Маккарти, которые провели перенес гена к бактерии Streptococcus pneumoniae. Авери, Маклеод и Маккарти назвали такое перенес ДНК и, как следствие, экспрессию перенесенных генов трансформацией.

История открытия

1928 — Фредерик Гриффит превратил непатогенных бактерий Pneumococcus в патогенные, смешивая их с убитыми патогенными бактериями.
1944 — Освальд Эвери, Колин Маклеод и Маклин Маккарти обнаружили, что преобразующим фактором является ДНК и назвали процесс трансформацией.

Трансформация или трансфекция?

В использовании этих терминов в современной биотехнологии есть определенные нюансы. Исторически "трансформация" означала фенотипические изменения, вызванные экспрессией чужеродного гена в организме. Процесс переноса чужеродной ДНК называли "трансфекции". Говорили, что трансфекция приводит к трансформации: "the transfection leads to a transformation".

Со временем эти нюансы размылись и встраивание чужеродного гена в геном автоматически называется трансформацию. Впрочем, в животной генной инженерии остался срок трансфекция, означающий перенес молекулярного вектора, содержащего ген, в клетку, не приводит к встраивания его в геном. Зато в растительном биологии подобный термин не прижился и в случае переноса вектора без встраивания гена в геном называют транзиентной, то есть временной, трансформации.

Механизмы

Бактерии

В бактериях для описания процессов трансформации используется термин компетентность — состояние, когда бактерии обладают способностью принимать ДНК из внешней среды. Существуют две формы компетентности, естественная и искусственная.

Естественная компетентность

Бактерии многих видов (возможно, большинства) естественно способны к принятию ДНК. В состоянии компетентости бактерии вырабатывают особый низкомолекулярный белок (фактор компетентности), что активирует синтез автолизину, эндонуклеазы и ряда факторов транскрипции. Автолизин частично разрушает клеточную стенку, способствует проникновению ДНК через нее, а также снижает чувствительность бактерий к осмотическому шоку. В состоянии компетентности также снижается общая интенсивность метаболизма.

Эволюционная функция генов, кодирующих вышеупомянутые энзимы, спорная. Хотя большинство учебников и исследователей предполагают, что клетки принимают ДНК, чтобы приобрести новые версии генов, простым объяснением, которое соответствует большинству наблюдений, является то, что клетки принимают ДНК преимущественно как источник нуклеотидов, которые могут использоваться непосредственно или быть Метаболизированный и использоваться для других целей . Чаще всего бактерии, естественно подвергаются трансформации, экспрессирующих свои гены компетентности только в специфических условиях, часто в ответ на пищевой давление. Как только ДНК попадает в цитоплазму клетки, она часто разрезается клеточными нуклеазами, или благодаря процессу генетической рекомбинации она может быть встроена в бактериальный геном. Естественная трансформация эффективна в случае линейной ДНК, но не кольцевой ДНК плазмид.

Искусственная компетентность

Искусственная компетентность НЕ кодируется в генах клеток. Вместо этого, она вызывается лабораторными процедурами, в которых клетки пассивно делаются проницаемыми для ДНК, используя условия, которые обычно не встречаются в природе. Эти процедуры сравнительно легкие и простые, и широко используются в молекулярной биологии и генной инженерии бактерий. Искусственно компетентные клетки стандартных бактериальных штаммов также производятся коммерчески, их можно приобрести замороженными и готовыми для использования.

Охлаждение клеток при наличии двухвалентных катионов, например Ca 2+ (в CaCl _2), делает клеточные мембраны более проницаемыми к плазмидной ДНК. Бактерии культивируются с ДНК, а затем внезапно нагреваются (до 42 ° C в течение 30-60 секунд), что заставляет ДНК к проникновению в клетку. Этот метод хорошо работает для кильцьовои ДНК плазмид, но не для линейных фрагментов хромосомной ДНК. Эффективность трансформации для высоко компетентных клеток составляет около 10 8 случаев трансформации на мкг ДНК плазмиды. Низко-компетентные клетки дают 10 апреля / мкг или меньше. Хорошие непромышленные подготовки должны предоставить 10 5 -10 6 трансформаций на мкг ДНК плазмиды. Максимальное количество компетентных клеток наблюдается в конце фазы логаритмичного роста и при дальнейшем строгом соблюдении низких температур (4 ° C) среды при приготовлении клеток.

Электропорация — другой способ создания отверстий в клетках, внезапно шокируя их электрическим током с напряжением 100-200 В / мм. Плазмидная ДНК может проникнуть в клетку через эти отверстия. Природные механизмы восстановления мембраны впоследствии латают эти отверстия. Особенность этого метода заключается в том, что среда, в которой находятся клетки, должны быть обессоленной для предотвращения короткого замыкания.

Плазмиды содержат последовательности, позволяющие им реплицироваться в клетке независимо от хромосомы. В экспериментах используются плазмиды, содержащие ген устойчивости к антибиотикам и бактериальные штаммы, которые не имеют устойчивости к этому антибиотику (так называемая селекция). Поэтому, только трансформированные бактерии могут выжить на селективном среде с этим антибиотиком. Например, плазмида, содержащая ген, кодирующий белок ß-лактамазы (то есть содержит bla-ген), делает бактерий устойчивы к ампициллину. Бактерии затем выращиваются на среде с ампициллином, убивая бактерий, которые не приняли bla-ген.

Другой способ детекции клеток, прошедших трансформицию, — скрининг, то есть использование генов, делают трансформированы бактерии визуально отличными. Например, для этого используется галактозидазной тест или экспрессия флюоресцентных белков, таких как GFP.

Дрожжи и другие грибы

Известно несколько методов трансформации дрожжей:

Высокоэффективная трансформация (High Efficiency Transformation) согласно протоколу, предложенному Gietz и Woods
Двух- гибридный протокол (Two-hybrid System Protocol): двух- гибридная система привлекает использование двух различных плазмид в единой клетке дрожжей. Одна плазмида содержит ген или последовательность ДНК, должны быть внесены в клетки, а другая плазмида содержит библиотеку генома или кДНК (cDNA).
Быстрый протокол трансформации (Rapid Transformation Protocol).
Протокол замерзших дрожжей (Frozen Yeast Protocol) позволяет приготовления замерзшие клеток дрожжей, компетентных для трансформации после размораживания.
Генетическая пушка (Gene Gun Transformation) — бомбардировки клеток золотыми или вольфрамовыми частицами покрытыми ДНК.
Протопластна трансформация (Protoplast Transformation) — грибные споры могут быть превращены в протопласты, который могут прийниматы ДНК из раствора и трансформироваться.

Растения

Доступные механизмы переноса ДНК в растительных организмов включают:

Трансформация с помощью Agrobacterium tumifaciens.Agrobacterium tumifaciens — это естественная бактерия, которая паразитирует на растениях и содержит специальную Ti — плазмиду, в состав которой входит Т-ДНК, которая способна проникать в клетку растения хозяина и встраиваться в геном, а также vir-гены, ответственные за процесс переноса ДНК. Т-ДНК содержит гены синтеза жидких аминокислот и углеводов (мнений), которыми питается бактерий, а также гены фитогормонов, вызывающие опухолевидное рост растительных тканей. Рецепторы на поверхности бактерии воспринимают продукты разложения растительной клеточной стенки, в результате чего активируются vir-гены, продукты которых способствуют процессу переноса Т-ДНК в растительную клетку. Сама бактерия в растительную клетку при этом не попадает. Для генетической трансформации растительной клетки используют бинарную веторну систему, которая состоит из плазмиды, содержащей Т-ДНК, где гены синтеза мнений и пухлиноутворюючих фитогормонов заменены на целевой ген, который имеет встроиться и хелперно плазмиды, содержащей vir-гены, обслуживающих процесс переноса ДНК .. Растительное ткань (чаще всего, листья) нарезается на мелкие кусочки, (около 10×10 мм) и помещается на 10 минут в среду с Agrobacterium, содержащий плазмиду для переноски. Способность растений образовывать на месте ранения меристематическая ткань, которая при определенных условиях (фитогормонального составе среды in vitro) способна к регенерации и образует вегетативные побеги из отдельных трансформированных клеток. Далее растения выращиваются на селективном среде.

Некоторые виды растений могут быть трансформированы методом in planta путем вакуумного "присасывания" агробактерии к растительной ткани. Это может быть как стабильная трансформация путем заражением цветков (в таком случае трансформируется эмбриональная ткань), а затем посевом семян на селективное среде, или транзиентной, путем вакуумной инфильтрации ДНК в листок.

Трансформация — поглощение изолированной ДНК бактерии донора клетками бактерии реципиента. Явление трансформации кратко освещено при изложении доказательств роли ДНК в наследственности. В процессе трансформации принимают участие две бактериальные клетки: донор и реципиент. Трансформирующий агент представляет собой часть молекулы ДНК донора, которая внедряется в геном реципиента, изменяя его фенотип. В процессе трансформации клетки донора и реципиента не соприкасаются друг с другом. Механизм переноса генетического материала заключается в том, что из клеток донора выделяются в окружающую среду молекулы или фрагменты молекул ДНК.

Сначала эта ДНК адсорбируется на оболочке клетки реципиента. Затем через определенные рецепторные участки ее стенки при помощи специальных клеточных белков ДНК втягиваются внутрь клетки. Проникающая донорская ДНК должна быть двух-цепочной. В реципиентной клетке она становится одноцепоч-ной. В ДНК реципиента включается одна из цепей трансформирующего фрагмента. Эта цепь вступает в синапсис с гомологичным участком хромосомы реципиента и встраивается в нее посредством кроссинговера. При этом участок ДНК реципиента замещается фрагментом донора. Молекула ДНК со вставкой трансформирующего участка оказывается гибридной. При следующем удвоении возникают одна нормальная дочерняя молекула ДНК, другая — трансформированная. Установлено, что способность бактерий-реципиентов к трансформации определяется их физиологическим состоянием. Такое физиологическое состояние было названо компетентностью. Состояние компетентности краткосрочно и приурочено к определенному времени клеточного цикла. Было обнаружено, что трансформирующей способностью обладают только крупные молекулы ДНК с молекулярной массой не менее 5-Ю 5 Д. У бактерий трансформация имеет место чаще в пределах одного вида, но наблюдается и между разными близкими видами. Это указывает на то, что у них сохранилась гомологичность некоторых участков ДНК

Изучение процессов рекомбинации у бактерий имеет важное значение для ветеринарного врача, так как ведет к пониманию причин высокой изменчивости бактерий, их способности к приобретению свойств патогенности, устойчивости к лекарственным веществам.

Контрольные вопросы. 1. Каково строение бактерий и вирусов? 2. Как размножаются вирусы и бактгр:ш? 3. Что такое профаг, умеренные фаги и лизоге-ния? 4. Что такое геногип и фенотип у микроорганизмов? 5. Как происходит обмен генетическим материалом у бактерий при конъюгации, трансдукции и трансформации?

Перенос генетической информации в бактериальные клетки при помощи изолированной ДНК с участием или без плазмид , но всегда без участия вирусов (тогда - трансдукция ); способность клетки к восприятию экзогенной ДНК в процессе Т. - компетентность (например, в колонии бактерий таких клеток не более нескольких процентов, однако число компетентных клеток может быть увеличено с помощью специальной обработки); Т. обнаружена у большинства прокариот, а в последние годы - и у эукариот, включая высшие растения и млекопитающих; одна из форм - спонтанная Т. ; также Т. - процесс превращения нормальных клеток животных в опухолевые как спонтанно, так и под действием онкогенных вирусов или др. канцерогенных воздействий.

аградация, видоизменение, деградация, изменение, ломка, метаморфоза, модификация, модифицирование, обращение, овидиевы превращения, перевоплощение, переворот, перелицовка, перелом, перемена, перемена декораций, перерастание, перерождение, пересмотр, перестройка, переход, пертурбация, превращение, преображение, преобразование, претворение, ревизия, трансформирование

Смотреть что такое ТРАНСФОРМАЦИЯ в других словарях:

ТРАНСФОРМАЦИЯ

трансформация 1. ж. Преобразование, изменение вида, формы, существенных свойств чего-л. 2. ж. Цирковой или эстрадный номер, основанный на быстром перевоплощении артиста.

ТРАНСФОРМАЦИЯ

трансформация преобразование, превращение, отображение, видоизменение, модификация, вариация, вариант, версия; овидиевы превращения, ревизия, переворот, перемена, ломка, перерождение, метаморфоза, перевоплощение, перелом, перестройка, перелицовка, пересмотр, пертурбация, модифицирование, трансформирование, перемена декораций, преображение, обращение, перерастание, претворение, переход Словарь русских синонимов. трансформация 1. см. изменение. 2. см. превращение Словарь синонимов русского языка. Практический справочник. — М.: Русский язык.З. Е. Александрова.2011. трансформация сущ. 1. • видоизменение • модификация • вариация • вариант • версия 2. • изменение • модифицирование • модификация • видоизменение • трансформирование Словарь русских синонимов. Контекст 5.0 — Информатик.2012. трансформация сущ., кол-во синонимов: 28 • аградация (1) • видоизменение (20) • деградация (17) • изменение (73) • ломка (33) • метаморфоза (17) • модификация (17) • модифицирование (7) • обращение (88) • овидиевы превращения (8) • перевоплощение (11) • переворот (37) • перелицовка (15) • перелом (26) • перемена (43) • перемена декораций (10) • перерастание (9) • перерождение (15) • пересмотр (14) • перестройка (18) • переход (51) • пертурбация (21) • превращение (26) • преображение (19) • преобразование (41) • претворение (12) • ревизия (14) • трансформирование (6) Словарь синонимов ASIS.В.Н. Тришин.2013. . Синонимы: аградация, видоизменение, деградация, изменение, ломка, метаморфоза, модификация, модифицирование, обращение, овидиевы превращения, перевоплощение, переворот, перелицовка, перелом, перемена, перемена декораций, перерастание, перерождение, пересмотр, перестройка, переход, пертурбация, превращение, преображение, преобразование, претворение, ревизия, трансформирование. смотреть

ТРАНСФОРМАЦИЯ

(от лат. transformatio - превращение), в молекулярной генетике, изменение наследственных св-в клеток в результате проникновения в них чужеродной Д. смотреть

ТРАНСФОРМАЦИЯ

ТРАНСФОРМАЦИЯ(ново-лат., от trans - чрез, и formatio - образование вида). Перемена вида; преобразование, превращение, напр., гусеницы.Словарь иностранн. смотреть

ТРАНСФОРМАЦИЯ

ТРАНСФОРМАЦИЯ (от лат. transformatio — преобразование, превращение) в генетике, изменение наследств, свойств клетки в результате проникновения в неё ч. смотреть

ТРАНСФОРМАЦИЯ

(лаг. transformatio - изменение) -1) преобразование структур, форм и способов, изменение целевой направленности деятельности; 2) один из способов превращения, преобразования норм международного права в нормы внутригосударственного права. Проблема Т. вызвана к жизни тем, что международное право и различные системы национального права существуют самостоятельно, хотя и взаимосвязаны. Они различаются по субъектам и предмету правоотношений, по методам нормообразования. Сама по себе норма международного права создает права и обязанности лишь для его субъектов.Вместе с тем субъекты международного права обеспечивают на практике реализацию своих прав и соблюдение имеющихся у них обязанностей через действия своих национальных субъектов (официальные органы, физические и юридические лица) . Последние не всегда способны подчиняться непосредственно нормам международного права и руководствуются национальным законодательством. Таким образом, чтобы обеспечить реализацию международно-правовых норм, субъекты международного права должны принимать законодательные меры для приведения своих национальных норм в соответствие с международно-правовыми. Нередки случаи, когда уже действующее национальное законодательство обеспечивает совершение его субъектами всех действий, которые и составляют в совокупности соблюдение субъектом международного права международно-правовой нормы. Т. может осуществляться путем издания в государстве специального закона либо путем законодательного провозглашения действия международного договора на территории данного государства и обязанности всех лиц соблюдать его предписания. Существует точка зрения, согласно которой акт ратификации или одобрения государством международного договора равнозначен его превращению в составную часть национального законодательства. В соответствии с Конституцией РФ 1993 г. нормы международных договоров являются частью российской правовой системы и имеют преимущественную силу по отношению к нормам внутригосударственного характера. В этой связи в федеральном законе РФ "О международных договорах Российской Федерации" предусмотрена процедура Т. только в тех случаях, когда это представляется необходимым.
Синонимы:

ТРАНСФОРМАЦИЯ

(лаг. transformatio изменение) -1) преобразование структур, форм и способов, изменение целевой направленности деятельности; 2) один из способов превращения, преобразования норм международного права в нормы внутригосударственного права. Проблема Т. вызвана к жизни тем, что международное право и различные системы национального права существуют самостоятельно, хотя и взаимосвязаны. Они различаются по субъектам и предмету правоотношений, по методам нормообразования. Сама по себе норма международного права создает права и обязанности лишь для его субъектов. Вместе с тем субъекты международного права обеспечивают на практике реализацию своих прав и соблюдение имеющихся у них обязанностей через действия своих национальных субъектов (официальные органы, физические и юридические лица). Последние не всегда способны подчиняться непосредственно нормам международного права и руководствуются национальным законодательством. Таким образом, чтобы обеспечить реализацию международно-правовых норм, субъекты международного права должны принимать законодательные меры для приведения своих национальных норм в соответствие с международно-правовыми. Нередки случаи, когда уже действующее национальное законодательство обеспечивает совершение его субъектами всех действий, которые и составляют в совокупности соблюдение субъектом международного права международно-правовой нормы. Т. может осуществляться путем издания в государстве специального закона либо путем законодательного провозглашения действия международного договора на территории данного государства и обязанности всех лиц соблюдать его предписания. Существует точка зрения, согласно которой акт ратификации или одобрения государством международного договора равнозначен его превращению в составную часть национального законодательства. В соответствии с Конституцией РФ 1993 г. нормы международных договоров являются частью российской правовой системы и имеют преимущественную силу по отношению к нормам внутригосударственного характера. В этой связи в федеральном законе РФ *О международных договорах Российской Федерации* предусмотрена процедура Т. только в тех случаях, когда это представляется необходимым. смотреть

ТРАНСФОРМАЦИЯ

ТРАНСФОРМАЦИЯ и. ж. tranformation <лат. transformo. 1. Преобразование, превращение, изменение вида, формы, существенных свойств чего-л. БАС-1. Это . смотреть

Не путать с несвязанным процессом, называемым злокачественная трансформация что происходит в прогрессии рак.

На этом изображении ген из бактериальной клетки 1 перемещается из бактериальной клетки 1 в бактериальную клетку 2. Этот процесс поглощения новым генетическим материалом бактериальной клетки 2 называется трансформацией.

В молекулярная биология и генетика, трансформация это генетический изменение клетка в результате прямого поглощения и включения экзогенный генетический материал из его окрестностей через клеточная мембрана(s). Для того чтобы трансформация произошла, бактерия-реципиент должна находиться в состоянии компетентность, которые могут возникать в природе как ограниченная по времени реакция на условия окружающей среды, такие как голодание и плотность клеток, а также могут быть индуцированы в лаборатории. [1]

Преобразование - это один из трех процессов горизонтальный перенос генов, в котором экзогенный генетический материал переходит от одной бактерии к другой, а две другие спряжение (передача генетический материал между двумя бактериальными клетками в прямом контакте) и трансдукция (инъекция чужеродной ДНК бактериофаг вирус в бактерию-хозяин). [1] При трансформации генетический материал проходит через промежуточную среду, и поглощение полностью зависит от бактерии-реципиента. [1]

На 2014 год было известно около 80 видов бактерий, способных к трансформации, примерно поровну разделенных между Грамположительный и Грамотрицательные бактерии; это число может быть завышенным, поскольку некоторые отчеты поддерживаются отдельными документами. [1]

Содержание

История

Первоначально считалось, что кишечная палочка, широко используемый лабораторный организм, был невосприимчив к трансформации. Однако в 1970 году Мортон Мандель и Акико Хига показали, что Кишечная палочка может быть побуждено принять ДНК из бактериофаг λ без использования фаг-помощник после лечения раствором хлорида кальция. [6] Два года спустя, в 1972 году, Стэнли Норман Коэн, Энни Чанг и Лесли Хсу показали, что CaCl
₂ лечение также эффективно для трансформации плазмидной ДНК. [7] Метод трансформации Манделя и Хиги был позже улучшен Дуглас Ханахан. [8] Открытие искусственно индуцированной компетентности в Кишечная палочка создали эффективную и удобную процедуру трансформации бактерий, позволяющую упростить молекулярное клонирование методы в биотехнология и исследование, и в настоящее время это обычная лабораторная процедура.

Преобразование с использованием электропорация был разработан в конце 1980-х годов, повысив эффективность трансформации in vitro и увеличив количество бактериальные штаммы это могло быть преобразовано. [9] Трансформация клеток животных и растений также была исследована с помощью первых трансгенная мышь был создан путем инъекции гена гормона роста крысы эмбриону мыши в 1982 году. [10] В 1907 году бактерия, вызвавшая опухоли растений, Agrobacterium tumefaciens, было обнаружено, и в начале 1970-х было обнаружено, что агент, вызывающий опухоль, представляет собой ДНК плазмида называется Плазмида Ti. [11] Удалив гены в плазмиде, вызвавшие опухоль, и добавив новые гены, исследователи смогли инфицировать растения А. tumefaciens и позвольте бактериям вставить выбранную ими ДНК в геномы растений. [12] Не все клетки растений восприимчивы к заражению А. tumefaciens, поэтому были разработаны другие методы, в том числе электропорация и микроинъекция. [13] Бомбардировка частицами стала возможной с изобретением Система доставки биологических частиц (генная пушка) Джон Сэнфорд в 1980-е гг. [14] [15] [16]

Определения

Трансформация - одна из трех форм горизонтальный перенос генов которые встречаются в природе среди бактерий, у которых ДНК, кодирующая признак, передается от одной бактерии к другой и интегрируется в геном реципиента посредством гомологичная рекомбинация; два других трансдукция, осуществляемый с помощью бактериофаг, и спряжение, в котором ген передается через прямой контакт между бактериями. [1] При трансформации генетический материал проходит через промежуточную среду, и поглощение полностью зависит от бактерии-реципиента. [1]

Компетентность относится к временному состоянию способности поглощать экзогенную ДНК из окружающей среды; это может быть вызвано в лаборатории. [1]

Похоже, что это древний процесс, унаследованный от общего прокариотического предка, который является полезной адаптацией для содействия рекомбинационной репарации повреждений ДНК, особенно повреждений, приобретенных в стрессовых условиях. Естественная генетическая трансформация, по-видимому, является адаптацией к восстановлению повреждений ДНК, которые также вызывают генетическое разнообразие. [1] [17]

Трансформация была изучена в важных с медицинской точки зрения Грамотрицательные бактерии такие виды, как Helicobacter pylori, Легионелла пневмофила, Neisseria meningitidis, Neisseria gonorrhoeae, Haemophilus influenzae и Холерный вибрион. [18] Он также был изучен на грамотрицательных видах, обнаруженных в почве, таких как Pseudomonas stutzeri, Acinetobacter baylyi, и грамотрицательные патогены растений Такие как Ralstonia solanacearum и Xylella fastidiosa. [18] Преобразование среди Грамположительные бактерии был изучен у важных с медицинской точки зрения видов, таких как Пневмококк, Streptococcus mutans, Золотистый стафилококк и Streptococcus sanguinis и в грамположительных почвенных бактериях Bacillus subtilis. [17] Также сообщалось, что по крайней мере у 30 видов Протеобактерии распределены по классам альфа, бета, гамма и эпсилон. [19] Лучше всего изучен Протеобактерии в отношении трансформации - важные с медицинской точки зрения патогены человека Neisseria gonorrhoeae (класс бета), Haemophilus influenzae (гамма класса) и Helicobacter pylori (класс эпсилон) [17]

Естественная компетентность и трансформация

Естественно компетентные бактерии несут наборы генов, которые обеспечивают белковый аппарат для переноса ДНК через клеточную мембрану (и). Для транспорта экзогенной ДНК в клетки могут потребоваться белки, которые участвуют в сборке пили IV типа и система секреции типа II, а также ДНК транслоказа комплекс на цитоплазматической мембране. [20]

Из-за различий в структуре клеточной оболочки грамположительных и грамотрицательных бактерий существуют некоторые различия в механизмах захвата ДНК этими клетками, однако большинство из них имеют общие черты, связанные с родственными белками. ДНК сначала связывается с поверхностью компетентных клеток на рецепторе ДНК и проходит через цитоплазматическая мембрана через ДНК-транслоказу. [21] Может проходить только одноцепочечная ДНК, при этом другая цепь разрушается нуклеазами. Затем транслоцированная одноцепочечная ДНК может быть интегрирована в бактериальные хромосомы посредством RecA-зависимый процесс. В грамотрицательных клетках из-за наличия дополнительной мембраны ДНК требует наличия канала, образованного секретинами на внешней мембране. Пилин может потребоваться для компетентности, но его роль неясна. [22] Поглощение ДНК обычно неспецифично для последовательности, хотя у некоторых видов присутствие конкретных последовательностей захвата ДНК может способствовать эффективному захвату ДНК. [23]

Естественная трансформация

Естественная трансформация - это бактериальная адаптация к переносу ДНК, которая зависит от экспрессии многочисленных бактериальных генов, продукты которых, по-видимому, ответственны за этот процесс. [20] [19] В целом трансформация - это сложный, энергоемкий процесс развития. Чтобы бактерия могла связывать, захватывать и рекомбинировать экзогенную ДНК в свою хромосому, она должна стать компетентной, то есть войти в особое физиологическое состояние. Развитие компетенций в Bacillus subtilis требует экспрессии около 40 генов. [24] ДНК, интегрированная в хромосому хозяина, обычно (но за редкими исключениями) происходит от другой бактерии того же вида и, таким образом, гомологична резидентной хромосоме.

В Б. subtilis длина перенесенной ДНК превышает 1271 т.п.н. (более 1 миллиона оснований). [25] Переносимая длина, вероятно, представляет собой двухцепочечную ДНК и часто составляет более трети общей длины хромосомы в 4215 т.п.н. [26] Похоже, что около 7-9% реципиентных клеток занимают всю хромосому. [27]

Способность к естественной трансформации проявляется у ряда прокариот, и на сегодняшний день известно, что 67 видов прокариот (в семи различных типах) подвергаются этому процессу. [19]

Компетентность к трансформации обычно индуцируется высокой плотностью клеток и / или ограничением питания, условиями, связанными со стационарной фазой роста бактерий. Преобразование в Haemophilus influenzae наиболее эффективно происходит в конце экспоненциального роста, когда рост бактерий приближается к стационарной фазе. [28] Преобразование в Streptococcus mutans, как и во многих других стрептококках, встречается с высокой плотностью клеток и связан с биопленка формирование. [29] Компетентность в Б. subtilis индуцируется к концу логарифмического роста, особенно в условиях ограничения аминокислот. [30] Аналогичным образом в Micrococcus luteus (представитель менее изученных Актинобактерии phylum) компетентность развивается во время средне-поздней фазы экспоненциального роста, а также запускается аминокислотным голоданием. [31] [32]

Высвобождая интактную ДНК хозяина и плазмиды, некоторые бактериофаги считаются способствующими трансформации. [33]

Трансформация как адаптация к репарации ДНК

Компетентность специфически индуцируется условиями повреждения ДНК. Например, преобразование индуцируется в Пневмококк повреждающими ДНК агентами митомицином С (агент сшивания ДНК) и фторхинолоном (ингибитор топоизомеразы, вызывающий двухцепочечные разрывы). [34] В Б. subtilisтрансформация усиливается УФ-светом, агентом, повреждающим ДНК. [35] В Helicobacter pylori, ципрофлоксацин, который взаимодействует с ДНК-гиразой и вызывает двухцепочечные разрывы, индуцирует экспрессию генов компетенции, тем самым увеличивая частоту трансформации [36] С помощью Легионелла пневмофила, Charpentier et al. [37] протестировали 64 токсичных молекулы, чтобы определить, какие из них вызывают компетентность. Из них только шесть агентов, повреждающих ДНК, вызывали сильную индукцию. Эти повреждающие ДНК агенты представляли собой митомицин С (который вызывает межцепочечные сшивки ДНК), норфлоксацин, офлоксацин и налидиксовая кислота (ингибиторы ДНК-гиразы, вызывающие двухцепочечные разрывы). [38] ), бицикломицин (вызывает разрывы одно- и двухцепочечных [39] ) и гидроксимочевина (вызывает окисление оснований ДНК [40] ). Ультрафиолетовый свет также стимулировал компетентность в L. pneumophila. Charpentier et al. [37] предположили, что способность к трансформации, вероятно, возникла как реакция на повреждение ДНК.

Логарифмически растущие бактерии отличаются от бактерий стационарной фазы количеством копий генома, присутствующих в клетке, и это имеет значение для способности выполнять важную задачу. Ремонт ДНК процесс. Во время логарифмического роста в бактериальной клетке могут присутствовать две или более копий любой конкретной области хромосомы, поскольку деление клетки не точно совпадает с репликацией хромосомы. Процесс гомологичной рекомбинационной репарации (HRR) - это ключевой процесс репарации ДНК, который особенно эффективен для восстановления двухцепочечных повреждений, таких как двухцепочечные разрывы. Этот процесс зависит от второй гомологичной хромосомы в дополнение к поврежденной хромосоме. Во время логарифмического роста повреждение ДНК в одной хромосоме может быть восстановлено с помощью HRR с использованием информации о последовательности из другой гомологичной хромосомы. Однако, когда клетки достигают стационарной фазы, они обычно имеют только одну копию хромосомы, и HRR требует ввода гомологичного шаблона извне клетки путем трансформации. [41]

Чтобы проверить, является ли адаптивная функция трансформации репарацией повреждений ДНК, была проведена серия экспериментов с использованием Б. subtilis облучение УФ-светом в качестве повреждающего агента (обзор Michod et al. [42] и Bernstein et al. [41] Результаты этих экспериментов показали, что трансформация ДНК действует для восстановления потенциально летальных повреждений ДНК, вызванных УФ-светом в ДНК реципиента. Конкретный процесс, ответственный за ремонт, вероятно, был HRR. Трансформацию у бактерий можно рассматривать как примитивный половой процесс, поскольку он включает взаимодействие гомологичной ДНК двух индивидуумов с образованием рекомбинантной ДНК, которая передается последующим поколениям. Бактериальная трансформация у прокариот могла быть наследственным процессом, который привел к мейотическому половому размножению у эукариот (см. Эволюция полового размножения; Мейоз.)

Читайте также: