13. Генетические рекомбинации у бактерий, генная инженерия в медицинской микробиологии

13.1. Виды генетических рекомбинаций у бактерий

Под рекомбинационной изменчивостью понимают изменчивость, происходящую в результате включения в ДНК реципиентной клетки участка ДНК донорской клетки. У бактерий насчитывают пять видов генетических рекомбинаций (т.е. пять видов рекомбинационной изменчивости): трансформация, трансдукция, конъюгация, лизогенизация, фаговая конверсия.

А. Трансформация – непосредственная передача генетического материала от донорской к реципиентной клетке. В бактериальной популяции в результате аутолиза клеток всегда присутствует внеклеточная ДНК. Некоторые клетки обладают соответствующими рецепторами для ее адсорбции и ферментами для ее транспорта внутрь своей клетки и последующей рекомбинации экзогенной ДНК с ДНК бактериальной хромосомы. Такие клетки называются компетентными.

Б. Трансдукция – передача генетического материала от донорской к реципиентной клетке с помощью дефектных бактериофагов (см. раздел 10.4).

1. При неспецифической (общей) трансдукции может передаваться любой, случайный, признак, который присутствует у всего клона, образованного рекомбинантной клеткой.

2. При абортивной трансдукции также передается любой, случайный, признак, но он скоро теряется, так как при каждом делении клеток экзогенная ДНК не рекомбинирует с бактериальной хромосомой, как в случае с общей трансдукцией, а остается в цитоплазме и переходит только в одну из двух разделившихся клеток.

3. При специфической трансдукции каждый бактериофаг передает только ему присущий признак, который, как и в случае с общей трансдукцией, присутствует у всего клона, образованного рекомбинантной клеткой.

В. Конъюгация – передача генетического материала от донорской к реципиентной клетке с помощью конъюгационных пилей (см. раздел 11.3).

1. Если конъюгация обусловлена плазмидой, находящейся в автономном состоянии, то донорской клетке передается сама эта плазмида (см. раздел 11.3.Б), в том числе несущая в своем составе или другую, неконъюгационную, плазмиду (см. раздел 11.4.А.1) или участок бактериальной хромосомы (см. раздел 11.3.В).

2. Если конъюгация обусловлена плазмидой, находящейся в интегрированном состоянии, то донорской клетке передается не эта плазмида, а участок бактериальной хромосомы (см. раздел 11.3.А).

Г. Лизогенизация по определению является видом рекомбинационной изменчивости у бактерий, так как при ней в геном реципиентной клетки внедряется экзогенный генетический материал – геном умеренного фага (см. раздел 10.4.Б). Изменения генома при этом виде рекомбинационной изменчивости не сопровождаются фенотипическими изменениями.

Д. Фаговая конверсия – отличается от лизогенизации лишь тем, что фенотип донорской клетки изменяется (см. раздел 10.4.Б.2).

13.2. Генная инженерия в медицинской микробиологии

В медицинской микробиологии все шире используются методы генной инженерии, с помощью которых «заставляют» микроорганизмы продуцировать нужные медицинской практике препараты (вакцины, гормоны, интерфероны, цитокины и др.), путем внесения в их геном соответствующего гена, т.е. получения рекомбинантного штамма с нужными свойствами путем «направленной» рекомбинационной изменчивости. Разберем принципиальный алгоритм такого методы на примере получения рекомбинантной вакцины для профилактики гепатита В.

А. Из генома вируса гепатита В вырезают ген, детерминирующего синтез HBs-Ag – белка, индуцирующего иммунный ответ против вируса. Затем внедряют его с помощью одного из видов рекомбинационной изменчивости в геном дрожжевой клетки (как вариант может использоваться кишечная палочка).

Б. Затем добиваются манифестация гена – его дерепрессии, так как экзогенный генетический материал, интегрированный в хромосому, как правило, репрессируется. С дерепрессированного же гена снимается информация, и рекомбинантная клетка начинает продуцировать соответствующий белок.

В. Клональная культура, содержащая рекомбинантные клетки, выращивается в хемостате, где синтезирует большое количество HBs-Ag.

Г. Затем отделяют культуральную среду от микробных клеток и проводят очистку HBs-Ag.

Д. В результате получается вакцина, содержащая HBs-Ag, но не содержащая ни самих вирусных частиц, ни их фрагментов.