Трансдукція – це перенесення генетичного матеріалу з однієї бактеріальної клітини до іншої бактеріофагом. Трансдукція була відкрита в 1952 р. Н. Циндером та Е. Ледербергом на двох ауксотрофних мутантах Salmonella typhimurium. Досвід проводився в (/-подібній трубці, розділеній скляним ультратонким пористим фільтром. В одну частину її поміщали гістидин - залежний штам 2А, в іншу - триптофан - залежний штам 22А. Через деякий час в культурі штаму 22А з'являлися прототрофи. , що штам 22А містив фаг (Р22), здатний лізувати клітини штаму 2А. синтезу триптофану. Тому при висіві культури 22А на середовище, що не містить триптофан, з'являлося зростання цієї культури.
Вивчення величини (за розмірами пор фільтра), швидкості седиментації, чутливості до нагрівання цього агента, що фільтрується, показало, що він ідентичний такими фага Р22. На підставі цього було зроблено висновок, що фаг, що міститься в культурі 22А, проходив через фільтр, інфікував чутливі до нього клітини штаму 2А і в процесі репродукції до складу свого геному включав фрагмент хромосоми бактерій цього штаму. Вивільнившись із лізованих клітин, фаг проходив назад у коліно трубки, де були клітини штаму 22А. При інфікуванні цих клітин фаг передавав їм віднесений фрагмент хромосоми клітин штаму 2А, які були незалежними за триптофаном. В результаті інтеграції цього фрагмента у хромосому клітин штаму 22А утворювалися прототрофні рекомбінанти. У культурі штаму 2А прототрофи не з'являлися, оскільки клітини лізували.
Фаг може переносити гени, відповідальні за різні властивості клітини: стійкість до антибіотиків, токсиноутворення, прототрофність. При трансдукції, як і за трансформації, переносяться лише невеликі фрагменти ДНК - трохи більше 1/100 довжини бактеріальної хромосоми.
Трансдукуючі властивості мають лише деякі помірні фаги, а саме: фаги, які несуть у складі свого геному фрагмент бактеріальної хромосоми. Ці фаги дефектні: вони містять повний набір власних генів. Частина їх генів залишається у хромосомі бактерій (замість узятих генів хромосоми).
Розрізняють три типи трансдукції: загальну, або неспецифічну, специфічну та абортивну.
Тип трансдукції визначається умовами формування трансдукуючих фагів.
Загальна трансдукція здійснюється фагами, які утворюються під час літичного циклу. При внутрішньоклітинному розмноженні фага відбувається руйнування бактеріальної хромосоми та окремі випадкові фрагменти її включаються до дозрівають частинки фага. Розмір включеного фрагмента визначається місткістю головки фага. Наприклад, трансдукувальний фаг Р1 включає 2,3% хромосоми Е. coli, фаг Р22, геном якого в 2,3 рази менше, ніж у Р1 (отже, і ємність головки також менше), включає 1% хромосоми сальмонел. В окремих трансдукуючих фагів вся їхня ДНК може бути замінена на бактеріальну. Тому такі фаги можуть переносити будь-які хромосомні гени та включатися до будь-якої ділянки хромосоми реципієнта. Фаги, що забезпечують таку трансдукцію, можуть переносити гени, які контролюють харчові потреби бактерій, ферментативні властивості, стійкість до лікарських препаратів, серологічні та вірулентні властивості, тобто будь-які властивості донорної клітини.
Специфічна трансдукція здійснюється фагами, що утворилися в результаті індукції лізогенних бактерій (наприклад, опромінення їх УФ), або при спонтанному звільненні профагу з хромосоми. У загальних випадках фаг, що формується, при виключенні з хромосоми може включати в свій геном тільки поруч розташований сегмент хромосоми, залишивши частину свого генома в хромосомі. На відміну від фагів, що здійснюють загальну трансдукцію, в геномі яких переважає бактеріальна ДНК, у фагів специфічної трансдукції основну частину геному складає фагова ДНК. При лізогенізації чутливих бактерій геном фага специфічної трансдукції з'єднується лише з певними ділянками i хромосоми бактерій, тобто фаг має певну точку прикріплення на хромосомі. Тому при звільненні такий фаг захоплює лише поряд розташовану строго певну область хромосоми бактерій і передає її реципієнтної клітини. Ця здатність до специфічної трансдукції була встановлена у фага X Е. coli, який при лізогенізації клітин завжди фіксується на бактеріальній хромосомі поряд з генами, що контролюють ферментацію галактози (галактокінази та галактозилтрансферази), і трансдукує їх у клітину реципієнта gal-. При специфічній трансдукції клітина реципієнт отримує строго певні гени.
Абортивна трансдукція відбувається так само, як і неспецифічна, але фрагмент хромосоми донора, привнесений фагом в реципієнтну клітину, не включається в хромосому і не реплікується, а міститься в цитоплазмі клітини. Цей фрагмент при розподілі клітини передається лише одній дочірній клітині, і тільки ця клітина несе нову властивість, контрольовану геном донорної клітини.
Трансдукцію необхідно відрізняти від фагової конверсії. При трансдукції будь-якого типу зміни відбуваються лише в тих інфікованих фагом клітинах, в які була внесена ДНК бактерій-донорів, тобто які були інфіковані трансдуцірующими фагами. Це дуже мало бактеріальної популяції. Зміни, викликані фагами, що трансдукують, дуже стійкі, передаються потомству і зберігаються навіть тоді, коли клітина втрачає фаг.
Фагова, гаї лізогенна, конверсія - це зміни фенотипу (властивості клітини), зумовлені зараженням клітини помірним фагом. Зміни викликають гени фага. Вони можуть безпосередньо контролювати синтез окремого фрагмента або, взаємодіючи з бактеріальними, спричиняти зміну фенотипу клітини. Найчастіше фагова конверсія стосується синтезу або активності ферментів, що контролюють утворення клітинних компонентів, що супроводжується змінами морфології колоній. Так, лізогенізація шорстких штамів мікобактерій призводить до утворення гладких колоній. Зміну відчувають усі інфіковані фагом клітини (при трансдукції – поодинокі). При фагової конверсії зміни фенотипу бактерій зберігаються доти, доки у клітині присутній фаг.
Специфічна трансдукція
Відрізняється від неспецифічної тим, що в цьому випадку трансдукуючі фаги завжди переносять лише певні гени, а саме ті з них, які розташовуються в хромосомі лізогенної клітини зліва від attL або праворуч від attR. Специфічна трансдукція завжди пов'язана з інтеграцією помірного фага у хромосому клітини-господаря. При виході (виключенні) з хромосоми профаг може захопити ген з лівого або правого флангу, наприклад, gal, або bio. Але в цьому випадку він повинен втратити такий же розмір своєї ДНК з протилежного кінця, щоб її загальна довжина залишалася незмінною (інакше вона не може бути упакована в головку фага). Тому за такої форми виключення обр
Специфічну трансдукцію у E. coliздійснює не тільки фаг лямбда, а й споріднені з ним лямбдоїдні та інші фаги. Залежно від місця розташування сайтів attB на хромосомі, вони при своєму виключенні можуть включати різні бактеріальні гени, зчеплені з профагом, і трансдукувати їх в інші клітини. Матеріал, що вбудовується в геном, може заміщати до 1/3 генетичного матеріалу фага.
Трансдукувальний фаг у разі інфікування реципієнтної клітини інтегрується в її хромосому і привносить до неї новий ген (нову ознаку), опосередковуючи не лише лізогенізацію, а й лізогенну конверсію.
Таким чином, якщо при неспецифічній трансдукції фаг є лише пасивним переносником генетичного матеріалу, то при специфічній фаг включає цей матеріал у свій геном і передає його, лізогенізуючи бактерії, реципієнту. Однак лізогенна конверсія може відбутися й у тому випадку, якщо геном помірного фага містить такі власні гени, які у клітини відсутні, але відповідають за синтез суттєво важливих білків. Наприклад, здатність виробляти екзотоксин мають тільки ті збудники дифтерії, в хромосому яких інтегрований помірний профаг, що несе оперон tox. Він відповідає за синтез дифтерійного токсину. Інакше висловлюючись, помірний фаг tox викликає лізогенну конверсію нетоксигенної дифтерійної палички в токсигенну.
Метод агарових шарів ось у чому. Спочатку в чашку наливають шар живильного агару. Після застигання на цей шар додають 2 мл розплавленого і охолодженого до 45 °C агару 0,7%-ного, який попередньо додають краплю концентрованої суспензії бактерій і певний обсяг суспензії фага. Після того, як верхній шар застигне, чашку поміщають у термостат. Бактерії розмножуються всередині м'якого шару агару, утворюючи суцільне непрозоре тло, на якому добре видно колонії фага у вигляді стерильних плям (рис. 84, 2). Кожна колонія утворюється з допомогою розмноження одного вихідного фагового віріона. Застосування цього методу дозволяє: а) шляхом підрахунку колоній точно визначити кількість життєздатних фагових віріонів у цьому матеріалі;
б) за характерними ознаками (розмір, прозорість та ін) вивчати спадкову мінливість у фагів.
За спектром своєї дії на бактерії фаги поділяються на полівалентні(лізують споріднені бактерії, наприклад, полівалентний сальмонельозний фаг лізує майже всі сальмонели), монофаги(лізують бактерії тільки одного виду, наприклад, фаг Vi-I лізує тільки збудників черевного тифу) і типоспецифічніфаги, які вибірково лізують окремі варіанти бактерій усередині виду. За допомогою таких фагів виробляється найтонша диференціація бактерій усередині виду, з поділом їх на фаговаріанти. Наприклад, з допомогою набору фагів Vi-II збудник черевного тифу ділиться більш як 100 фаговариантов. Оскільки чутливість бактерій до фагів є відносно стабільною ознакою, пов'язаною з наявністю відповідних рецепторів, фаготипування має важливе діагностичне та епідеміологічне значення.
Трансдукціябула відкрита Дж. Ледербергом і Н. Циндером в 1952 р. у Salmonella typhimuriumта фага Р22.
Трансдукція- Перенесення генетичної інформації (хромосомних генів або плазмід) від клітини-донора до клітини-реципієнта, який здійснюється за участю бактеріофагів. При трансдукції фрагменти хромосоми або плазміди повинні запакуватись у головку бактеріофага; вийти у складі цієї фагової частки з клітини-донора внаслідок її лізису і потрапити до іншої клітини (клітини-реципієнта) при новому акті зараження. Білковий капсид фагової головки оберігає ДНК, що знаходиться в ній, від руйнування позаклітинними нуклеазами. У цьому плані трансдуцирующая ДНК більш «збережна», ніж «гола» ДНК під час трансформації. Оскільки адсорбція хвостового відростка фага на рецепторах поверхні видоспецифічна клітини, то і перенесення генетичного матеріалу при трансдукції може відбуватися, в основному, між близькоспорідненими бактеріями.
При трансдукції розміри фрагмента ДНК, що переноситься, визначаються розмірами головки бактеріофага. Різні фаги можуть переносити фрагменти ДНК від 20 до 40 т. п. зв. Таким чином, при трансдукції передаються як поодинокі гени, так і зчеплені маркери. Рекомбінанти, що отримуються при даному способі обміну генетичною інформацією, називаються трансдуктантами.
Вивчення трансдукції показало, що одні фаги можуть переносити різні бактеріальні гени, інші – лише певні. Відповідно до цього прийнято виділяти два типи трансдукції: 1) генералізована (неспецифічна,або загальна); 2) специфічна,або обмежена.
При генералізованої трансдукціїможе переноситися будь-яка бактеріальна ознака з частотою 10 –5 –10 –6 . Кількість бактеріальної ДНК, яка може переноситися фагом, зазвичай становить 1-2% усієї ДНК, що міститься в клітині. Виняток становить бактеріофаг РBS1 B. subtilis, який може трансдукувати до 8% геному господаря У здійсненні генералізованої трансдукції бактеріальний вірус є лише "пасивним" переносником генетичного матеріалу бактерій. Трансдукуючі дефектні фаги містять лише фрагменти бактеріальної ДНК. А генетична рекомбінація у бактерій, що трансдукуються, відбувається за загальним закономірностям рекомбінаційного процесу.
Характерними рисами специфічної трансдукціїє: 1) кожен трансдуцірующий фаг передає лише суворо певну, дуже обмежену область бактеріальної хромосоми; 2) фаг не тільки переносить генетичний матеріал, а й забезпечує його включення до бактеріальної хромосоми; 3) вірус включає ДНК бактерій у свій геном і передає її, лізогенізуючи бактерії-реципієнти.
Найбільш відомим прикладом специфічної трансдукції є трансдукція, що здійснюється фагом λ, який здатний заражати клітини бактерій E. coliз подальшою інтеграцією його ДНК у геном бактерій.
Трансдукція має практичне використання:
Дозволяє трансдукувати плазміди та короткі фрагменти хромосоми донора;
Для конструювання штамів заданого генотипу, зокрема ізогенних штамів. Ізогенні штами, сконструйовані за допомогою генералізованої трансдукції, розрізняються тільки по ділянці хромосоми, що переноситься трансдукувальним фагом;
Для точного картування бактеріальних генів, встановлення порядку та їх розташування в оперонах.
Запитання для самоконтролю
1 Які процеси можуть відбуватися в клітині-реципієнті, після потрапляння до неї донорної ДНК і переходу в стан мерозиготи?
2 Що таке процес трансформації? Які стадії він містить?
3 Перелічіть основні стадії процесу кон'югації.
4 Охарактеризуйте процес трансдукції. Чим відрізняється специфічна трансдукція від генералізованої?
Практичне заняття 8
Ціль:вивчення основних способів генетичного обміну бактерій; виявлення загальних та відмінних особливостей процесів трансформації, кон'югації та трансдукції.
Матеріали та обладнання: демонстраційні схеми (малюнки): а) мерозиготи; б) процесу трансформації; в) механізму бактеріальної кон'югації; г) F-плазміди бактерій E. сoli; д) генералізованої трансдукції; ж) специфічної трансдукції; електронна мікрофотографія кон'югуючих клітин E. сoli; кольорові олівці.
Хід роботи
У протоколі заняття:
1 Дати загальну характеристику способів обміну генетичною інформацією у бактерій: вказати три основні способи обміну генетичною інформацією, їх загальні особливості.
2 Намалювати схему мерозиготи та показати два шляхи її розвитку.
3 Охарактеризувати процес трансформації згідно зі схемою опису: поняття трансформації, історія відкриття, етапи процесу трансформації, компетентність, практичне використання трансформації.
4 Скласти графологічну схему «Стадії процесу трансформації», відобразивши у цій схемі окремо процес трансформації: а) плазмідної ДНК; б) бактеріальну ДНК.
5 Охарактеризувати процес кон'югації згідно зі схемою опису: поняття кон'югації, історія відкриття, етапи процесу кон'югації, кількість переносимої ДНК при кон'югації, практичне використання кон'югації.
6 Скласти графологічну схему «Передача генетичного матеріалу при кон'югації», відобразивши в цій схемі окремо участь як клітин-донорів: а) F + -донорів; б) донорів Hfr-типу.
7 Охарактеризувати процес трансдукції згідно зі схемою опису: поняття трансдукції, історія відкриття, етапи процесу трансдукції, кількість переносимої ДНК при трансдукції, типи трансдукції, практичне використання трансдукції.
8 Скласти графологічні схеми "Генералізована трансдукція", "Специфічна трансдукція". Звернути увагу на суттєві відмінності між цими двома типами трансдукції.
обмежена (специфічна) трансдукція- Передача від бактеріального донора бактеріальному реципієнту за допомогою бактеріофага строго певного фрагмента бактеріальної ДНК, розташованого поблизу сайту інтеграції бактеріофага (як правило, кількох генів); до бактеріофагів, … Довідник технічного перекладача
Цей термін має й інші значення, див. Трансдукція. Трансдукція (від лат. transductio переміщення) – процес перенесення бактеріальної ДНК з однієї клітини в іншу бактеріофагом. Загальна трансдукція використовується в генетиці бактерій для ... Вікіпедія
Див. Трансдукція специфічна … Великий медичний словник
- (від лат. transductio переміщення) перенесення генетичного матеріалу з однієї клітини в іншу за допомогою вірусу (див. Віруси), що призводить до зміни спадкових властивостей клітин реципієнтів. Явище Т. було відкрито американськими вченими Д... Велика радянська енциклопедія
- (син. Т. локалізована) Т., при якій переноситься суворо певна ділянка дезоксирибонуклеїнової кислоти бактерії. Великий медичний словник
Specialized (special, restricted) transduction обмежена (специфічна) трансдукція. Передача від бактеріального донора бактеріальному реципієнту за допомогою бактеріофага строго певного фрагмента бактеріальної ДНК, розташованого поблизу. Молекулярна біологія та генетика. Тлумачний словник.
Обмежена трансдукція специфічна т- Обмежена трансдукція, специфічна т. * обмежена трансдукція, специфічна т. * restricted transduction or special t. передача за допомогою бактеріофага від бактеріального донора бактеріальному реципієнту строго певного фрагмента. Генетика. Енциклопедичний словник
- (грец. baktērion паличка) одноклітинні мікроорганізми з примітивною цитоплазмою та ядром без ядерця та ядерної оболонки. Належать до прокаріотів. Поряд з іншими мікроорганізмами широко поширені у ґрунті воді, повітрі, заселяють… Медична енциклопедія
Термін бактеріофаг Термін англійською bacteriophage Синоніми фаги, віруси бактерій Абревіатури Пов'язані терміни біологічні нанооб'єкти, ДНК, капсид, нанофармакологія, вектори на основі наноматеріалів Визначення (від бактерії та грец. ????… … Енциклопедичний словник нанотехнологій
- (лат. transductio перенесення, переміщення; Транс + ducto водити, вести) перенесення бактеріофагом генетичного матеріалу (ділянки дезоксирибонуклеїнової кислоти) від однієї бактерії (донора) до іншої (реципієнту); призводить до зміни генотипу бактерії. Медична енциклопедія
Трансдукція -різновид рекомбінативної мінливості мікроорганізмів, що супроводжується перенесенням генетичної інформації від донора до реципієнта за допомогою бактеріофага.Перенесення ділянок бактеріальної хромосоми фагами було відкрито 1951г. Ледербергом і Циндером у Salmonella typhimurium,згодом описана у багатьох пологів бактерій: Salmonella, Escherichia, Shigella, Bacillus, Pseudomonas, Vibrio, Streptococcus, Slaphylococcus, Corynebacterium.Капсидна оболонка бактеріофага захищає ДНК від дії нуклеазу, тому трансдукція, на відміну від трансформації, не чутлива до нуклеазів. Трансдукцію здійснюють помірні фаги. Вони переносять лише невеликий фрагмент геному клітини господаря, і, як правило, серед особин одного виду, але можливе і міжвидове перенесення генетичної інформації, якщо бактеріофаг має широкий спектр господарів.
Залежно від результату взаємодії фага з бактерією виділяють літичні та помірні фаги.
Літичні (вірулентні) фагивпорскують нуклеїнову кислоту в клітину і репродукуються в ній, після чого залишають клітину шляхом лізису.
Лізогенні, або помірні фаги, Ін'єктувавши свою ДНК в клітину, можуть вести подвійно: 1) почати цикл репродукції і залишити клітину шляхом лізису; 2) інтегрувати свою генетичну інформацію в геном бактерії та у його складі передаватися дочірнім клітинам. Фаги, вбудовані в геном бактерій, називають профагами, а бактерії із вбудованими в геном фагами, - лізогенними. В результаті дії факторів, що переривають лізогенію (УФ, іонізуюча радіація, хімічні мутагени), знову синтезуються вірусні частинки, які залишають клітину. Прикладом помірного фаг є фаг l, що вражає E. coli. Етапи його трансдукції:
- Адсорбція фага до рецепторів на поверхні E. coli.
- Проникнення хвостової частини фага через клітинну стінку та ін'єкція ДНК у клітину-хазяїна.
- Рекомбінація кільцевої молекули ДНК фага з ДНК господаря та встановлення лізогенії (фагова ДНК знаходиться в інтегрованому стані).
- Передача профагу дочірнім клітинам у процесі розмноження E. coli. Чим більше поділів, тим більше клітин містить бактеріофаг .
- Закінчення лізогенії. ДНК бактеріофага вирізується із бактеріальної хромосоми. Відбувається синтез вірусних білків та реплікація ДНК фага, що супроводжуються дозріванням вірусних частинок та їх виходом з клітини шляхом її лізису. Під час вирізування бактеріофаг може захоплювати довколишні бактеріальні гени, які надалі потрапляють у клітину реципієнта.
- Вбудовування геному бактеріофага, що несе бактеріальні гени, в ДНК бактерії-реципієнта. Залежно від місця вбудовування бактеріофага виділяють такі види трансдукції:
a. Неспецифічну (загальну).Бактеріофаг може вбудовуватися будь-де геному бактерії і тому здатний переносити будь-який фрагмент ДНК господаря.
b. Специфічну.Бактеріофаг вбудовується в строго певні місця геному бактерії, а тому переносить лише певні фрагменти ДНК.
c. Абортивну. Ділянка бактеріальної хромосоми донора, перенесений бактеріофагом, не входить у рекомбінацію з хромосомою реципієнта, а залишається поза хромосомою. Відбувається транскрипція перенесеної ДНК (це вказує синтез відповідного генного продукту), але з реплікація. У процесі поділу клітини донорський фрагмент перетворюється лише на одну з дочірніх клітин і поступово втрачається.