Рекомбинация у бактериофагов

При взаимодействии бактериофагов друг с другом наследуемые изменения возникают в основном как результат истинных рекомбинаций. У вирусов животных и человека в зависимости от физической организации генома рекомбинация осуществляется двумя механизмами. Бактериофаги, геном которых представлен линейной молекулой ДНК или РНК, используют механизм интрамолекулярной рекомбинации, известный как механизм «разрыв — воссоединение». Бактериофаги с сегментированным геномом (ортомиксовирусы, реовирусы, буньявирусы, аренавирусы) используют механизм случайной пересортировки сегментов (генов) без разрыва ковалентных связей.

Механизм «разрыв — воссоединение» впервые сформулирован А. Херши в связи с анализом потомства смешанного заражения h-и r-мутантами фага Т2. Обнаружив, что в этом потомстве кроме частиц двух родительских типов присутствуют частицы h+r+ и hr, он предположил, что геном бактериофага состоит из расположенных в линейном порядке генов, каждый из которых несет генетическую информацию о каком-либо признаке вируса. При смешанном заражении бактериальной клетки два «сосуществующих» фаговых генома могут обмениваться между собой гомологичными участками в результате разрыва двух линейных структур в точно соответствующих точках между генами, определяющими г+- и h+-признаки, и последующего перекрестного воссоединения фрагментов. Такой перекрест или кроссинговер генетического материала может происходить в любой точке двух различных генетических структур.

Гипотеза «разрыв — воссоединение» была подтверждена позже на опытах по смешанному заражению меченым фагом. R. Holliday, Н. Potter, D. Dressier предложили универсальную модель одно- и двухцепочечного обмена между двумя линейными молекулами (рис. 1), согласно которой рекомбинация — такой же многоэтапный процесс, как и мутация. Она начинается с разрыва цепей ДНК каждого партнера с помощью нуклеаз, на этом месте происходят перекрещивание цепей и сшивание концов, затем точки скрещивания перемещаются за счет расплетения и сплетения спиралей и вращаются вокруг точки пересечения, создавая при этом симметрическую структуру — «хи»-интермедиат. В зависимости от того, на какую ось интермедиата (вертикальную или горизонтальную) действуют нуклеазы, образуемый после разделения и сшивания рекомбинант будет гетерозиготным либо по одной, либо по двум цепям.

Из ДНК-вирусов с линейной молекулой генома рекомбинационный процесс хорошо изучен герпес- и аденовирусов, которые рекомбинируют как с близкородственными, так и неродственными вирусами.

Генетическая рекомбинация между аденовирусами человека происходит с высокой частотой при продуктивной инфекции культур клеток. Причем рекомбинация наблюдается внутри одного серотипа или между близкородственными серотипами одной подгруппы, что связывают с отсутствием гомологичных последовательностей в геномах вирусов разных подгрупп, хотя общая их организация сходна. Было опрделено, что на рестрикционной карте ts+-peкомбинантов Ad5 и Ad2 предполагаемые сайты находятся в фрагменте размером около 20 п. н., занимающем участок соединения С-конца гена PV1 и N-конца гексонового гена. Сравнительное секвенирование аналогичных фрагментов трех независимых скрещиваний выявило, что в каждом случае непосредственное участие в рекомбинационном процессе принимала лишь небольшая его часть (от 45 до 156 п. н. в длину), соответствующая участкам полной гомологии ДНК.

Герпесвирусы занимают более выгодное положение: ДНК разных серотипов способны в одинаковой степени трансфицировать культуры клеток, имеют значительные участки гомологии и рекомбинируют с большой частотой. Создавались как межтиповые, так и внутритиповые рекомбинанты, с помощью которых картировались генные функции, контролирующие репликацию вируса, морфологию бляшек, резистентность к антивирусным лекарствам. R. Thompson котрансфекцией ДНК одного штамма с разными рестрикционными фрагментами другого получили рекомбинант, позволивший локализовать функцию повышения нейровирулентности.

Метод получения межтиповых рекомбинантов полиовирусов разработан V. Agol с сотрудниками на основе коинфицирования клеток gs-мутантом одного серотипа и gr-мутантом другого с последующей селекцией gr-клона из урожая двойной инфекции. Таким способом получена серия межтиповых рекомбинантов, сайты скрещивания которых были локализованы в центральной части генома между локусом антигенной специфичности (5'-сторона) и чувствительностью к гуанидину (3'-сторона). Определены первичные структуры скрещиваемых регионов, длина которых варьирует между 2 и 32 нуклеотидами. Сайты скрещивания оказались распределенными по геному неравномерно. Так, внутри гена полипептида 2А обнаружен только один такой участок, в то время как в других регионах выявлялись явные их скопления, что указывало на существование предпочтительных сайтов для рекомбинации.