Перенос генетического материала с помощью плазмид

Это наиболее часто встречающийся способ переноса генетического материала у актиномицетов.

Линейные плазмиды актиномицетов были обнаружены раньше, чем линейные хромосомы. Впервые они были описаны у одного из видов актиномицетов в конце 70-х – начале 80-х гг. Эти плазмиды, pSLA 1 и pSLA 2, были размером несколько более 10 тпн. Они детерминировали синтез антибиотика ланкацидина. В клетке содержалось до 60 копий таких плазмид. Линейное строение их ДНК доказывалось следующим образом.

Во-первых, обработка рестриктазами давала такую комбинацию фрагментов, на основании которой могла быть построена лишь линейная, но не кольцевая карта. Далее, два фрагмента не входили в гель при электрофорезе, если ДНК не была депротеинизирована проназой. Если ДНК была обработана фенолом и додецилсульфатом натрия, то эти фрагменты можно было найти на электрофореграммах, но их передвижение было аномальным. Лишь после депротеинизации они передвигались со скоростью, соответствующей их размерам. Нативная ДНК плазмид была устойчива к 3'-экзонуклеазе, но чувствительна к экзонуклеазе фага А (5'-экзонуклеаза). Все это свидетельствовало о том, что плазмиды были линейными, и на их свободных концах находились белки, прикрепленные к 5'-концам ДНК. Впоследствии было установлено, что на концах линейных плазмид S. rochei находятся многочисленные повторы длиной в несколько сот пар оснований. У плазмиды pSCL из клеток S. clavuligerus концевые участки с повторами, размером около 1 тпн, были очень похожи друг на друга; правый участок мог гибридизоваться с левым.

ДНК одной линейной плазмиды, pSCL-1 из S. clavuligerus, была полностью секвенирована. Вся плазмида была размером в 11696 пар нуклеотидов (п.н.). На ее концах были обнаружены занимающие ~900 п.н. концевые инвертированные повторы, имеющие -70% гомологии с концевыми участками плазмиды из S. rochei. К концам "крепились" белки; видимо, с этих участков начиналась репликация ДНК, идущая от концов к центру линейной плазмиды. Однако в некоторых случаях линейные плазмиды могли реплицироваться с другой области, расположенной в центре плазмиды. Так, плазмида pSCL 1 из S. clavuligerus размером в 12 т.п.н. могла быть клонирована в плазмиде Е. coli pUC 19, Если затем кольцевую химерную плазмиду выделяли из клеток Е. coli, то она реплицировалась в клетках актиномицетов как кольцевая молекула. Это свойство сохранялось и тогда, когда рестриктазами "обрезали" концевые части pSCL 1 и "закольцовывали" основную часть плазмиды лигазой. Видимо, второй ориджин репликации в нормальных условиях роста был критическим. Есть упоминание о том, что линейная плазмида pSA 1 под влиянием определенных мутаций может реплицироваться как кольцевая структура; при этом ее копийность возрастает от I до 20 - 30 копий на клетку. Линейные плазмиды могли быть конъюгативными.

Все сказанное выше относилось в основном к плазмидам актиномицетов в 10 – 15 т.п.н. Однако наряду с ними в клетках актиномицетов существуют огромные плазмиды с линейной структурой: от 50 тпн (например, SLP 2) до 300 – 590 т.п.н. (SCP 1 и ряд других плазмид; 26 - 28; 76). Одна из этих плазмид – SCP I – была известна гораздо раньше, но лишь недавно с применением пульсфореза удалось показать ее линейную структуру и другие особенности строения. В поле пульсфореза она вела себя как линейная дрожжевая хромосома сходных размеров; другим доказательством ее линейности служили расчеты с построением рестрикционной карты после применения целого спектра рестриктаз. Для этой и других гигантских плазмид характерна очень большая величина концевых участков с инвертированными повторами; у SCP 1 каждый концевой участок имел размер в 40 тпн, что в сумме составляло заметную часть всей длины плазмиды. Интересно, что у крупной линейной плазмиды SLP 2 правый концевой участок был практически полностью гомологичен обоим концам линейной хромосомы клетки, что вначале вызвало недоумение (три одинаковых концевых участка в клетке, обладающей лишь одной линейной хромосомой). Однако затем была выявлена "плазмидная принадлежность" одного из этих концов. Гигантская плазмида SCP 1 может нести участки хромосомы, и участки этой плазмиды могут включаться в хромосому. При ее огромной величине ее копийность равняется приблизительно четырем копиям на клетку, что составляет ~20% плазмидной ДНК на клеточный геном.