Перенос генетического материала с помощью рекомбинации

Явление рекомбинации у актиномицет напоминает гибридизацию у высших организмов. Установлено, что при контакте клеток (чаще дефектных) двух разных штаммов бактерий или актиномицетов свойства одного штамма переходят к другому. В результате получаются смешанные формы с признаками двух исходных культур. Такой процесс происходит между двумя родственными организмами.

Явление генетической рекомбинации было продемонстрировано многими исследователями у ряда представителей рода Streptomyces, в том числе продуцирующих антибиотики, но только у одного из штаммов Str. coelicolor генетические исследования проводились планомерно в течение многих лет . Однако, хотя основные сведения о генетической системе актиномицетов получены для Str. coelicolor, результаты исследований других видов актиномицетов согласуются с ними, что дает возможность говорить об общих особенностях генетической рекомбинации в пределах рода Streptomyces (Actinomyces, по классификации Н. А. Красильникова).

Методические подходы при изучении генетики актиномицетов принципиально те же, что и для других микроорганизмов. Скрещивания производят между штаммами, маркированными различными генетическими факторами (биохимическая недостаточность, устойчивость к антибиотикам и др.), а отбор рекомбинантов ведут на специально подобранных селективных средах. И то и другое необходимо, так как генетическая рекомбинация — явление редкое и генетические рекомбинанты составляют лишь незначительную долю в популяции исходных штаммов.

В настоящее время можно считать установленным, что процесс генетической рекомбинации у актиномицетов в основном сходен с процессом конъюгации у бактерий, детально изученным у Е. coli, Str. coelicolor, подобно бактериям, имеет единую кольцевую группу сцепления, на которой определено местоположение около 40 различных генетических локусов. Характерная особенность генетической карты Str. coelicolor состоит в неслучайном расположении генетических локусов, сосредоточенных преимущественно в двух областях карты, тогда как две другие области являются почти «пустыми». Такое разобщение двух групп локусов в пространстве (возможно, лишь кажущееся) и послужило причиной первоначального представления о наличии у актиномицетов двух независимых групп сцепления.

Явление генетической рекомбинации описано у большинства изученных видов актиномицетов. Однако возникновение генетических рекомбинантов при внутривидовых скрещиваниях наблюдается далеко не во всех комбинациях мутантов, даже если они и происходят из одного и того же штамма. Вопрос о половой полярности штаммов внутри одного вида до сих пор остается не решенным, хотя и имеются некоторые данные в пользу ее существования. Лучше изучен вопрос об особенностях самого процесса генетической рекомбинации у актиномицетов. Этот процесс состоит из нескольких этапов, причем, как установлено недавними исследованиями, оба родительских штамма принимают неодинаковое участие в скрещивании: один — играет роль донора, другой — реципиента генетического материала, напоминая в этом отношении бактерии.

Как и у бактерий, в результате переноса генетического материала от одного штамма к другому происходит образование неполных зигот (мерозигот), содержащих полный геном реципиентного штамма и часть генома донорного. При этом диплоидный участок мерозиготы может варьировать как по составу, так и по протяженности, а процесс возникновения частичного диплоидного ядра происходит во времени. В отличие от бактерий, для актиномицетов характерно длительное существование стадии мерозиготы, сохраняющейся в течение ряда поколений, постепенно сменяющейся стадией образования гаплоидных рекомбинантов. В соответствии с этим у актиномицетов описаны клоны, являющиеся по своей генетической структуре мерозиготами. Они характеризуются нестабильностью и в процессе размножения выщепляют различные клоны гаплоидных рекомбинантов. Открытие таких клонов, названных гетероклонами, дало возможность разработать простой метод генетического анализа у актиномицетов, основанный на учете различных типов гаплоидных рекомбинантов в потомстве гетероклонов.

Таким образом, процесс генетической рекомбинации у актиномицетов состоит из нескольких этапов, последний из которых заключается в образовании гаплоидных рекомбинантов. Эти рекомбинанты, в отличие от гетероклонов, являются стабильными и служат основным объектом исследований в промышленных скрещиваниях. Однако необходимо иметь в виду, что вследствие неодинакового участия двух родительских штаммов в скрещивании, когда один из них поставляет только часть своего генетического материала другому, гаплоидные рекомбинанты наследуют большинство генетических факторов от одного родителя и только некоторые — от другого. Иными словами, по своей генетической структуре гаплоидные рекомбинанты, как правило, более напоминают одного родителя, чем другого, что неизбежно ограничивает возможности гибридизации у актиномицетов.