Генетическая организация неконъюгационных плазмид

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 6Следующая ⇒

Эти плазмиды не содержат RTF, только различные генетические детерминанты (например r) и rep-систему. К ним относятся такие плазмиды как, ColE1, pSE101, SuSm и тд. Наиболее изучены ColE1, CloDF13. Для них характерна кластерность генов на генной карте. Например, район, отвечающий за репликацию, включает O-пункт и детерминанты, контролирующие репликацию. К этому району примыкает отвечающий за колициногенность.

ПОДДЕРЖАНИЕ ПЛАЗМИД В БАКТЕРИАЛЬНЫХ

КЛЕТКАХ

Выдающееся свойство плазмид – поддержание в бактериальных клетках в определенном числе копий. Здесь важны процесс репликации и точного распределения между дочерними клетками. У F-плазмиды имеется процесс, контролируемы плазмидой в виде пары генов ccd, определяющий отсеивание клеток, утерявших плазмиду. Заключается в деструкции клеток, в которых произошла ее элиминация. Когда клетка теряет плазмиду, происходит активация продуктов генов ccd, что влечет к запуску механизма самоубийства в клетке и далее в ее потомках.

Репликация. Базовый репликон

Репликационный цикл ДНК плазмид, как и хромосомной, состоит из инициации, элонгации и терминации. При удвоении ДНК плазмид образуется ковалентно закрытые, но не сверхскрученные, молекулы, которые затем конвертируются в молекулы сверхспирализованной ДНК. Процесс элонгации непрерывен. Для завершения цикла удвоения необходимо, что бы первичная элонгационная вилка достигла терминуса, а вторая начала движение от O-пункта в противоположном направлении вплоть до терминуса.

Для репликации плазмиды минимально необходима лишь часть плазмиды – базовый репликон. Наиболее полно он изучен на примере миниплазмиды F. Он в ней состоит из ряда элементов:

· О-пункт – специфическая последовательность нуклеотидов, на которой происходит инициация репликации. У некоторых плазмид несколько O-пунктов (гены ori).

· Структурный ген для позитивной функции (ген rep).

· Детерминанты, негативно контролирующие количество плазмид (cop).

· Детерминанты, обеспечивающие, распространение копий (par)

· Детерминанты ccd.

Что, касается гена rep, то предполагают, что он контролирует инициацию репликации. Посредством продукции белка rep E, связывающегося с ori. С другой стороны, предполагается существование и другой схема, контроля копийности.

Найдено 5 прямых повторов, родственных повторам в локусе ori, формирующих локус cop. Считают, что cop конкурирует с локусом ori за связывание белка repE, который обладает авторепрессорной активностью. Предполагается, что он имеет две формы, одна из которых имеет значение в инициации репликации, вторая – в репрессии гена rep (авторепрессорная активность).

Репликация плазмиды F и всех, происходящих от нее, мини-репликонов требует участия белка, кодируемого хромосомным геном dnaA и являющегося инициатором репликации бактериальной хромосомы. [7, c. 176]

Для плазмиды F характерно наличие двух O-пунктов репликации – oriS и oriV. С oriS репликация проходит в двух противоположных направлениях, тогда как с oriV – только в одном. У большинства остальных плазмид репликация проходит по сходным схемам, с определенными отличиями, так существенные отличия наблюдаются при репликации P-подобных плазмид.

Распределение между клетками в процессе деления

Система распределения существует независимо от генетических структур, контролирующих репликацию. Ее существование подтверждается идентификацией плазмидных мутаций в виде делеций района par, которые прекращают распределение плазмид между дочерними клетками, но не влияют на количество их копий в родительской клетке, т.е. не влияют на копийность. Как показывают исследования, район par минирепликона плазмиды F имеет длину порядка 3000 нуклеотидов и содержит 2 кодирующие последовательности parA и parB, а так же parC, детерминирующий синтез плазмидной центромеры. Сходная структура характерна для многих плазмид. Последовательности parA и parB кодируют белки, обладающие саморегуляцией на стадии транскрипции (так как их сверхпродукция привела бы к блокированию распределения). По одной из теорий предполагается, что после репликации плазмиды белки par связываются с сайтами распределения плазмид, в результате чего образуются комплексы узнавания. Последние формируют специфические димеры, которые связываются с одним из клеточных сайтов. Когда клетки делятся, то делятся и димеры, в результате чего, плазмидные копии поступают в новую генерацию клеток.

Генетическая регуляция

Внешнее проявление поддержания плазмид в клетках заключается в том, что большинство или все клетки плазмидосодержащей популяции содержат плазмиды. В случае F, RI и RK2 установлено, что они кодируют летальность клеток, потерявших плазмиду, т.к. продукты соответствующих плазмидных убивают клетки, потерявшие их.

Некоторые плазмиды поддерживаются в клетках в количестве 1 – 3 копий на клетку. Они нуждаются для репликации в ДНК-полимеразеIII и их репликация проходит под строгим контролем клетки. Другие – в количестве 40–50 копий и используют ДНК-полимеразу I. Их репликация проходит под релаксированным контролем. При делении клетки, дочерние получают не менее 1 копии плазмиды. Так как считалось, что они реплицируются на определенной стадии репликации ДНК бактерии, то, вероятно, существуют контрольные механизмы. Было предположено, что плазмиды сами регулируют свою репликацию и распределение, причем система репликации реализуется путем осуществления двух функций, одна и которых определяет среднее количество копий на клетку, а другая отзывается на изменение количества и восстанавливает его до нормы.

КОНЪЮГАЦИОННЫЙ ПЕРЕНОС

Процесс конъюгационного переноса контролируется опероном tra. В общем виде он представляет из себя:

1) образование конъюгационных пар.

2) установление специфичных клеточных контактов.

Перенос начинается с oriT. Перенесенная ДНК может стойко поддерживаться в трансконъюгантах в автономном состоянии либо включаться в хромосомный репликон хозяина посредством рекомбинации.

Долгое время считалось, что конъюгация – исключительно свойство Enterobacteriaceae, однако в последние годы показана ее возможность и у других микроорганизмов. У Enterobacteriaceae и Pseudomonadaceae конъюгационный перенос обеспечивается тем, что плазмиды контролируют синтез секс-пилей для контактов. У грамположительных бактерий не обнаружены, у некоторых из них контакты между клетками обеспечиваются транспозонами (Streptococcus), фагами (staphylococcus) или экстрахромосомными ферромонами (Enterococcus).

При формировании клеточных контактов наряду с парами образуются агрегаты, в которых насчитывают до 13 скрещивающихся клеток. Эффективность спаривания не зависит от размеров агрегатов. Большинство скрещиваемых клеток способно формировать агрегаты в течение 30 минут, что, как предполагают, - результат роста и деления клеток, установивших контакты. Способность спариваться клеток-доноров с клетками-реципиентами определяется наличием F-пилей у доноров. [8, c. 167]

Что бы быть компетентной в конъюгации, клетки-реципиенты должны обладать рядом свойств:

· Клеточная стенка должна иметь специфические рецепторы.

· Клеточная стенка должна пропускать одноцепочечную плазмидную ДНК.

Внешние факторы оказывают большое влияние на конъюгацию бактериальных клеток (состав питательной среды, температура, время культивирования, изменение pH среды: снижение pH от 7.2 до 6.2 ведет к удвоению частоты спариваний).

Плазмидный перенос состоит из ряда стадий:

· Инициация ДНК плазмиды.

· Разделение цепей переносимой ДНК в клетке доноре. Для этого необходима насечка «надсечка» и раскручивание макромолекулы, что обеспечивается эндонуклеазами клетки – никазами.

· Перенос цепи. Он осуществляется в направлении от 5’ к 3’-концу, т.е. 3’-конец – ведущий. Перенос длится 15 – 20 минут.

· Конъюгативный синтез в клетке доноре

· Репликонация ДНК плазмиды в клетке-реципиете. Репликонация – конвертирование одноцепочечной ДНК плазмиды в двухцепочечную.

Репликонация осуществляется в виде 2-х процессов: синтеза комплиментарной цепи и кольцевания плазмиды. Изучение плазмид F и сol показало необходимость для конъюгационного синтеза в клетках реципиентах ДНК-полимеразы III (для синтеза цепи). ДНК-полимеразе для работы необходима затравка, которую обеспечивает либо РНК-полимераза, либо РНК-примаза. ДНК плазмид прикрепляется ко внутренней мембране в реципиентных клетках, где она приобретает кольцевую форму после синтеза второй цепи.

Мобилизация – процесс, основу которого составляют метаболические реакции, обеспечивающие подготовку плазмиды к переносу. Мобилизация присуща как конъюгативным, так и неконъюгативным плазмидам. Конъюгативные плазмиды могут мобилизовать на перенос неконъюгативные плазмиды. Это применяется при скрещивание даже очень отдаленным видам.

Механизмами, ограничивающими перенос, являются поверхностное исключение, которое снижает вероятность переноса 100-300 раз и детерминируется плазмидными генами traS traT и неэффективность пилей. Кроме того, существуют ограничения, действующие после проникновения плазмид в клетки, так в результате изменения экспрессии плазмидных генов, клетки иногда не получают донорских свойств, плазмиды могут разрушаться рестриктазами, кодируемыми внутриклеточ-ным генетическим материалом (предполагают, что конъюгативные хромосомы с широким диапазоном переноса обладают генами с антирестрикционными функциями. Важными механизмом является летальный зигозис.

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 Следующая ⇒