Трансформация генетическая • Med-of-Rita

Трансформация генетическая (лат. transformatio преображение) — изменение наследственных свойств клетки в результате переноса в нее генетического материала (ДНК, хромосом или генов) другой клетки. Трансформация приводит к тому, что клетка-реципиент приобретает и устойчиво передает своим потомкам признак, ранее у нее отсутствовавший, но имевшийся у клетки-донора. Трансформация была открыта у бактерий в 1928 г. англ. микробиологом Гриффитом (F. Griffith). Он обнаружил, что клетки пневмококка (Diplococcus pneumoniae), отличающиеся наличием плотной капсулы, могут передавать свойство образовывать капсулу бескапсульному штамму диплококков с помощью убитых нагреванием клеток или стерильного экстракта из них. Это был первый пример направленной передачи наследуемого признака (свойства) не живыми клетками, а их хим. компонентами. В 1944 г. Эйвери (О. Т. Avery), Мак-Лауд (С. М. McLeod) и Мак-Карт и (М. McCarty), изучая причину появления вирулентности у авирулентных штаммов Diplococcus pneumoniae при одновременном заражении мышей инактивированным нагреванием, вирулентным и живым авирулентным штаммами Diplococcus pneumoniae, пришли к выводу, что хим. веществом, передающим наследственный признак, является ДНК (см. Дезоксирибонуклеиновые кислоты). Это открытие, сделанное при изучении Т. бактерий, оказало огромное влияние на развитие генетики (см.) и молекулярной биологии (см.). В дальнейшем было установлено, что способностью к Т. обладают не только Diplococcus pneumoniae, но и многие другие микроорганизмы и что она является наследственным признаком. Однако этот признак присущ далеко не всем штаммам микроорганизма данного вида; даже в чувствительном к Т. штамме не все клетки могут трансформироваться под действием экзогенной ДНК. Это свидетельствует о том, что Т.— сложный процесс, в осуществлении к-рого большую роль играет состояние трансформирующего фактора — ДНК и состояние клетки-реципиента. Эффективность Трансформации зависит от размеров молекул ДНК, их концентрации и от так наз. компетентности клетки (кратковременного состояния восприимчивости популяции клеток-реципиентов, приуроченного к определенной фазе клеточного цикла).

При концентрации трансформирующей ДНК ниже 0,1 мкг/мл число трансформантов прямо пропорционально ее концентрации, а при более высоком содержании ДНК наблюдают «эффект насыщения». Т. зависит также от нативности ДНК (ее молекула должна быть двухспиральной), а также от физиологического состояния клетки, напр. от фазы клеточного цикла, в к-рой она находится в момент контакта с трансформирующей ДНК. Для Bac. subtilis такой фазой является экспоненциальная фаза роста. Культура, достигшая стационарного состояния, т. е. прекратившая рост, практически не содержит клеток, способных к Т. Обнаружено, что надосадочная жидкость, полученная при центрифугировании компетентной культуры клеток, содержит агент, являющийся белком, к-рый способен сообщать свойство компетентности культуре некомпетентных клеток. Полагают также, что компетентность к Т. связана с наличием белковых рецепторных участков на поверхности клеток.

Для наблюдения за Трансформацией используются генетические маркеры. Такими маркерами могут быть резистентность клеток к стрептомицину, эритромицину, сульфаниламидам или их способность использовать в качестве единственного источника углерода мальтозу, маннит, глицерин и др. Так, культуру клеток, подвергшихся Т., через какой-то промежуток времени, необходимый для проявления приобретенного признака, высевают на среду, непригодную для роста исходного штамма. Все клетки этого штамма гибнут, а трансформировавшиеся растут и размножаются. Этот метод весьма чувствителен.

Важнейшим этапом Т. является внедрение (интеграция) фрагмента ДНК клетки-донора в геном клетки-реципиента. Интеграция происходит вследствие известного процесса генетического обмена — рекомбинации (см.). При Т. фрагмент однонитевой ДНК донора спаривается с гомологичным участком хромосомы реципиента с образованием частичной гетерозиготы. Размер фрагмента ДНК клетки-донора, интегрированный в хромосому реципиента невелик, обычно один—два гена. Частота совместной Т. по двум генам или генетическим маркерам тем выше, чем меньше расстояние между ними. Это явление используется для построения точных генетических карт отдельных участков хромосом бактерий (см. Ген, Хромосомная карта).

Попытки Т. эукариотических клеток при помощи ДНК были сделаны в начале 60-х гг. 20 в. В числе первых работ, в к-рых на клетках человека было достаточно убедительно показано наличие Т., следует назвать исследование Шибальской (E. H. Szybalska) и Шибальского (W. Szybalsky). В качестве реципиентов они использовали линию клеток, устойчивых к 8-азагипоксантину. У этих клеток полностью отсутствовали активность пирофосфорилазы инозиновой к-ты (инозин-фосфорилазы; КФ 2.4.2.1) и способность использовать гипоксантин (см.) в качестве источника пуринов (см. Пуриновые основания). Донором ДНК служила родительская линия клеток, устойчивых к 8-азагуанину и метаболизирующих гипоксантин. Этими экспериментами была показана возможность Т. клеток млекопитающих. Однако в дальнейшем исследователи столкнулись со значительными трудностями, связанными с выделением и очисткой ДНК, способами ее внедрения в клетку, а также с методами регистрации экспрессии трансформирующей ДНК. Оказалось, что экзогенная ДНК, вводимая в клетки млекопитающих, должна быть защищена от разрушающего действия клеточных нуклеаз (см.), что было достигнуто применением полианионов (полилизина, полиаргинина, спермина и др.), а также использованием кальций-фосфатного преципитата ДНК. В отличие от трансформирующей ДНК прокариотов в опытах с эукариотическими клетками ДНК должна быть максимально высокополимерна. Развитие методов цитологии позволило осуществлять трансформацию клеток при помощи отдельных выделенных хромосом. Особенно эффективна Т. с использованием векторов, когда участок ДНК клетки-донора встраивается в плазмиду бактерии (см. Плазмиды) или в геном вируса (см. Геном). В таком состоянии трансформирующая ДНК защищена от действия гидролитических ферментов, а сам вектор обеспечивает эффективную рекомбинацию с хромосомой клетки-реципиента. Преимуществом векторной техники является также то, что вектор можно размножить в бактериальных клетках. В последней четверти 20 в. явление генетической Трансформации рассматривают как часть более общей проблемы межвидового переноса генов (см. Генная инженерия).

Библиогр.: Хэйс У. Генетика бактерий и бактериофагов, пер. с англ., М., 1965; Avery О. Т., MacLeod G. М. a. McCarty М. Studies on chemical nature of substance inducing transformation of pneumococcal types, J. exp. Med., v. 79, p. 137, 1944; Griffith F. Significance of pneumococcal types, J. Hyg. (Lond.), v. 27, p. 113, 1928; Szybalska E. H. a. Szybalski W. Genetics of human cell lines, IV. DNA-me-diated heritable transformation of a biochemical trait, Proc. nat. Acad. Sci. (Wash.), v. 48, p. 2026, 1962.

К. H. Гринберг.