Генетическая трансформация

Генети́ческая трансформа́ция — изменение наследственных свойств клетки в результате внесения в нее генетической информации при помощи чужеродной изолированной дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Трансформация приводит к появлению у трансформированной клетки (трансформанта) и ее потомства новых признаков, характерных для объекта — источника ДНК. Явление трансформации было открыто в 1928 году британским ученым Ф. Гриффитом, который показал возможность превращения непатогенных штаммов вирусов Streptococcus pneumoniae в патогенные штаммы, в результате взаимодействия с убитыми клетками патогенных штаммов. В 1944 году американец О. Эйвери установил, что трансформацию обеспечивают молекулы ДНК, которые являются носителями наследственной информации.
Первоначально трансформация была изучена на примере бактерий пневмококков. Использование в экспериментах легко учитываемых генетических признаков (например, устойчивость к действию клеточных ядов, потребность в определенных факторах роста), а также применение ДНК с радиоизотопной меткой позволили дать трансформации количественную оценку. Трансформацию у бактерий рассматривают как сложный процесс, включающий стадии: фиксация молекул ДНК клеткой-реципиентом; проникновение ДНК внутрь клетки; включение фрагментов трансформирующей ДНК в хромосому клетки-хозяина; формирование «чистых» трансформированных вариантов. Фиксация ДНК происходит на особых участках клеточной поверхности (рецепторах), число которых ограничено. Связанная с рецепторами ДНК сохраняет чувствительность к действию добавленного в среду фермента дезоксирибонуклеазы, вызывающего ее распад. Спустя короткий срок (в пределах одной минуты) после фиксации, часть ДНК проникает в клетку. Бактериальные клетки одного и того же штамма различаются по проницаемости для ДНК. Клетки бактериальной популяции, способные включать чужеродную ДНК, называются компетентными. Число компетентных клеток в популяции незначительно и зависит от генетических особенностей бактерий и фазы роста бактериальной культуры. Развитие компетенции связывают с синтезом особого белка, обеспечивающего проникновение ДНК в клетку.
Поскольку в компетентную клетку может одновременно проникнуть ряд фрагментов трансформирующей ДНК, суммарная величина поглощенной ДНК может быть примерно равна размерам хромосомы клетки-хозяина. После проникновения в клетку двунитевой ДНК одна нить распадается до мононуклеотидов и олигонуклеотидов, вторая — встраивается в хромосому клетки-хозяина путем ее разрывов и воссоединений. Последующая репликация такой гибридной структуры приводит к выщеплению «чистых» клонов трансформантов, в потомстве которых закреплен признак, кодируемый включившейся ДНК.
Применение трансформации позволило провести генетический анализ бактерий, у которых не описано иных форм генетического обмена (конъюгации, трансдукции). Разработка метода трансформации у кишечной палочки позволила использовать для трансформации не только фрагменты бактериальной хромосомы, но и ДНК бактериальных плазмид и бактериофагов. Этот метод используется для внесения в клетку гибридной ДНК в исследованиях по генной инженерии. В 1960-х годах началось изучение трансформации у животных, в конце 1970-х годов — у растений.
Статья находится в рубриках
Яндекс.Метрика