Рекомбинации (обмен генетическим материалом) у бактерий отличаются от рекомбинаций у эукариот:
• у бактерий имеется несколько механизмов рекомбинаций;
• при рекомбинациях у бактерий образуется не зигота, как у эукариот, а мерозигота (несет полностью генетическую информацию реципиента и часть генетической информации донора в виде дополнения);
• у бактериальной клетки-рекомбината изменяется не только качество, но и количество генетической информации.
Трансформация — это обмен генетической информацией у бактерий путем введения в бактериальную клетку-реципиент готового препарата ДНК (специально приготовленного или непосредственно выделенного из клетки-до нора). Чаще всего передача генетической информации происходит при культивировании реципиента на питательной среде, содержащей ДНК донора. Для восприятия донорской ДНК при трансформации клетка-реципиент должна находиться в определенном физиологическом состоянии (компетентности), которое достигается специальными методами обработки бактериальной популяции.
При трансформации передаются единичные (чаще 1) признаки. Трансформация является самым объективным свидетельством связи ДНК или ее фрагментов с тем или иным фенотипическим признаком, поскольку в реципиентную клетку вводится чистый препарат ДНК.
Трансдукция — обмен генетической информацией у бактерий путем передачи ее от донора к реципиенту с помощью умеренных (трансдуцирующих) бактериофагов.
Трансдуцирующие фаги могут переносить 1 или более генов (признаков).
Трансдукиия бывает:
• специфической — переносится всегда один и тот же ген;
• неспецифической — передаются разные гены.
Это связано с локализацией трансдуиируюших фагов в геноме донора:
• в случае специфической трансдукции они располагаются всегда в одном месте хромосомы;
• при неспецифической их локализация непостоянна.
Конъюгация — обмен генетической информацией у бактерий путем передачи ее от донора к реципиенту при их прямом контакте. После образования между донором и реципиентом конъюгационного мостика одна нить ДНК-донора поступает по нему в клетку-реципиент. Чем дольше контакт, тем большая часть донорской ДНК может быть передана реципиенту.
Основываясь на прерывании конъюгации через определенные промежутки времени, можно определить порядок расположения генов на хромосоме бактерий — построить хромосомные карты бактерий (произвести картирование бактерий).
Донорской функцией обладают F+-клетки.
Построения генетической карты для бактерий
Интересный способ построения генетической карты для бактерий был использован Э.Вольманом и Ф.Жакобом . При конъюгации бактерий одноцепочечная молекула ДНК переходит из одной бактерии в другую, там она достраивается и замыкается в кольцо. При этом существуют штаммы бактерий-доноров - тех, которые передают свою ДНК, и штаммы бактерий-реципиентов - тех, которые ДНК получают (иногда говорят, что доноры - это "мужской пол" у бактерий, а реципиенты - "женский").
Вольман и Жакоб смешивали штаммы доноров и реципиентов кишечной палочки . Между бактериями начиналась конъюгация. А затем исследователи резко встряхивали пробирку с культурой бактерий, так что клетки конъюгирующих бактерий отделялись друг от друга, а молекула ДНК разрывалась. Такое встряхивание производили через разное время после начала конъюгации (через 5, 10, 20, 30, 40... мин). Если встряхивание производили раньше, чем через 8 мин после смешивания культур, в реципиентах вообще не обнаруживали чужой ДНК. Если пробирки встряхивали через 10 мин, т.е. в начале конъюгации, в бактерию-реципиента успевал проникнуть небольшой кусочек чужой ДНК; если через 20 мин, в реципиента успевало попасть примерно 20% молекулы ДНК и т.д. ( рис. 115 ). После этого изучали, какие чужие гены попадали в реципиента с кусочками ДНК разной длины. Так строили генетическую карту бактерии. К 1985 г. на генетическую карту кишечной палочки удалось нанести таким методом более 1000 генов.
Сходным образом можно получить генетические карты бактериофагов , которые "впрыскивают" свою ДНК в бактерию. Возможность составления карт показывает, что каждый ген имеет свое определенное место на хромосоме.
