Продолжим погружение в захватывающий мир генетики бактерий. Если вы пропустили прошлую статью, рекомендую начать с нее и узнать, что такое плазмиды. Потому что сегодня речь пойдет об обмене этими самыми плазмидами, то есть о конъюгации у бактерий. Конъюгация — однонаправленный перенос части генетического материала (плазмид или бактериальной хромосомы) от клетки-донора к клетке-реципиенту при непосредственном контакте двух бактериальных клеток. Посредством конъюгации бактерии обмениваются генетическим материалом, поддерживая своё генетическое разнообразие.
⠀
Открыт этот чудесный процесс в 1946 году Джошуа Ледербергом и Эдвардом Татумом. Они взяли несколько штаммов кишечной палочки, каждый из которых был привередлив по-своему — не мог расти на питательной среде без определённого вещества в ней. Смешали, но не взбалтывали эти штаммы, дали им чуть-чуть порасти в среде со всеми питательными элементами и компонентами. А затем произвели высев на среду с очень бедненьким составом. Когда на чашках появились колонии, исследователи заключили, что бактерии обменялись генами и перестали быть пищевыми «инвалидами».
Однако Ледерберг и Татум не доказали, что ДНК передавалась между бактериями при непосредственном физическом контакте. Это удалось сделать Бернанду Дэвису в 1950 году. Он сконструировал U-образную трубку, разделенную напополам перегородкой, через которую могла проходить среда, но не бактериальные клетки. Далее Дэвис инкубировал в трубке несколько таких же, как и в первом опыте, «привередливых» штаммов, сильно перемешивая среду. После высеивания клеток на бедную по составу среду колоний не появилось. Таким образом, было показано, что для обмена ДНК, открытого Ледербергом и Татумом, был необходим физический контакт двух клеток.
⠀
У кишечной палочки и других грамотрицательных бактерий физический контакт между двумя клетками обеспечивается половыми пилями — полыми белковыми структурами на поверхности клеток. Половые пили бывают разные: бывают длинные, тонкие и гибкие, а бывают короткие, толстые и жесткие. Пили взаимодействуют с рецепторами на поверхности клетки-реципиента, за счёт чего конъюгирующие клетки образуют пару.
⠀
Далее происходит перенос генетического материала, но этот перенос — гораздо более запутанный процесс, чем может показаться на первый взгляд. Не просто пропихнули плазмиду по «перешейку» — и готово. Нет, кольцевая плазмида разрывается, затем она расплетается из двухцепочечной в одинарную. Одна цепочечка уходит реципиенту, вторая остается у донора и сразу достраивается назад до двойной. Одноцепочечная ДНК, перенесенная в клетку-реципиент, также достраивается до двуцепочечной. Таким образом, конъюгация является репликативным процессом и, строго говоря, передается не сама плазмида, а ее копия.
⠀
Описанный выше механизм конъюгации относится к грамотрицательным бактериям. Вместе с тем к конъюгации способны многие грамположительные бактерии, от Streptomyces до Enterococcus. В силу особенностей строения клеточной стенки (толстый слой пептидогликана) в конъюгации у грамположительных бактерий не задействованы пили. Они решают вопрос благодаря секреции феромонов пептидной природы. Любопытно, что феромоны выделяют реципиенты генетического материала, а не наоборот. Дамы приглашают кавалеров на геномный танец.
