Studiul bacteriilor a deschis o serie întreagă de fenomene care s-au luminat pe noile surse laterale ale variabilității ereditare și ale mecanismelor de transmitere ereditară.
Unul dintre primele succese în acest domeniu a fost descoperirea fenomenului de transformare în bacterii în 1928.
Exista mai multe tulpini de pneumococ Diplococcus pneumoniae: tulpina S - cu o capsulă de polizaharid și colonii netede și tulpina R - fără o capsulă și cu colonii aspre. Ambele semne sunt ereditare. șoarecii bacteriolog F. Griffiths injectat cu tulpina pneumococ a ucis termic având capsula (S), o tulpină de capsule lipsite vii pneumococ (R). După un timp, el a reușit să izoleze pneumococii vii din șoareci infectați, care au o capsulă. Astfel, se pare că proprietatea a ucis pneumococi - abilitatea de a forma o capsulă - a fost transferat la bacterii vii. Ca un semn al prezenței capsulei este ereditară, trebuie să se presupună că orice parte din substanța ereditară a tulpinii S de bacterii transferate la celulele unei tulpini de R. Dar cum sa putut întâmpla în cazul în care celulele tulpina S au fost uciși? Se poate presupune că în acest caz sa produs o mutație sau un fel de hibridizare între bacterii vii și morți. Prima explicație era cel mai probabil, dar contrar bunului simț, a doua explicație sa dovedit a fi mai aproape de adevăr.
În 1944, O. Avery și colegii săi au reușit să afle natura acestui fenomen misterios. Au luat aceleași tulpini - R și S. Înainte de începerea experimentelor cruciale, a fost studiată mutația spontană a ambelor forme. S-a constatat că forma S netedă, deși foarte rar, dar mutantă spontan în forma R, și forma R practic nu suferă deloc mutația în forma S, adică mutațiile apar aproape exclusiv într-o direcție: S → R. Dar, dacă forma R a fost plasată într-un extract din celulele S-formate, atunci frecvența modificărilor R → S a crescut de 10.000 de ori. Sa constatat că semnul unei tulpini (S) prin intermediul unei substanțe a extractului a fost transferat la o altă tulpină (R), adică la o schimbare ereditară dirijată. În plus, s-a efectuat o purificare profundă - izolarea acestei substanțe din extractul celulelor S-forme. Substanța a fost numită factor de transformare (TF), iar fenomenul însuși a fost numit transformare.
Factorul transformant în natura sa biochimică nu a fost decât acid deoxiribonucleic, care face parte din cromozomi. Sa constatat că are anumite proprietăți caracteristice. Acesta poate fi extras din celule, purificat, influențat in vitro de factori chimici și fizici, și apoi reintrodus în celule vii și studiat modificările cauzate de acesta.
Fenomenul de transformare a devenit unul dintre principalele dovezi ale rolului ADN-ului ca purtător al informațiilor ereditare. Acum, termenul „transformare“ se referă la un mod special de hibridizare a bacteriilor are loc în care includerea ADN-ului dintr-un genotip celular (donor) la un alt genotip celular (destinatar), conducând la recombinare a genelor. Cu alte cuvinte, transformarea reprezintă includerea substanței cromozomului donator în cromozomul receptor.
La început, erau sceptici în privința acestor studii. Dar, în curând, mulți cercetători au dat seama că nu numai că a deschis un nou fenomen, dar, de asemenea, una dintre cele mai noi metode de investigare a eredității. Studiile genetice și biochimice ulterioare au arătat că fenomenul de transformare este larg răspândită în bacterii. Este bine stabilit într-o largă varietate de specii și genuri de bacterii: Diplococcus, Staphyloccocus, Hemophilus, Neisseria, Agrobacterium, Rhizobium, Bacillus, Xantomonas.
Schemă de experiență care demonstrează fenomenul de transformare
Să presupunem că una din tulpinile pneumococice are sensibilitate ereditară la streptomicină (recipient). La însămânțarea celulelor sensibile pe un mediu de agar cu streptomicină, coloniile nu se dezvoltă. O altă tulpină este donatorul, rezistent la streptomicină, pe mediul înconjurător cu acesta din urmă se dezvoltă. După incubarea separată a acestor tulpini, ADN-ul este izolat din cultura donatoare, purificat din proteină și introdus în cultura recipientului. Unele celule ale receptorului sunt susceptibile la TF și includ ADN donor. Astfel de celule se numesc celule competente. După un timp de incubare în comun a pneumococilor sensibili la streptomicină cu ADN donator, aceștia sunt placați pe mediu de agar cu streptomicină. În acest caz, celulele receptoare care au absorbit TF cu gena de rezistență vor da colonii. Celulele din aceste colonii continuă să rămână rezistente la streptomicină pe o perioadă nedeterminată de timp. Această stabilitate a fost transmisă cu o parte din molecula ADN, unde s-au înregistrat informațiile ereditare privind rezistența la streptomicină. Dacă ADN-ul donator înainte de tratamentul în cultura destinatarului este tratat cu deoxiribonuclează, atunci TF nu transferă proprietățile ereditare ale donatorului.
Activitatea factorului de transformare a fost extrem de mare. Deci, transformarea Hemophilus se efectuează timp de 15 minute la 0,00015γ concentrației de ADN (γ = 10 -6 g) în 1 ml mediu. Utilizarea fosforului marcat (P 32) a arătat că nu toate ADN-ului donator inclus în genomul destinatarului și numai fragmente având o greutate moleculară de aproximativ 3 x 10 5. În același timp, sub acțiunea deoxiribonuclează enzimei (DNase), ruperea ADN-ului, Activitatea agentului de transformare scade la zero.
Transformările pot fi supuse diferitelor semne. La pneumococi, de exemplu, prezența proteinelor transformate in capsule de specificitate, mărimea și morfologia coloniilor, rezistența la antibiotice (penicilină și streptomicină), capacitatea anumitor substanțe la oxidare etc ..
De regulă, anumite proprietăți sunt transformate, dar uneori mai multe caracteristici sunt simultan într-o stare concatenată. Și J. R. Hotchkiss. Marmur folosind ADN izolat din tulpina pneumococ rezistente la streptomicină și capabil să fermenteze manitol, transformat cu ambele aceste proprietăți alte tulpini de pneumococ nu le posedă. transmiterea simultană a ambelor trăsături de la donator la receptor a avut loc în 50 de ori mai mult decât era de așteptat, în cazul în care transformarea a fost efectuată pe ambele motive independent. Verificarea suplimentară a arătat că, în exemplul examinat, există un transfer concatenat al ambelor caracteristici.
De regulă, este posibilă transformarea între diferite specii ale aceleiași specii, dar recent sa demonstrat posibilitatea transformării inter-specie. În acest caz, donatorul factorului de transformare a fost specia Hemophilus parainfluenzae sau H. aegypti, iar recipientul a fost H. influenzae. O caracteristică caracteristică a transformării inter-specie a fost frecvența redusă a implementării sale în comparație cu intraspeciele.
La studierea acțiunii mutagenilor asupra ADN care posedă activitate de transformare, au fost găsite diferite sensibilități la mutageni ai factorilor ereditare individuali ai acestui factor de transformare. De exemplu, iradierea cu ultraviolete în mod semnificativ mai des inactivază factorul care determină forma capsulei în pneumococi decât factorul responsabil pentru rezistența la streptomicină.
Astfel, transformarea asigură recombinarea genetică în bacterii. Aceasta poate fi semnificația ei pentru evoluția organismelor bacteriene. Descoperirea transformării și studierea naturii biochimice a factorului transformator au fost argumente grele în favoarea rolului genetic al ADN-ului ca purtător de materiale al informațiilor ereditare.
După descoperirea fenomenului de transformare în bacterii, s-au făcut încercări de a detecta acest fenomen la animalele mai mari. După ce au primit extracte de ADN din anumite țesuturi ale unui organism dintr-un genotip, au fost injectate în altul, în speranța că ADN-ul specific al donatorului ar provoca o schimbare ereditară direcțională în ADN-ul celulelor sexuale reproductive. Deși s-au făcut mai multe încercări interesante în acest sens, convingerea faptelor de transformare în organismele superioare este încă necunoscută. Cu toate acestea, în principiu, punerea în aplicare a transformării pe celulele somatice de animale și de oameni este foarte posibilă. Astfel, se demonstrează că celulele din cultura de țesut pot asimila, includ ADN marcat din mediu. Poate că metoda culturilor de țesuturi va deschide noi perspective de cercetare în acest domeniu.
Distribuiți un link cu prietenii
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: