АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

ДНК - трансформирующий фактор пневмококка

В наши дни общеизвестно, что дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) - носитель наследственности у всех прокариот и эукариот. Впервые это было показано в исследованиях на бактериях пневмококках. Некоторые линии (штаммы) этого микроорганизма вызывают воспаление легких у млекопитающих. Бактерии патогенных штаммов синтезируют полисахаридную капсулу, слизистая поверхность которой защищает бактериальную клетку от фагоцитов иммунной системы зараженного животного. Штаммы пневмококков можно отличить друг от друга по антителам, продуцируемым животными в ответ на попадание в их организм различных полисахаридов и белков соответствующей линии бактерий. Именно по антителам на капсулярные полисахариды различают патогенные штаммы; их обозначают как тип I, тип II, тип III и т.д.

Патогенные штаммы, выращиваемые на твердой питательной среде в лаборатории, образуют блестящие гладкие колонии; такую морфологию колонии имеют из-за синтезируемых бактериями слизистых оболочек. Иногда возникают мутантные клетки, утратившие способность к ферментативной активности, необходимой для синтеза слизистой оболочки. Эти мутантные клетки образуют колонии с шероховатой поверхностью; они в отличие от родительских клеток S обозначаются буквой R (рис. 4.3). R-штаммы размножаются так же успешно, как и штаммы S, причем иногда происходят обратные мутации, восстанавливающие способность к синтезу слизистой оболочки. Тип капсулярных полисахаридов, синтезируемых в ревертантах, всегда совпадает с типом полисахаридов исходного родительского штамма: IIS⇆IIR, IIIS ⇆ IIIR и т.д. Следовательно, различные R-штаммы нетождественны: каждый из них соответствует родительскому штамму S.

Рис. 4.3. Колонии пневмококков, растущие на питательной среде. Маленькие колонии принадлежат бактериям типа IIR, а большие блестящие колонии - трансформированному типу IIIS. (Prof. Maclyn McCarty, Rockfeller University.)

94 Организация и передача генетического материала

Бактерии R-штаммов непатогенны. Когда такие клетки попадают в организм животного, например мыши, то такая мышь обычно переносит заражение, вырабатывая антитела, ведущие к фагоцитозу и гибели бактериальных клеток. Однако мышь, зараженная бактериями S-штамма, неизбежно гибнет от воспаления легких, поскольку эти бактерии покрыты синтезируемой ими слизистой оболочкой. В 1928 г. Фредерик Гриффит показал, что если мыши ввести пневмококки штамма IIR вместе с убитыми нагреванием клетками типа IIIS, то мыши погибают от инфекции, которая, как показывает вскрытие, вызывается клетками типа IIIS. Контрольные эксперименты показали, что порознь ни инъекция клеток IIR, ни инъекция убитых нагреванием клеток IIIS не ведет к гибели мышей. Тот факт, что вызывающие инфекцию клетки синтезировали слизистую оболочку типа III, а не типа II, свидетельствовал о том, что эти клетки не могли возникнуть в результате обратной мутации в клетках штамма IIR (IIR ⇆ IIS). Гриффит пришел к заключению, что непатогенные клетки штамма IIR могут трансформироваться в патогенные убитыми нагреванием клетками штамма IIIS. Оказалось, что слишком высокая температура разрушает трансформирующий фактор, а слишком низкая температура не нарушает активность фермента, разрушающего трансформирующий фактор, и, следовательно, тоже подавляет трансформацию. Было показано, что при температуре 65°С уже прекращается ферментативная активность, но еще сохраняется активность трансформирующего фактора.

Впоследствии другие исследователи обнаружили, что трансформация непатогенных штаммов пневмококка в патогенные может осуществляться и в лабораторной культуре клеток. Изредка возникающие трансформированные клетки легко отделить от нетрансформированных, поскольку они не агглютинируются сывороткой, содержащей антитела против клеток типа IIR. Агглютинировавшие клетки IIR осаждаются хлопьями на дно культурального сосуда, тогда как трансформированные клетки не слипаются, а свободно размножаются, образуя мутную суспензию клеток IIIS (рис. 4.4). Развитие такого метода выделения трансформированных клеток in vitro («в пробирке») дало важное преимущество, поскольку позволило исследовать природу трансформирующего фактора убитых нагреванием клеток IIIS непосредственно, не вводя их мышам и не дожидаясь гибели последних.

Освальд Эвери, Колин Мак-Леод и Маклин Мак-Карти использовали этот метод для определения вещества, ответственного за трансформирующую активность убитых нагреванием клеток IIIS. Результаты их исследований, опубликованные в 1944 г., показали, что трансформирующим фактором служит дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Когда в растущую культуру клеток IIR добавляли очищенную ДНК пневмококка IIIS, этого оказывалось достаточно для того, чтобы у некоторых клеток типа IIR возникла способность синтезировать капсулярный полисахарид, характерный для клеток типа IIIS. Затем Эвери и его соавторы показали, что трансформирующий фактор может быть разрушен ферментами, расщепляющими ДНК (дезоксирибонуклеазами). Из этих экспериментов также следовало, что клетки типа IIR, полученные в результате вызванной ДНК трансформации из клеток IIIS, могут передавать приобретенную способность к биосинтезу определенного полисахарида своему потомству.

Таким образом, это новое свойство, полученное вместе с ДНК дру-

4. Природа генетического материала 95

Рис. 4.4. Постановка эксперимента по определению природы трансформирующего агента. Активный фактор, содержащийся в убитых высокой температурой клетках IIIS, может быть выделен в чистом виде при фракционировании содержимого клетки. Оказалось, что трансформирующим фактором является вязкая нативная ДНК пневмококка.

гой линии клеток, становится наследственным свойством трансформированной клетки, как до того оно было наследственным свойством линии, из которой была получена ДНК. Следует подчеркнуть, что химический состав ДНК совершенно отличен от полисахарида, образующего слизистую оболочку, синтезируемую клетками линии IIIS; это означает, что трансформирующий фактор не является полисахаридом, влияющим на фенотипическое проявление слизистой оболочки. Эвери, Мак-Леод и Мак-Карти впервые показали, что наследственная способность клетки осуществлять определенную биосинтетическую функцию может передаваться другой клетке вместе с очищенной ДНК. Это открытие можно назвать выдающимся. В дальнейших исследованиях механизма трансформации было продемонстрировано, что фрагменты ДНК (в том числе содержащие ген, ответственный за синтез полисахарида) из убитых высокой температурой клеток попадают в R-клетки и посредством рекомбинации включаются в их ДНК (рис. 4.5).

Фундаментальное значение этого открытия, однако, не было вполне оценено сразу по трем причинам. Во-первых, знания о химической структуре ДНК были неполными и неправильно интерпретировались: считалось, что ДНК - соединение, химически недостаточно сложноорганизованное для того, чтобы содержать огромное количество информации, необходимой для управления развитием растений или животных. Во-вторых, многие ученые полагали, что химической основой генов служат белки, относительно которых было известно, что они устроены сложно. Наконец, изучение основ наследственности бактерий в 1944 г. только начиналось, и еще не было четко установлено, что бактерии

96 Организация и передача генетического материала

Рис. 4.5. Трансформация клеток IIR требует проникновения в эти клетки ДНК клеток типа IIIS и включения ДНК в хромосомы клеток IIR. Действие гена проявляется в синтезе клетками IIR полисахаридной оболочки, характерной для клеток типа IIIS. Этот ген передается потомству, составляя часть наследственной информации трансформированных клеток IIR.

обладают генами, во всех отношениях аналогичными генам, изучавшимся на высших организмах. Не было твердо установлено, что появление R-клеток и их обратное превращение в S-клетки происходит в результате мутаций. Может быть, ДНК и является наследственным веществом бактерий, но какое вещество играет ту же роль у высших организмов, для которых известно существование генов?

Дата добавления: 2015-12-16 | Просмотры: 717 | Нарушение авторских прав