АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Нуклеиновые кислоты - наследственный материал вирусов

Генетические исследования бактериофагов начались много раньше, чем бактерий (отчасти вследствие проницательности Мёллера), и в 1952 г. удалось показать, что наследственным веществом фага Т2 является ДНК. Это открытие было встречено с большим воодушевлением и привлекло внимание к работам, выполненным на пневмококках за несколько лет до этого. Бактериофаг Т2 - один из наиболее тщательно исследованных фагов Е. coli. Этот вирус содержит ДНК, заключенную в белковую оболочку. В 1952 г. Альфред Херши и Марта Чейз выяснили роль каждого из этих двух компонентов в формировании потомства фага.

4. Природа генетического материала 97

Лишь белковая составляющая Т2 содержит серу (в составе аминокислот метионина и цистеина). Фаг Т2 размножали на бактериях, культивируемых в среде с радиоактивным изотопом ³⁵S, в результате чего белок фага был помечен этим изотопом. По меньшей мере 99% всего фосфора в фаге Т2 приходится на ДНК, ее пометили радиоактивным изотопом ³²Р. Эти радиоактивные метки позволяли проследить пути белка и ДНК фага Т2 при инфекции.

Инфекционный процесс начинается с прикрепления фага к бактериальной клетке (рис. 4.6). Этот этап можно наблюдать в электронный микроскоп; результаты наблюдений подтверждаются тем, что при центрифугировании клеток на данной стадии инфекции фаги, содержащие как ³⁵S, так и ³²Р, осаждаются вместе с бактериями. Херши и Чейз обнаружили, что вскоре после инфицирования большую часть меченного ³⁵S белка можно отделить от бактериальных клеток, активно перемешивая и встряхивая культуру на мешалке; однако большая часть меченной ³²Р ДНК не отделяется при этом от бактериальных клеток, поскольку, вероятно, оказывается в этом время уже внутри их. Устранение из культуры пустых белковых оболочек фага, так называемых «теней», не влияет на дальнейшие события: бактерии лизируются, и из них выходит потомство фага точно так же, как в том случае, когда тени остаются прикрепленными к клеткам (рис. 4.6). Из этого опыта Херши и Чейз сделали вывод, что для образования копий фага в зараженной бактериальной клетке существенна лишь ДНК родительского фага, хотя сами копии содержат как ДНК, так и белок. Таким образом, было высказано предположение, что белковый компонент фага лишь защищает ДНК от расщепляющих ферментов и обеспечивает попадание ДНК в бактериальную клетку, тогда как ДНК представляет собой собственно вещество наследственности.

Эксперимент Херши-Чейза свидетельствовал о важной генетической роли ДНК. Существуют две причины, по которым именно этот эксперимент был сразу признан в качестве решающего доказательства генетической роли ДНК, тогда как эксперименты Эвери, Мак-Леода и МакКарти по трансформации пневмококков не обратили на себя такого внимания. Во-первых, эксперимент был поставлен на бактериофаге, относительно которого было хорошо известно, что по характеру наследования признаков он аналогичен высшим организмам; на фаге Т2 было продемонстрировано существование мутаций и, так же как у высших организмов, описана рекомбинация мутантных генов. Во-вторых, проводившиеся между 1944 и 1952 годами химические исследования состава ДНК многих различных организмов опровергли широко распространенное ранее представление о ДНК как о простом полимере, в котором один тетрануклеотид многократно повторяется во всех молекулах. Эти исследования обнаружили, что ДНК обладает достаточной химической сложностью, чтобы служить веществом наследственности.

Опыты, проведенные на вирусе табачной мозаики (ВТМ), прямо показали, что белки вируса не играют генетической роли при заражении растений. Это послужило дополнительным аргументом в пользу того, что наследственным веществом вирусов служит нуклеиновая кислота, а не белковая составляющая. Подобно большинству вирусов растений, ВТМ (см. рис. 1.1) состоит из белка и рибонуклеиновой кислоты (РНК). РНК по химической структуре близка к ДНК, как мы увидим в следующем разделе. Каждая частица вируса содержит молекулу РНК, состоя-

98 Организация и передача генетического материала

Рис. 4.6. А. Схема опыта ХершиЧейза, показавшего, что компонентом, ответственным за образование потомства фага Т2 в зараженной фагом клетке, является ДНК фага. Б. Судьбу ДНК фага Т2 можно проследить, измеряя радиоактивность. Изотоп фосфора 32Р, который служит меткой ДНК, остается связанным с зараженной клеткой, тогда как белок фага, меченный радиоактивной серой 35S, может быть удален с поверхности инфицированной клетки; при этом инфекционный процесс не прервется.

4. Природа генетического материала 99

Рис. 4.7. Разделение (деградация) частиц вируса табачной мозаики на РНК и белковые субъединицы. Из РНК одного штамма и белковых субъединиц другого могут быть сконструированы гибридные вирусные частицы. При заражении растительных клеток гибридным фагом РНК и белок потомства гибридного фага полностью определяются его РНК. Особенности белка гибридного ВТМ не наследуются его потомством.

щую примерно из 6400 нуклеотидов, заключенную в белковую оболочку. Белковая оболочка состоит из примерно 2130 одинаковых субъединиц, каждая из которых представляет собой полипептидную цепь из 158 аминокислот, расположенных в определенной последовательности.

Существуют химические методы, позволяющие разделить РНК и белок вируса (рис. 4.7). Обычно очищенный препарат РНК ВТМ сохраняет не более 0,1% инфицирующей активности препарата интактного (неповрежденного) вируса. Однако при надлежащих условиях вирус можно в лабораторных условиях реконструировать из смеси очищенного белка. Субъединицы белка соединяются друг с другом и с РНК, образуя интактный вирус с нормальной способностью к инфекции.

Известно множество разновидностей ВТМ, отличающихся по кругу растений-хозяев и по вирулентности на различных растениях. Между ними существуют заметные различия и в аминокислотном составе белков. Например, в белковой оболочке ВТМ стандартного штамма отсутствуют гистидин и метионин, тогда как в вирусах штамма HR эти аминокислоты содержатся. Были проделаны эксперименты по реконструкции гибридных вирусов из очищенного белка HR и очищенной РНК стандартного штамма. Такие вирусы обладали нормальной инфекционностью. Когда же этими вирусами заражали растения, то состав белко-

100 Организация и передача генетического материала

вой оболочки потомства гибридных вирусов совпадал с составом белков штамма, из которого была взята РНК. Состав белковой оболочки гибридного вируса не наследовался; потомство таких вирусов имело белковые оболочки, состав которых определялся исключительно РНК. Оказалось, что лишь РНК обладает функциями, необходимыми для наследственной передачи этого признака (рис. 4.7).

Неопровержимым доказательством того, что носителем наследственных свойств вирусов служат именно нуклеиновые кислоты, можно считать демонстрацию инфекционных свойств очищенной нуклеиновой кислоты. Как уже указывалось, очищенная РНК ВТМ обладает слабой инфекционностью. Этот факт сначала объясняли тем, что в составе очищенного препарата РНК могло сохраниться некоторое количество интактных вирусов. Однако дальнейшие исследования показали, что инфекционность препаратов РНК ВТМ разрушается в результате обработки очищенным ферментом поджелудочной железы млекопитающих, называемым рибонуклеазой. Этот фермент гидролизует незащищенную РНК, но не влияет на инфекционность интактных частиц ВТМ. Пониженная способность к инфекции препаратов РНК ВТМ по сравнению с интактными вирусами объясняется отсутствием белковой оболочки, защищающей РНК от гидролиза. Рибонуклеазы растения разрушают большую часть РНК до того, как они проникают в клетку. Однако тщательные исследования показали, что одна-единственная молекула РНК интактного вируса способна заразить растительную клетку и привести к образованию полноценных частиц ВТМ.

Впоследствии было показано, что очищенная ДНК некоторых фагов, из которых наиболее известны фХ174 и λ, может заражать бактерии и в отсутствие белковой оболочки. Свободным молекулам ДНК нелегко проникнуть через клеточную стенку. Однако, обрабатывая бактерии Е. coli определенным ферментом, а именно лизоцимом яичного белка, можно сделать их клеточную стенку проницаемой. Бактериальные клетки, стенки которых обработаны таким способом, называются сферопластами (из-за сферической формы, которую приобретают бактерии в результате такой обработки). Сферопласты не Способны к нормальному росту, однако они могут быть инфицированы молекулами ДНК, выделенной из фагов фХ174 и λ, и производить полноценные фаговые частицы. Такие эксперименты показывают, что именно ДНК, а не белок является наследственным материалом бактериофагов.

Таким образом, уже в результате первых исследований стало ясно, что именно нуклеиновые кислоты являются носителем наследственности во всех организмах. Два типа нуклеиновых кислот-ДНК и РНК-выполняют генетические функции во всех прокариотических и эукариотических клетках. Однако вирусы содержат лишь тот или иной тип нуклеиновых кислот.

Дата добавления: 2015-12-16 | Просмотры: 774 | Нарушение авторских прав