ДНК импорт и экспорт

Поговорим в деталях о каждой из систем молекулярной генетической инженерии, перечисленных в предыдущем разделе. Остановимся сегодня на ДНК импорте и экспорте.

---

ДНК импорт и экспорт были обнаружены на заре молекулярной биологии. Первое экспериментальное свидетельство того, что ДНК является переносчиком наследственности, было сделано Освальдом Эвери (Oswald Avery) и его коллегами [1]. Он показал, что ДНК является химической основой «трансформирующего начала», обнаруженного Фредериком Гриффитом (Frederick Griffith) в 1928 году [2]. ДНК передает вирулентные свойства мертвых пневмококков живым бактериям того же вида. Одним из примеров активного (то есть с затратой энергии) ДНК импорта служит конъюгация [3].

Одно и то же молекулярное устройство используется для импорта ДНК из внеклеточного пространства и для экспорта в другие бактериальные клетки [4]. Та же самая система может передавать ДНК от бактерий к клеткам других организмов: грибов, растений и животных. Передача ДНК от бактерий к дрожжам и животным происходит только в специальных контролируемых условиях [5], но перенос в растения является частью естественного цикла, например, Agrobacterium tumerfaciens (буквально «вызывающая опухоль почвенная бактерия») и других [6]. Такие бактерии переносят свою ДНК в ядра клеток растений, где бактериальная ДНК вызвает появление опухолей, которые способствуют росту бактериальной колонии. Мы увидим далее, как системы ДНК импорта и экспорта играли важную эволюционную роль для прокариот и эукариот.

 

Словарь

Вирулентный — болезнетворный.
Пневмококк — Streptococcus pneumoniae, вид бактерий.
Археи — домен живых организмов (наряду с бактериями и эукариотами), не имеют ядра (то есть прокариоты).
Конъюгация — направленный перенос части генетического материала (плазмиды) из одной бактериальной клетки в другую при непосредственной близости двух клеток.

 

Литература

[1] Освальд Эвери:

• Avery O.T., MacLeod C.M., McCarty M. Studies on the chemical nature of the substance inducing transformation of Pneumococcal types: Induction of transformation by a desoxyribonucleic acid fraction isolated from Pneumococcus Type III. J Exp Med 79, 137–158 (1944).

[2] Фред Гриффит:

• Griffith F. The significance of Pneumococcal Types. J Hyg (Lond) 27, 113–59 (1928).

[3] Конъюгация:

• Hayes W. The Genetics of Bacteria and Their Viruses (2nd ed), (Blackwell, London, 1968).

[4] Система импорта и экспорта ДНК у бактерий:

• Juhas M., Crook D.W. and Hood D.W. Type IV secretion systems: tools of bacterial horizontal gene transfer and virulence. Cell Microbiol 10, 2377–86 (2008).
• Cascales E. and Christie P.J. The versatile bacterial type IV secretion systems. Nat Rev Microbiol 1, 137–49 (2003).

[5] Перенос бактериальной ДНК в клетки животных и грибов:

• Heinemann J.A. and Sprague G.F. Jr. Bacterial conjugative plasmids mobilize DNA transfer between bacteria and yeast. Nature 340, 205–9 (1989).
• Waters V.L. Conjugation between bacterial and mammalian cells. Nat Genet 29, 375–6 (2001).

[6] Перенос ДНК из бактерий в растения:

• Zupan J., Muth T.R., Draper O. and Zambryski P. The transfer of DNA from Agrobacterium tumerfaciens into plants: a feast of fundamental insights.
• Gelvin S.B. Agrobacterium-mediated plant transformation: the biology behind the “gene-jockeying” tool. Microbiol Mol Biol Rev 67, 16–37 (2003).