трансформация

ТРАНСФОРМАЦИЯ (от лат. transformatio — превращение)

в молекулярной генетике, изменение наследственных свойств клеток в результате проникновения в них чужеродной ДНК.

В результате Т. клетка-реципиент может приобрести и устойчиво передавать своим потомкам признак, ранее у нее отсутствующий, но имеющийся у клетки донора (напр., ген устойчивости к антибиотикам).

Т. у мн. бактерий (пневмококки, стрептококки, гемофильные бактерии, бациллы)-естественный процесс, происходящий в прир. популяциях. При этом клетки, способные поглощать и включать в свою хромосому чужеродную ДНК, находятся в состоянии т. наз. компетентности (готовности), наступающем в определенный период жизненного цикла (конец фазы роста). Развитие компетентности может идти по "каскадному" типу: клетки, ставшие компетентными, выделяют в среду низкомол. белок (т. наз. фактор компетентности), который, адсорбируясь на др. клетках, делает их также компетентными.

Механизм Т. включает необратимую адсорбцию ДНК клетки-донора (напр., выделяемую в среду в результате лизиса клеток) на поверхности клетки-реципиента. Хорошо адсорбируется лишь ДНК, имеющая мол. массу не менее 300 тыс. У большинства бактерий адсорбироваться может ДНК любого происхождения. У гемофильных бактерий адсорбируются лишь такие фрагменты ДНК, которые несут специфич. последовательности из 11 пар нуклеотидов, характерных лишь для ДНК таких бактерий. Видоспецифич. адсорбция характерна также для гонококков. Адсорбция осуществляется на спец. рецепторах, где ДНК связывается с особыми белками и "втягивается" в клетку. При этом одна из нитей ДНК разрушается благодаря нуклеазной активности связывающих ДНК белков, и в клетку поступает уже однонитевая ДНК. Она тут же обволакивается молекулами белков, которые защищают ДНК от клеточных экзонуклеаз и способствуют ее контакту с хромосомой, а затем рекомбинации с ней. На этом процесс Т. завершается.

ДНК можно ввести в бактерии также искусственно. Для этого, напр., бактерии кишечной группы (для них естественная Т. не характерна) охлаждают и обрабатывают растворами CaCl₂ или RbCl либо подвергают замораживанию при низких температурах с последующим оттаиванием. Клетки при этом становятся проницаемыми для ДНК, однако механизм Т. в этом случае совершенно иной, чем описанный выше.

В бактерии посредством Т. можно ввести также ДНК плазмид. Конечным результатом этого является возникновение клетки, несущей чужеродную плазмиду в автономном состоянии или включенную в состав хромосомы. Механизм проникновения в клетку плазмидной ДНК такой же, как и хромосомной. Однако возникновение однонитевой ДНК и др. процессы, сопутствующие поглощению, настолько "уродуют" плазмиды, что вероятность правильного восстановления кольцевой реплицирующейся формы низка (Т. клетки мономерными формами плазмид не эффективна). Поэтому употребляют мультимерные (состоящие из неск. плазмид) формы или плазмиды с прямыми повторами нуклеотидов, отчего шансы на "сборку" полноценной плазмиды повышаются.

С помощью плазмид можно также осуществить Т. протопластов (клетки с удаленной клеточной стенкой), которые затем регенерируют в полноценные клетки. ДНК, проникая в них, почти не повреждается и остается двунитевой. Плаз-мидная Т. во многом близка к т. наз. трансфекции, когда бактерии поглощают ДНК фага (вирус бактерий), предварительно выделенную из фаговых частиц. Эта ДНК в бактерии кодирует образование новых частиц фага, которые разрушают затем бактериальную клетку и выходят наружу.

Т. у дрожжей м. б. осуществлена только искусственным путем. Для этой цели используют протопласты или обрабатывают клетки солями щелочных металлов. ДНК проникает в дрожжевые протопласты также под действием электрич. разрядов (т. наз. электропорация).

Т. клеток млекопитающих осуществима только искусственно в результате микроинъекций чужеродной ДНК в ядра эмбрионов, соматич. клеток или путем поглощения ДНК клетками в культуре тканей. Чаще всего ДНК добавляют к смеси раствора CaCl₂ и фосфатного буфера; образуется мелкодисперсный осадок, который адсорбируется и поглощается клетками. Возможно также введение ДНК в липосоме или путем использования в качестве переносчика ДНК-содержащего умеренного вируса с включением в его геном фрагментов ДНК животных.

Клетки растений не способны поглощать ДНК. При Т. клеток двудольных растений используют регенерирующие протопласты, поглощающие свободную ДНК и ДНК, заключенную в липосомы. Регенерирующие трансформированные протопласты образуют т. наз. каллусную ткань, из которой затем формируется растение. Др. способом введения чужеродной ДНК в геном таких растит. клеток является естественное заражение их бактерией Agrobacterium tume-faciens, несущей Ti- или Ri-плазмиды. Эта бактерия способна проникать в интактные растит. клетки, и освобождающиеся затем плазмиды встраиваются в геном. У однодольных растений эти плазмиды не функционируют в клетке, для их Т. прибегать к прямому переносу ДНК в протопласты, используя электропорацию. Т. растений можно осуществлять также путем "выстрела" в клетку ускоренными частицами вольфрама или золота, на которые предварительно нанесена ДНК.

Т. используют в генетической инженерии для введения в клетку генов, несущих заданную информацию.

Т. впервые была открыта в 1928 Ф. Гриффитом. В 1944 О. Эвери с сотрудниками показал, что превращение некоторых непатогенных бактерий в патогенные осуществляется в результате переноса в геном первых ДНК, высвобождающейся из клеток вирулентных штаммов.

^{Лит.: Кожина Т. И., Захаров И. А., "Успехи современной биологии", 1987, т. 104, в. 1(4), с. 3–21; Прозоров А. А., Трансформация у бактерий, М., 1988; Sybenga J., "Theor. Appl. Genet.", 1983, v. 66, № 3–4, p. 179–201; Kucherlopati R., Skoultchi A. I., "CRC critical rev. biochem.", 1984, v. 16, № 4, p. 349–79.}

_{А. А. Прозоров}