Бактериялардың миграциялық генетикалық элементтері. Прокариоттардың жылжымалы генетикалық элементтері: қаңғыбастар мен үйде отыратындар «қоғамының» стратификациясы. Бактериялардағы мутациялар
Алып күкірт бактериясының геномын ретке келтіру әрекеттері Ahromatium oxaliferumпарадоксалды нәтиже берді: әрбір бактерия жасушасында бір емес, көптеген әртүрлі геномдар болатыны анықталды. Жасушаішілік генетикалық әртүрлілік деңгейі A. oxaliferumкөптүрлі бактериялар қауымдастығының әртүрлілігімен салыстыруға болады. Шамасы, әртүрлі хромосомалар цитоплазманың әртүрлі бөліктерінде көбейеді, ол үлкен кальцит қосындылары арқылы көптеген әлсіз байланысатын бөлімдерге (бөлімшелерге) бөлінеді. Ішкі генетикалық әртүрлілікті сақтауда гендердің хромосомадан хромосомаға ауысуын жеңілдететін көптеген жылжымалы генетикалық элементтер маңызды рөл атқарады. Жаңалықтың авторлары осылай деп болжайды табиғи іріктеубұл бірегей организмде ол жасушалар деңгейінде емес, бір алып жасушаның ішіндегі жеке бөлімдер деңгейінде болады.
1 Жұмбақ бактериялар
Күкірттің алып бактериясы Ahromatium oxaliferum 19 ғасырда ашылған, бірақ оның биологиясы әлі күнге дейін жұмбақ күйінде қалып отыр - негізінен ахроматийді зертханада өсіру мүмкін емес. Ахроматий жасушаларының ұзындығы 0,125 мм-ге дейін болуы мүмкін, бұл оны тұщы су бактерияларының ең үлкені етеді (теңіздерде одан да үлкен күкірт бактериялары бар, мысалы Тиомаргарита, жаңалықтарда сипатталған ең көне прекембрий эмбриондары бактерия болып шықты? , «Элементтер», 15.01.2007).
Ahromatium oxaliferumтұщы көлдердің түбіндегі шөгінділерде өмір сүреді, онда әдетте оттегі мен аноксик аймақтардың шекарасында кездеседі, сонымен қатар толық аноксиктік қабаттарға енеді. Ахроматийдің басқа сорттары (немесе түрлері) минералды бұлақтарда және батпақтардың тұзды шөгінділерінде өмір сүреді.
Ахроматий өз энергиясын күкіртті сутекті, алдымен күкіртке (цитоплазмада түйіршіктер түрінде сақталады), содан кейін сульфаттарға дейін тотықтыру арқылы алады. Ол түзетуге қабілетті бейорганикалық көміртек, бірақ сіңіре алады органикалық қосылыстар. Ол тек автотрофты метаболизмді басқара алады ма, әлде органикалық азықтандыру қажет пе, белгісіз.
Ахроматийдің бірегей ерекшелігі оның жасушаларында коллоидты кальциттің көптеген ірі қосындыларының болуы болып табылады (1-сурет). Неліктен бактерияларға бұл қажет және кальций карбонаты оның метаболизмінде қандай рөл атқаратыны нақты белгісіз, дегенмен ақылға қонымды болжамдар бар (В. Салман және т.б., 2015. Тұқымның кальцит жинақтаушы үлкен күкірт бактериялары. АхроматийСиппевиссетт тұзды батпақтарында).
Ахроматийдің цитоплазмасы кальцит түйіршіктері арасындағы саңылауларға жиналады, олар шын мәнінде оны көптеген байланыс бөлімдеріне (бөлімшелерге) бөледі. Бөлімшелер толығымен оқшауланбағанымен, олардың арасындағы зат алмасу қиынға соғады, әсіресе прокариоттардың эукариоттарға қарағанда белсенді жасушаішілік тасымалдау жүйелері әлдеқайда әлсіз болғандықтан.
Ал енді кальцит түйіршіктері ахроматийдің жалғыз ерекше қасиеті емес екені белгілі болды. Және тіпті ең таңқаларлық емес. Журналда жарияланған мақалада Табиғат коммуникациялары, неміс және британдық биологтар жеке жасушалардың геномдарын оқу әрекеттерінің парадоксальды нәтижелерін хабарлады A. oxaliferumГерманияның солтүстік-шығысындағы Штехлин көлінің төменгі шөгінділерінен. Бұл нәтижелердің ерекше болғаны сонша, оларға сену қиын, дегенмен олардың сенімділігіне күмәндануға негіз жоқ сияқты: жұмыс әдістемелік тұрғыдан өте мұқият жүргізілді.
2. Полиплоидияны растау
Ахроматий, жоғарыда айтылғандай, өсірілмейтін бактерияларға қатысты болса да, бұл ыңғайсыздық жасушалардың үлкен мөлшерімен ішінара өтеледі. Олар тіпті төмен үлкейту кезінде де жарық микроскопында анық көрінеді және оларды төменгі шөгінділердің үлгілерінен қолмен алуға болады (бұрын үлкен бөлшектерді жою үшін сүзгіден өткен). Авторлар зерттеу үшін материалды осылай жинаған. Жасушалар A. oxaliferumорганикалық жабынмен жабылған, оның бетінде әртүрлі коабитанттар - ұсақ бактериялар толып жатыр. Үлгілердегі бөгде ДНҚ үлесін азайту үшін осы қатар жүретін микробиотаның барлығы таңдалған жасушалардан мұқият жуылды.
Біріншіден, зерттеушілер жасушада қанша генетикалық материал бар екенін және оның қалай таралатынын түсіну үшін ахроматий жасушаларын ДНҚ үшін арнайы флуоресцентті бояумен бояды. ДНҚ молекулалары цитоплазманың кез келген аймағымен шектелмей, кальцит түйіршіктері арасындағы саңылауларда көптеген (орта есеппен әрбір жасушаға 200-ге жуық) жергілікті жинақтаулар түзетіні анықталды (1, б, г-сурет).
Ірі бактериялар мен олардың генетикалық ұйымы туралы бүгінгі күнге дейін белгілі болғандардың бәрін ескере отырып, бұл факт дәлелденген деп санауға жеткілікті. A. oxaliferumполиплоид болып табылады, яғни оның әрбір жасушасында геномның бір емес, көп көшірмелері болады.
Әйтсе де, осыншама үлкен прокариоттық жасушаның бір көшірмемен өмір сүре алмайтыны қазірдің өзінде белгілі болды. Бүкіл жасушаны ақуыз синтезі үшін қажетті транскрипттермен қамтамасыз ету жеткіліксіз болады.
ДНҚ кластерлерінің флуоресценция қарқындылығымен ерекшеленетініне қарап, бұл кластерлерде хромосомалардың әртүрлі саны болуы мүмкін. Бұл жерде әдетте прокариоттық жасушаның бүкіл геномы бір сақиналы хромосомада орналасады деген ескерту жасау керек. Ахроматий үшін бұл дәлелденген жоқ, бірақ бұл өте ықтимал. Сондықтан қарапайым болу үшін авторлар «хромосома» терминін «геномның бір көшірмесі» терминінің синонимі ретінде пайдаланады, біз де солай істейміз.
Бұл кезеңде әлі сенсациялық ештеңе табылған жоқ. Прокариоттарда әрқашан немесе әрдайым дерлік әрбір жасушада бір ғана дөңгелек хромосома бар деп ойлайтын күндер артта қалды. Бүгінгі күні полиплоидты бактериялар мен археялардың көптеген түрлері белгілі (қараңыз: Elements, 06/14/2016).
3. Көптүрді қауымдастықтың метагеномы – бір ұяшықта
Ғажайыптар авторлар таңдалған және жуылған жасушалардан ДНҚ-ны бөліп алып, секвенирлеуге кіріскен кезде басталды. 10 000 жасушадан метагеном алынды (Метагеномиканы қараңыз), яғни әртүрлі индивидтерге жататын хромосомалардың (оқылады) қысқа реттелген кездейсоқ фрагменттерінің жиынтығы (шамамен 96 миллион) және олардың генетикалық әртүрлілігі туралы түсінік береді. халық.
Содан кейін зерттеушілер жеке жасушалардан ДНҚ секвенирлеуге кірісті. Біріншіден, 16s-rRNA генінің фрагменттері 27 жасушадан бөлініп алынды, соған сәйкес прокариоттарды жіктеу әдеттегідей және олар бойынша талданатын үлгіде бір немесе басқа микробтық түрлердің болуы әдетте анықталады. Оқшауланған фрагменттердің барлығы дерлік ахроматийге тиесілі (яғни, олар генетикалық дерекқорларда бұрыннан бар ахроматийдің 16s-rRNA реттілігімен шамамен сәйкес келді). Бұдан шығатыны, зерттелген ДНҚ кейбір бөгде бактериялардың генетикалық материалымен ластанбаған.
Әрбір жасуша екені белгілі болды A. oxaliferum,басқа прокариоттардың басым көпшілігінен айырмашылығы, құрамында 16s-рРНҚ генінің бір емес, бірнеше түрлі нұсқалары (аллельдері) бар. Нұсқалардың нақты санын анықтау қиын, өйткені кішігірім айырмашылықтарды реттілік қателері арқылы түсіндіруге болады, ал егер тек өте әртүрлі фрагменттерді «әртүрлі» деп санаса, онда сұрақ туындайды, қаншаолар өте әртүрлі болуы керек. Ең қатаң критерийлерді қолдана отырып, әрбір жасушада 16s-rRNA генінің шамамен 4-8 түрлі аллельдері бар екені анықталды және бұл ең аз бағалау, бірақ іс жүзінде одан да көп болуы мүмкін. Бұл басқа полиплоидты прокариоттарға тән жағдайға күрт қарама-қайшы келеді, әдетте, берілген геннің бірдей нұсқасы бір жасушаның барлық хромосомаларында орналасады.
Оның үстіне 16s-рРНҚ генінің аллельдері бір жасушада болатыны белгілі болды. A. oxaliferum, көбінесе осы геннің (бұрын және қазір) табылған барлық нұсқаларының ортақ генеалогиялық ағашында бір-бірінен өте алыс тармақтарды құрайды. A. oxaliferum.Басқаша айтқанда, бір жасушаның 16s-рРНҚ аллельдері әртүрлі жасушалардан кездейсоқ алынған аллельдерге қарағанда бір-бірімен байланысты емес.
Соңында авторлар алты жеке жасушадан жалпы ДНҚ секвенциясын орындады. Әрбір ұяшық үшін шамамен 12 миллион кездейсоқ үзінділер (оқулар) оқылды. Қалыпты жағдайда бұл оқулардан құрастыру үшін арнайы компьютерлік бағдарламаларды пайдалану, олардың қабаттасатын бөліктерін, алты өте жоғары сапалы (яғни, өте жоғары қамтумен оқу, Қамту бөлімін қараңыз) жеке геномдарды пайдалану үшін жеткілікті болар еді.
Бірақ олай болмады: оқылғандардың барлығы дерлік даусыз ахроматийге тиесілі болса да (бөтен ДНҚ қоспасы шамалы), оқылған фрагменттер геномдарға біріктіруден үзілді-кесілді бас тартты. Әрі қарай талдау сәтсіздіктің себебін анықтады: әрбір жасушадан бөлінген ДНҚ фрагменттері шын мәнінде бір емес, көптеген әртүрлі геномдарға жататыны анықталды. Шын мәнінде, авторлардың әрбір жеке жасушадан алғаны геном емес, бірақ метагеном.Мұндай оқу жинақтары әдетте бір ағзаны емес, сонымен бірге генетикалық әртүрліліктің жоғары деңгейіне ие бүкіл популяцияны талдау арқылы алынады.
Бұл тұжырым бірнеше тәуелсіз жолдармен расталды. Атап айтқанда, бактериялық геномдарда әрқашан дерлік бір көшірмеде болатын ондаған гендер белгілі (бір көшірме маркер гендер). Бұл бір көшірме маркерлік гендер биоинформатикада геномдық жинақ сапасын тексеру, метагеномдық үлгілердегі түрлердің санын бағалау және басқа да осыған ұқсас тапсырмалар үшін кеңінен қолданылады. Сонымен, жеке жасушалардың геномдарында (немесе «метогеномдарында»). A. oxaliferum көп бөлігібұл гендер бірнеше түрлі көшірмелер түрінде болады. 16s рРНҚ сияқты, бір жасушада табылған осы бір көшірме гендердің аллельдері әртүрлі жасушалардан алынған аллельдерге қарағанда бір-бірімен байланысты емес. Жасуша ішілік генетикалық әртүрлілік деңгейі 10 000 жасушаның метагеномы негізінде бағаланған бүкіл популяцияның әртүрлілік деңгейімен салыстыруға болатын болды.
Қазіргі заманғы метагеномикада бір геномға жататын үлгіде табылған көптеген гетерогенді ДНҚ фрагменттерінен фрагменттерді бөліп алуға мүмкіндік беретін әдістер бар. Егер мұндай фрагменттер жеткілікті болса, онда олардан геномның маңызды бөлігін және тіпті толық геномды жинауға болады. Жақында архейлердің жаңа супертипі асгардархеи ашылды және егжей-тегжейлі сипатталды (эукариоттардың ата-бабалары жататын архейлердің жаңа супертипі сипатталған, «Элементтер», 16.01.2017 ж. қараңыз). Авторлар бұл әдістерді жеке жасушалардың «метогеномдарына» қолданған. A. oxaliferum.Бұл әрбір «метогеномда» 3-5 генетикалық фрагменттердің жиынтығын анықтауға мүмкіндік берді, ең алдымен, жеке дөңгелек геномдарға (хромосомаларға) сәйкес келеді. Немесе, дәлірек айтқанда, әрбір мұндай жиынтық ұқсас геномдардың тұтас тобына сәйкес келеді. Әр жасушадағы әртүрлі геномдардың саны A. oxaliferum 3-5-тен көп болуы мүмкін.
Бір жасушада болатын геномдар арасындағы айырмашылық деңгейі A. oxaliferum, шамамен түр аралық сәйкес келеді: мұндай деңгейдегі айырмашылықтары бар бактериялар, әдетте, бір тұқымның әртүрлі түрлеріне жатады. Басқаша айтқанда, әрбір жеке жасушада болатын генетикалық әртүрлілік A. oxaliferum,тіпті популяциямен емес, көп түрді қауымдастықпен салыстыруға болады. Егер бір ахроматий жасушасының ДНҚ-сы метагеномиканың заманауи әдістерін қолдана отырып, осы ДНҚ-ның барлығы бір жасушадан келетінін білмей, «соқыр» талданса, талдау үлгіде бактериялардың бірнеше түрі бар екенін біржақты көрсетеді.
4. Жасуша ішілік генді тасымалдау
Сонымен, сағат A. oxaliferumгенетикалық ұйымның түбегейлі жаңа, мүлдем естімеген түрін ашты. Әрине, жаңалық көптеген сұрақтарды тудырады және ең алдымен «бұл қалай болуы мүмкін?» Деген сұрақ.
Біз ең қызық емес нұсқаны қарастырмаймыз, яғни мұның бәрі зерттеушілер жіберген өрескел қателердің нәтижесі. Егер солай болса, біз жақын арада анықтаймыз: Табиғат коммуникациялары- журнал байыпты, басқа командалар зерттеуді қайталағысы келеді, сондықтан теріске шығару ұзаққа созылуы екіталай. Зерттеу мұқият жүргізілді және нәтиже сенімді болды деген болжам бойынша жағдайды талқылау әлдеқайда қызықты.
Бұл жағдайда сіз алдымен анықталған себептерді анықтауға тырысуыңыз керек A. oxaliferumбұрын-соңды болмаған жасушаішілік генетикалық әртүрлілік: ол қалай қалыптасады, неге ол сақталады және микробтың өзі осы процесте қалай өмір сүре алады. Бұл сұрақтардың барлығы өте қиын.
Осы уақытқа дейін зерттелген барлық басқа полиплоидты прокариоттарда («Элементтер» оқырмандарына белгілі тұзды жақсы көретін археяларды қоса алғанда) Галоферакс жанартауы) жасушадағы геномның барлық көшірмелері, қанша болса да, бір-біріне өте ұқсас. Онда табылған орасан зор жасушаішілік әртүрлілік сияқты ештеңе жоқ A. oxaliferum,олар байқалмайды. Және бұл кездейсоқтық емес. Полиплоидия прокариоттарға бірқатар артықшылықтар береді, бірақ ол рецессивті зиянды мутациялардың бақыланбайтын жинақталуына ықпал етеді, бұл ақырында жойылып кетуге әкелуі мүмкін (толығырақ ақпаратты Эукариоттық ата-бабалардың полиплоидиясы - митоздың және мейоздың пайда болуын түсінудің кілті, жаңалықтардан қараңыз). «Элементтер», 14.06.2016).
Мутациялық жүктеменің жиналуын болдырмау үшін полиплоидты прокариоттар (тіпті полиплоидты өсімдік пластидтері) гендік конверсияны белсенді түрде қолданады - гомологиялық рекомбинацияның асимметриялық нұсқасы, онда екі аллель кромосомадағыдай хромосомадан хромосомаға ауыспайды және аллельдердің біреуі екіншісімен ауыстырылады. Бұл хромосомалардың бірігуіне әкеледі. Интенсивті гендік конверсияның арқасында зиянды мутациялар геннің бұзылмаған нұсқасымен тез «үстіне жазылады» немесе гомозиготалы күйге өтіп, фенотипте пайда болады және іріктеу арқылы қабылданбайды.
Сағат A. oxaliferumгеннің конверсиясы және хромосомалардың бірігуі де орын алады, бірақ бүкіл жасуша масштабында емес, жеке «бөлімшелер» деңгейінде - кальцит түйіршіктері арасындағы саңылаулар. Сондықтан жасушаның әртүрлі бөліктерінде геномның әртүрлі нұсқалары жинақталады. Авторлар мұны 16s-rRNA генінің әртүрлі аллельді нұсқаларын таңдамалы бояу арқылы растады (Флуоресцентті қараңыз. орнындабудандастыру). Жасушаның әртүрлі бөліктерінде әртүрлі аллельдік нұсқалардың концентрациясы шынымен де әртүрлі болатыны анықталды.
Дегенмен, бұл жасушаішілік генетикалық әртүрліліктің ең жоғары деңгейін түсіндіру үшін әлі жеткіліксіз A. oxaliferum. Авторлар оның негізгі себебін мутагенездің және жасушаішілік геномдық қайта құрулардың жоғары қарқынынан көреді. Бір жасушадан алынған хромосомалардың фрагменттерін салыстыру бұл хромосомалардың, шамасы, өте турбулентті өмір сүретінін көрсетті: олар үнемі мутацияға ұшырайды, қайта орналасады және бөліктермен алмасады. Сағат A. oxaliferumСтехлин көлінен жылжымалы генетикалық элементтердің саны басқа бактериялармен салыстырғанда күрт артады (соның ішінде ең жақын туыстары - тұзды батпақтардағы ахроматийлер, оларда жасушаішілік әртүрлілік деңгейі, алдын ала мәліметтер бойынша, әлдеқайда төмен). Транспозициялық элементтердің белсенділігі жиі геномдық қайта құруларға және ДНҚ сегменттерінің бір хромосомадан екіншісіне ауысуына ықпал етеді. Авторлар тіпті бұл үшін арнайы терминді ойлап тапты: «жасуша ішілік генді тасымалдау» (iGT), барлық белгілі көлденең трансфертке (HGT) ұқсас.
Хромосомалардың жиі қайта құрылуының айқын дәлелдерінің бірі A. oxaliferum- геномның әртүрлі нұсқаларында, соның ішінде бір жасуша ішінде гендердің әртүрлі реті. Тіпті кейбір консервативті (эволюция барысында сирек өзгеретін) оперондарда жеке гендер кейде бір жасушаның ішінде әртүрлі хромосомаларда әртүрлі тізбекте орналасады.
2-суретте авторлардың пікірінше, жасайтын және қолдайтын негізгі механизмдер схемалық түрде көрсетілген жоғары деңгейжасушаішілік генетикалық әртүрлілік A. oxaliferum.
5. Жасуша ішілік селекция
Жиі қайта құрулар, жасушаішілік гендердің тасымалдануы, мутагенездің жоғары қарқыны – мұның бәрі ең болмағанда жасушаішілік жоғары генетикалық әртүрлілікті түсіндіре алатын болса да (және бұл мүмкін емес деп ойлаймын, бұл туралы төменде айтатын боламыз), ахроматийді қалай басқаратыны белгісіз. мұндай жағдайлар өміршең болып қалуы үшін. Өйткені, бейтарап емес (фитнеске әсер ететін) мутациялар мен қайта құрулардың басым көпшілігі зиянды болуы керек! Полиплоидты прокариоттардың мутациялық жүктемені жинақтауға бейімділігі жоғары, ал егер мутагенездің ультра жоғары қарқынына жол берсек, ахроматий сияқты тіршілік иесінің қалай өмір сүретіні мүлдем түсініксіз болады.
Ал мұнда авторлар нағыз инновациялық гипотезаны алға тартты. Олар ахроматийдегі табиғи сұрыптау тұтас жасушалар деңгейінде емес, жеке бөлімдер деңгейінде - кальцит түйіршіктері арасындағы әлсіз байланысатын саңылаулар деңгейінде әрекет етеді деп болжайды, олардың әрқайсысында геномның өзіндік нұсқалары көбейеді.
Бір қарағанда, бұл болжам жабайы болып көрінуі мүмкін. Бірақ егер сіз бұл туралы ойласаңыз, неге болмасқа? Ол үшін әрбір хромосоманың (немесе ұқсас хромосомалардың әрбір жергілікті шоғырының) шектеулі «әсер ету радиусы» бар деп есептеу жеткілікті, яғни осы хромосомада кодталған белоктар синтезделеді және негізінен оның тікелей маңында жұмыс істейді және бүкіл ұяшықта біркелкі араластырылмайды. Сірә, солай. Бұл жағдайда сәтті хромосомалар орналасқан бөлімдер (ең аз зиянды және максималды пайдалы мутациялары бар) хромосомаларын тезірек көбейтеді, олардың саны көбірек болады, олар бірте-бірте аз сәтті көшірмелерді ығыстырып, жасуша ішінде тарала бастайды. көрші бөлімшелерден алынған геном. Мұндайды елестетуге болады.
6. Жасуша ішілік генетикалық әртүрлілік көбірек түсіндіруді қажет етеді
Бір сұраққа жауап беретін геномдардың жасушаішілік интенсивті іріктеу идеясы (неге мутагенездің жоғары қарқынында ахроматий өлмейді) бірден басқа мәселені тудырады. Мұндай іріктеудің арқасында геномның неғұрлым сәтті (тезірек репликацияланатын) көшірмелері жасуша ішіндегі аз сәтті көшірмелерді мәжбүрлеп шығаруы керек. төмендетужасушаішілік генетикалық әртүрлілік. Біз басынан бастап түсіндіргіміз келген.
Оның үстіне жасушаішілік генетикалық әртүрлілік жасушаның әрбір бөлінуімен күрт төмендеуі керек екені анық. Әртүрлі хромосомалар әртүрлі бөліктерде отырады, сондықтан бөліну кезінде әрбір аналық жасуша аналық жасушада бар геномдық нұсқалардың барлығын емес, тек кейбірін алады. Бұл тіпті суретте де көрінеді. 2.
Жасушаішілік іріктеу плюс геномдардың компартменттелуі екі күшті механизм болып табылады, олар ішкі әртүрлілікті соншалықты тез азайтуы керек, сондықтан мутагенездің ешбір болжамды (тіршілікпен үйлесімді) жылдамдығы оған қарсы тұра алмайды. Осылайша, жасушаішілік генетикалық әртүрлілік түсініксіз болып қалады.
Алынған нәтижелерді талқылай отырып, авторлар біздің жұмысымызға бірнеше рет сілтеме жасайды, бұл жаңалық мақалада сипатталған эукариоттық ата-бабалардың полиплоидиясы митоз бен мейоздың шығу тегін түсінудің кілті болып табылады. Атап айтқанда, олар полиплоидты прокариоттардың басқа жасушалармен генетикалық материал алмасуы өте пайдалы екенін айтады. Алайда олар жасушааралық генетикалық алмасу Ахроматиум өмірінде үлкен рөл атқармайды деп есептейді. Бұл ДНҚ-ны сыртқы ортадан сіңіруге арналған гендер (трансформация, Трансформацияны қараңыз) Achromatium метагеномында табылғанымен, конъюгация гендерінің жоқтығымен негізделеді (Бактериялық конъюгацияны қараңыз).
Менің ойымша, ахроматийдің генетикалық архитектурасы конъюгацияны емес, әртүрлі индивидтердің генетикалық материалын араластырудың неғұрлым радикалды жолдарын көрсетеді, мысалы, тұтас хромосомалардың алмасуы және жасуша синтезі. Алынған мәліметтерге қарағанда, генетикалық тұрғыдан алғанда, жасуша A. oxaliferum- бұл прокариоттық плазмодий немесе синцитий сияқты, шламды пішіндегі көптеген генетикалық ұқсас емес жасушалардың қосылуы нәтижесінде пайда болатындар. Еске салайық, ахроматий өсірілмейтін бактерия, сондықтан оның өмірлік циклінің кейбір элементтері (мысалы, жасушаның мерзімді синтезі) микробиологтардың назарынан тыс қалуы мүмкін.
Ахроматийдің жасушаішілік генетикалық әртүрлілігінің пайда болуының пайдасына Жоқжасуша ішінде, авторлар ашқан негізгі фактілердің бірі дәлелдейді, атап айтқанда, бір жасушада орналасқан көптеген гендердің аллельдері филогенетикалық ағашта бір-бірінен алыс орналасқан бұтақтарды құрайды. Егер аллельдердің барлық жасушаішілік әртүрлілігі бір-бірімен гендерін өзгертпейтін клондық жолмен көбейетін жасушаларда түзілсе, онда әртүрлі жасушалардан алынған аллельдерге қарағанда жасуша ішіндегі аллельдер бір-бірімен көбірек байланысты болады деп күтуге болады. Бірақ авторлар бұлай емес екенін нанымды түрде көрсетті. Жалпы, мен жасуша синтезі ахроматийдің өмірлік циклінде бар екеніне сенімдімін. Бұл үлкен жасушаішілік генетикалық әртүрліліктің ең үнемді және ақылға қонымды түсіндірмесі болып көрінеді.
Мақаланың соңғы бөлігінде авторлар ахроматийдің генетикалық архитектурасы эукариоттардың шығу тегіне жарық түсіруі мүмкін екенін меңзейді. Олар мұны былай қойды: Айтпақшы, Марков пен Казначеев Штехлин көлінің ахроматийі сияқты протоэукариоттық жасушалар да хромосомаларын, полиплоидты бактерияларды/археяларды әртараптандырып, тез мутацияға ұшырауы мүмкін деген болжам жасады.«. Өте дұрыс, бірақ біз сондай-ақ мұндай тіршіліктің қарқынды организмаралық генетикалық алмасусыз өмір сүре алмайтынын көрсеттік. Одан әрі зерттеулер ахроматийдің әлі ашылмаған құпияларын ашады деп сенейік.
ХХ ғасырдың 70-жылдарының ортасында. жылжымалы генетикалық элементтер ашылды. Олар бірдей немесе әртүрлі геномдар ішінде транспозицияға (қозғауға) қабілетті ДНҚ сегменттері. Құрылымдық күрделілік дәрежесі бойынша қоныс аударатын генетикалық элементтердің үш түрі бөлінеді: IS-элементтер (ағылшын тілінен, кірістіру тізбегі - кірістіру тізбегі), транспозондар (Tn-элементтер) және кейбір бактериофагтар, атап айтқанда Му фаг.
Транспозицияға қабілетті ең қарапайым генетикалық құрылымдар IS элементтері болып табылады. Олардың мөлшері орта есеппен 750-1500 негізгі жұпты (bp) құрайды. Олардың құрамында тек өздерінің қозғалысын қамтамасыз ететін гендер бар. АЖ элементтерінің құрылымында орталық бөлік және шектеуші (қатарлы) терминалды қайталаулар ажыратылады. Орталық бөлігінде транспозицияға қажетті ақуыздардың синтезін кодтайтын гендер бар. Терминалды бөлімдер ұзындығы 8-40 б.п. қайталанатын нуклеотидтер тізбегі арқылы берілген. Қайталаулар бір-біріне қарама-қарсы бағытта болады және оларды инверттелген (инверттелген) қайталаулар деп атайды. Олар қызмет етеді белгіәртүрлі миграциялық генетикалық элементтер.
Терминалды қайталану құрылымы IS элементтерінің кірістіру орындарындағы ДНҚ қайталануларының (екі еселенуінің) мөлшерін анықтайды. Сонымен, E. coli-K12 хромосомасының құрамында табылған IS 1 элементі 768 биттен тұрады, ұштарында ұзындығы 30 б.б инверттелген қайталануларды құрайды. сайын. Әрбір IS элементінің өзіндік нуклеотидтер тізбегі бар және кез келген бағыттағы бактериялардың, плазмидалардың және фагтардың ДНҚ-сына енгізілуі мүмкін, бұл жеке құрылымдық гендердің инактивациясын және нәтижесінде геномдық мутацияларды тудырады немесе оперонның реттеуші функцияларын бұзады. Бактериялық хромосома бір мезгілде бір IS элементінің бірнеше көшірмелерін қамтуы мүмкін. IS-элементтердің қозғалысы хромосомалық қайта құрулардың әртүрлі типтерін индукциялайды – дубликация, инверсия, делеция.
Транспозондар немесе Tn-элементтер - қозғалмалы генетикалық элементтерде бактериялар мен гендердің фенотиптік қасиеттеріне арналған гендер болады.
меншікті транспозиция. Олар хромосоманың әртүрлі бөліктеріне немесе хромосомадан тыс генетикалық құрылымдарға енуге қабілетті. Транспозондар күрделі ұйымдағы IS элементтерінен ерекшеленеді, ал кейбіреулерінің құрамында IS элементтері бар.
Транспозондар екі класқа бөлінеді: А және В (10.4-сурет). Орталық бөліктегі А класындағы транспозондарда (Tp 5) фенотиптік қасиеттерді анықтайтын құрылымдық гендер бар, мысалы, бактериялардың антибиотиктерге төзімділігін, ал транспозиция гендері IS элементтері болып табылатын терминалдық инверттелген қайталануларда болады. В класының транспозондарында (Tp 3) тек фенотиптік белгілерге арналған гендер ғана емес, сонымен қатар орталық бөлігінде транспозицияға арналған гендер болады. Олардың терминалды қайталаулары әлдеқайда қысқа және транспозиция функцияларын орындай алмайды. Бұл функцияларды орталық бөліктің екі гені орындайды. А класы мен В класы транспозондарының арасындағы айырмашылықтар плазмидаларға немесе хромосомаларға енгізілгенде түзілетін қайталанулардың мөлшерінде де тұрады: біріншісі 9 нуклеотид жұбының дупликациясын құрайды, соңғысы тек 5.
Күріш. 10.4. А класс және В класс транспозондарының құрылымының схемасы: IP – инверттелген қайталанулар; GT – транспозициялық гендер; HFP - фенотиптік белгілерге арналған гендер
Транспозондар IS элементтерінен әлдеқайда үлкен және орташа 3500-15000 негізгі жұп. Осылайша, Tp 5 транспозонының жалпы ұзындығы 5800 бит, оның әрқайсысы 1500 бит. төңкерілген терминалға түседі қайталайды. Tp 5 бес ақуызды кодтайды. Олардың ішінде бір ақуыз орталық бөлікті кодтайды және әрқайсысы екі белокты - терминалды қайталайды. Transposon Tp 5 канамицинге, неомицинге және басқа антибиотиктерге төзімділікті анықтайды.
Транспозондардың, сондай-ақ IS элементтерінің қозғалысының салдары ретінде әртүрлі хромосомалық қайта құрулар болуы мүмкін: делециялар, инверсиялар, транслокациялар, дубликациялар. Сонымен қатар, екі түрлі репликондар (екі плазмида немесе плазмида және хромосома) арасындағы транспозондардың қозғалысы осы репликондардың қосылып коинтеграттар түзуіне әкелуі мүмкін. Кейінгі учаскеге тән рекомбинация коинтегратты екі репликонға бөлуге әкеледі, бұл транспозонның бір көшірмесін әрбір репликонға қосу. Транспозицияның реттелуі меншікті MGE гендерімен және иесі бактериялардың хромосомалық гендерімен жүзеге асырылады.
1963 жылы тырысқақ вибрионының дақылынан оқшауланған қалыпты му-фагтың да MGE қасиеттері бар. Алайда, IS элементтері мен транспозондардан айырмашылығы, ол геномның ұштарында түзу немесе инверттелген нуклеотидтер тізбегін қамтымайды. Му-фагтың терминалды қайталануы фаг дамыған хост жасушасының ДНҚ фрагменттері болып табылады. Жасуша ДНҚ-сы оның көбеюі кезінде фаг геномына қосылады және оның жаңа сайтқа интеграциясы кезінде жоғалады. Му-фагтың қайталанбас қабілеті бактериалды гендерді хромосоманың немесе реципиент жасушаның плазмидасының әртүрлі аймақтарына тасымалдау болып табылады. Фаг Му бүкіл литикалық цикл кезінде тұрақты транспозицияны орындайды. Оның хромосомалық локусқа тән ерекшелігі жоқ және хромосомалық гендердің мутациясын тудыратын бүкіл хромосома бойындағы әртүрлі учаскелерге өздігінен еніп кетуі мүмкін. Мутацияларды тудыратын жоғары белсенділігі үшін ол Му (ағылшын тілінен, мутатор) атауын алды.
Кейбір айырмашылықтарға қарамастан құрылымдық ұйым, ортақ мүлік MGE – олардың хромосомалық немесе плазмидтік ДНҚ-ның көптеген бөлімдеріне ену қабілеті, мутациялар мен әртүрлі гендердің қайта құрылуын тудырады. MGEs сонымен қатар хромосомаларға плазмидаларды енгізу үшін арнайы орындар ретінде қызмет етеді. MGE арқылы гомологиялық емес ДНҚ арасындағы рекомбинация жүзеге асырылады. Гомологияның уақыт аймағын MGE жасайды,
хромосоманың немесе плазмиданың бір немесе басқа бөлігіне қосылуы
ДНҚ.
Миграциялық генетикалық элементтер, гендік және хромосомалық қайта құруларды индукциялау, қайта бөлуге маңызды үлес қосады. генетикалық ақпарат, белгілі бір тіршілік жағдайында бактерияларды селективті артықшылықтармен қамтамасыз етеді, микроб түрлерінің дамуы мен эволюциясына айтарлықтай әсер етеді.
бактериялық геномөзін-өзі репликациялауға қабілетті генетикалық элементтерден тұрады, яғни. көшірмелер.Репликондар бактериялық хромосомаЖәне плазмидалар.
Тұқым қуалайтын ақпарат бактерияларда ақуыздағы аминқышқылдарының ретін анықтайтын ДНҚ нуклеотидтерінің тізбегі түрінде сақталады. Әрбір ақуыздың өз гені бар, яғни нуклеотидтер тізбегінің саны мен ерекшелігімен ерекшеленетін ДНҚ-ның дискретті бөлімі.
бактериялық хромосомаОл дөңгелек пішінді бір қос тізбекті ДНҚ молекуласымен ұсынылған. Патшалықтың әртүрлі өкілдеріндегі бактериялық хромосоманың өлшемдері Прокариоталарөзгереді. Бактериялық хромосома жинақы нуклеоид түзеді бактериялық жасуша. Бактерия хромосомасында гендердің гаплоидты жиынтығы бар. Ол бактерия жасушасының өмірлік маңызды функцияларын кодтайды.
Плазмидаларбактериялар – қос тізбекті ДНҚ молекулалары. Олар бактерия жасушасының тіршілігі үшін маңызды емес функцияларды кодтайды, бірақ олар бактерияға енген кезде артықшылық береді. қолайсыз жағдайларболуы.
Микроорганизмдердің қасиеттері, кез келген басқа организмдер сияқты, олармен анықталады генотип, яғни. жеке адамның гендерінің жиынтығы. Микроорганизмдерге қатысты «геном» термині «генотип» ұғымымен дерлік синоним болып табылады.
Фенотипгенотип пен қоршаған ортаның өзара әрекеттесуінің нәтижесі, яғни генотиптің тіршілік ету ортасының нақты жағдайында көрінуі. Микроорганизмдердің фенотипіне байланысты болса да қоршаған орта, бірақ генотиппен бақыланады, өйткені берілген жасуша үшін мүмкін болатын стенотиптік өзгерістердің сипаты мен дәрежесі гендердің жиынтығымен анықталады, олардың әрқайсысы ДНҚ молекуласының белгілі бір аймағымен ұсынылған.
Өзгергіштіктің негізіндене генотиптің қоршаған орта факторларына реакциясының өзгеруі, не гендік мутация немесе олардың рекомбинациясының нәтижесінде генотиптің өзінің өзгеруі. Осыған байланысты фенотиптік өзгергіштік тұқым қуалайтын және тұқым қуаламайтын болып екіге бөлінеді.
Тұқым қуалайтын емес (экологиялық, модификациялық) өзгергіштік генотиптің көрінуіне жасушаішілік және жасушадан тыс факторлардың әсерінен болады. Модификацияны тудырған фактор жойылғанда, бұл өзгерістер жоғалады.
Мутацияға байланысты тұқым қуалайтын (генотиптік) өзгергіштік – мутациялық өзгергіштік. Мутация ДНҚ-дағы нуклеотидтер тізбегінің өзгеруіне, олардың толық немесе ішінара жоғалуына, яғни фенотиптік түрде өзгерген белгі түрінде көрінетін гендердің құрылымдық қайта құрылуына негізделген.
Рекомбинациялармен байланысты тұқым қуалайтын өзгергіштік рекомбинациялық өзгергіштік деп аталады.
қозғалмалы генетикалық элементтер.
Бактериялық хромосомадағы да, плазмидалардағы да бактериялық геномның құрамына кіреді қозғалмалы генетикалық элементтер.Жылжымалы генетикалық элементтерге кірістіру реттілігі мен транспозондар жатады.
Кірістіру (енгізу) тізбегі IS элементтері – бір репликон сайтынан екіншісіне, сондай-ақ репликондар арасында тұтастай қозғала алатын ДНҚ аймақтары. Олардың құрамында тек өздерінің қозғалысы үшін қажетті гендер бар - транспозиция: ферментті кодтайтын ген транспоза,ДНҚ-дан IS-элементті алып тастау және оның жаңа локусқа интеграциялану процесін және қозғалыстың бүкіл процесін реттейтін репрессордың синтезін анықтайтын генді қамтамасыз ету.
IS элементтерінің айрықша белгісі кірістіру ретінің соңында болуы болып табылады төңкерілген қайталаулар.Бұл инверттелген қайталаулар фермент арқылы танылады транспоза. Транспозаза жылжымалы элементтің екі жағында орналасқан ДНҚ жіпшелерінде бір тізбекті үзілістерді жүзеге асырады. АЖ элементінің түпнұсқа көшірмесі бастапқы орнында қалады, ал оның қайталанатын көшірмесі жаңа орынға жылжытылады.
Жылжымалы генетикалық элементтердің қозғалысы әдетте репликативті немесе заңсыз рекомбинация деп аталады. Алайда, бактериялық хромосома мен плазмидалардан айырмашылығы, жылжымалы генетикалық элементтер тәуелсіз репликондар емес, өйткені олардың репликациясы олар орналасқан репликонның ДНҚ репликациясының ажырамас элементі болып табылады.
IS элементтерінің бірнеше сорттары белгілі, олар көлемі бойынша және төңкерілген қайталанулардың түрлері мен саны бойынша ерекшеленеді.
транспозондар- бұл IS элементтері сияқты қасиеттері бар, бірақ құрылымдық гендері бар ДНҚ сегменттері, яғни уыттылық сияқты белгілі бір биологиялық қасиеті бар молекулалардың синтезін қамтамасыз ететін немесе антибиотиктерге төзімділікті қамтамасыз ететін гендер.
Репликон бойымен немесе репликондар арасында қозғалатын жылжымалы генетикалық элементтер мыналарды тудырады:
1. ДНҚ-ның сол бөлімдерінің гендерінің инактивациясы, онда олар қозғалып, біріктірілген.
2. Генетикалық материалдың зақымдануының қалыптасуы.
3. Репликондардың бірігуі, яғни плазмиданың хромосомаға енуі.
4. Бактериялар популяциясындағы гендердің өзгеруіне әкелуі мүмкін таралуы биологиялық қасиеттеріпопуляциялар, жұқпалы аурулардың қоздырғыштарының өзгеруі, сонымен қатар микробтар арасындағы эволюциялық процестерге ықпал етеді.
Бактерия геномындағы өзгерістер, демек, бактериялардың қасиеттері мутациялар мен рекомбинациялар нәтижесінде болуы мүмкін.
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_1.jpg" alt=">МОБИЛЬДІГ ГЕНЕТРЛІК МҮМКІНДІКТЕР.">!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_2.jpg" alt=">Белгілі бір генетикалық элементтерге көшуге қабілетті"> В геномах плазмид, бактерий и эукариот широко распространены особые генетические элементы, способные перемещаться из одного участка генома в другой, - мобильные элементы. Разнообразные рекомбинационные процессы, лежащие в основе перемещений мобильных элементов, объединены под общим названием «транспозиции». Транспозиции осуществляются особыми белками, гены которых, в основном, локализованы в самих мобильных элементах. Гомология между мобильным элементом и последовательностью ДНК, в которую он перемещается (ДНК-мишень), как правило, отсутствует. Встраивание элементов, как правило, происходит в случайные сайты ДНК-мишени. Для мобильных элементов характерно пребывание в составе хромосом или плазмид.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_3.jpg" alt=">Мобильді элементтердің көпшілігі және протукариоттарға сәйкес жасалған этокариоттар. ұқсас жоспар.Элементтердің өзі"> В большинстве своем мобильные элементы прокариот и эукариот построены по сходному плану. Сами элементы состоят из центральной части, фланкированной инвертированными повторами (ИП). Центральная часть обычно содержит ген (или гены), кодирующие белки транспозиции. Главный белок транспозиции – транспозаза. У ретроэлементов с длинными концевыми повторами энзим, соответствующий транспозазе, называют интегразой. Группа мобильных элементов бактерий содержит в центральной части также гены, не имеющие отношения к транспозиции, чаще всего это факторы устойчивости к антибиотикам, лекарственным веществам или ядам. Такие элементы при их открытии получили название транспозонов (Tn). Позднее так стали называть все мобильные элементы. Далее мы тоже будем называть все мобильные элементы транспозонами. Некоторые бактериальные транспозоны имеют на концах длинные ИП, в свою очередь являющиеся мобильными IS-элементами. В этих случаях центральная часть транспозона содержит только посторонние гены, а гены транспозиции находятся в IS-элементах, причем один из них, инактивирован одной или более мутациями.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_4.jpg" alt=">Негізгі мобильді элемент түрлері">!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_5.jpg" alt=">PI-тер олардың соңы транспозициясы үшін өте қажет, өйткені транспоаза арқылы және олар арқылы байланысады"> ИП абсолютно необходимы для транспозиции, поскольку именно их концы связываются транспозазой, и по ним происходит рекомбинация. Отдельная группа ретротранспозонов не содержит никаких концевых повторов. Все мобильные элементы, кроме последней группы, на обоих концах фланкированы дуплицированными прямыми повторами (ДПП) из нескольких нуклеотидов ДНК-мишени. Состав этих нуклеотидов варьирует, так как мобильные элементы внедряются в случайные сайты ДНК-мишени, но их число постоянно для каждого элемента. Чаще всего оно равно 5. Таковы !} жалпы идеяларжылжымалы элементтердің құрылымы туралы. Бұдан әрі прокариоттар мен эукариоттардың қозғалмалы элементтерін бөлек қарастырамыз.
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_6.jpg" alt=">Ұялы элементтердің құрылымы олардың қозғалысына арналған механизмдерді анықтайды. бұл механизмдер егжей-тегжейлі ерекшеленеді, бар"> Структура мобильных элементов определяет механизмы их перемещений. Хотя эти механизмы различаются в деталях, имеется !} жалпы принциптранспозиция реакциялары. Процесс 3 кезеңде өтеді. Бірінші кезеңде 2 транспозаза молекулалары жылжымалы элементтің ұштарына қосылып, ұштарын біріктіреді және оларда, көбінесе екі тізбекте де үзіліс жасайды. Содан кейін транспозаза мақсатты ДНҚ-ның екі тізбегінде бір-бірінен берілген элементтің DPP-де табылғандай көп негіз жұптарымен арақашықтықта қадамдық үзілістер жасайды. Екінші кезең - тізбектердің алмасуы, ол ДНҚ арасындағы рекомбинацияға әкеледі, элементтің 5'-Р ұштары мен нысананың 3'-ОН ұштары арасында сатылы үзілістерге байланысты бос орындар қалдырады. ДНҚ жіптерінің транспозаза-катализделген бөлінуі және соңғы жабылуы байланыс энергиясын жоғалтпай жүреді және АТФ-ны қажет етпейді, бұл сақталған учаскеге тән рекомбинацияны еске түсіреді. Соңғысынан айырмашылығы транспозаза түзілмейді коваленттік байланысДНҚ-ның 5'-P ұшымен. Үшінші кезеңде саңылаулардың репаративті синтезі жүреді, ол DPP құрайды, кейде элементтің қайталануы да жүреді. Бұл транспозициялық рекомбинацияның жалпы жалпы механизмі. Біз жылжымалы элементтердің әртүрлі кластарын сипаттаумен бір уақытта транспозициялардың әртүрлі нақты механизмдерін қарастырамыз.
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_7.jpg" alt=">репликативті транспозицияның жалпы транспозиция принципі репликативті емес транспозицияны көрсетеді. реакциялар">!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_8.jpg" alt=">МОБИЛЬДІ ПРОКАРИОТЕКЕЛЕР, БАКТЕРИЯЛЫҚ ПРОКАРИОТЕКТЕЛЕР, Транспозиялар үшін): плазмидалар жылжымалы элементтермен сипатталады"> МОБИЛЬНЫЕ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРОКАРИОТ: IS-элементы, транспозоны Для бактерий и плазмид характерны мобильные элементы с короткими или длинными ИП. Длина ДПП, как правило, 5 или 9 п.н. Бактериальные мобильные элементы можно разделить на две основные группы: 1. IS-элементы: небольшие (размером не более 2,5 т.п.н.) элементы, которые состоят из центральной части с геном транспозазы, фланкированной двумя инвертированными повторами. 2. Собственно транспозоны, которые несут, кроме транспозазы, другие гены, не имеющие отношения к транспозиции (чаще всего гены устойчивости к антибиотикам). Собственно транспозоны можно в свою очередь разделить на следующие группы 1) Сложные транспозоны (семейство Tn3) – короткие ИП на концах, делают в ДНК-мишени ДПП из 5 п.н. и перемещаются по механизму репликативной транспозиции. 2) Составные транспозоны (Tn5, Tn9, Tn10) с длинными ИП, представляющими собой различные IS-элементы. Длина ДПП обычно 9 п.н. Примеры прокариотических мобильных элементов приведены в следующей ниже таблице.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_9.jpg" alt=">Мобильді элементтер құрылымының жалпы схемасы мобильді элементтердің құрылымы. Прокариоттардағы элементтер">!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_10.jpg" alt=">Енді трансляцияның негізгі механизмдерін қарастырайық. төмендегі суреттерде көрсетілген репликативті транспозиция"> Теперь рассмотрим детали. Основные механизмы транспозиций изображены на рисунках, следующих ниже. Репликативная транспозиция отличается тем, что мобильный элемент, перемещаясь в другую молекулу, оставляет свою копию в исходной ДНК. Это может произойти только за счет удвоения (репликации) элемента. При репликативной транспозиции на концах подвижного элемента происходят разрывы с образованием выступающих 3’-OH-концов. Одновременно транспозаза делает разрывы в ДНК-мишени. 3’-OH-концы подвижного элемента ковалентно связываются с 5’-Р-концами мишени, и образуется структура с двумя вилками репликации на концах подвижного элемента. В вилках репликации инициируется синтез ДНК (направленный «внутрь»). В результате образуется две копии мобильного элемента. При этом репликоны, содержащие «старую» и «новую» копию мобильного элемента сливаются (образуется коинтеграт). Коинтеграты разрешаются (разрезаются) на 2 репликона в рекомбинационном res-сайте ферментом резолвазой. Старая и новая копии мобильного элемента в коинтеграте находятся в одной ориентации, и разрешение коинтеграта идет через !} күрделі фигурасегіз санға ұқсайды. Нәтижесінде қайтадан 2 репликон қалыптасады, бірақ қазір олардың әрқайсысы мобильді элементтің көшірмесін алып жүреді. Реакция сайтқа тән рекомбинацияға жатады. Транспозицияның репликативті механизмі салыстырмалы түрде сирек кездеседі. Ол мобильді элемент Is6, фаг Mu және Tn3 тұқымдасының қысқа IP-тері бар бактериялық транспозондарда табылды.
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_11.jpg" alt=">Tn3 транспозон құрылымы">!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_12.jpg" alt=">">
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_13.jpg" alt=">Ұялы телефондардың Tn3 тобы IP қысқа транспозондары бар ұялы телефондарды білдіреді. 35-50 б.б.), көмегімен қозғалады"> Транспозон Tn3 представляет семейство мобильных элементов с короткими ИП (35-50 п.н.), перемещающимися с помощью репликативной транспозиции и образующими ДПП из 5 п.н. У самого Tn3 центральная часть содержит гены транспозазы, резолвазы и бета-лактамазы bla (обеспечивает устойчивость к антибиотикам пенициллинового ряда). Ген транспозазы tnA кодирует большой белок из примерно 1000 а.о., ген резолвазы tnR кодирует белок из 185 а.о. Гены транспозазы и резолвазы транскрибируются в противоположных направлениях с промоторов, расположенных в межгенном пространстве длиной 170 п.н. В межгенном пространстве находится и сайт res, по которому происходит разрешение коинтегратов. Транскрипции генов резолвазы и транспозазы конкурируют друг с другом, и ген резолвазы выступает как ген-регулятор гена транспозазы. К семейству Tn3 относятся Tn1, Tn1000 и др.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_14.jpg" alt=">Прокариоттық емес транспозициялық мобильді элементтерді пайдалана отырып жылжытудың көпшілігі. репликативті транспозиция - V"> Большинство прокариотических мобильных элементов перемещается с помощью нерепликативной транспозиции. Нерепликативная транспозиция заключается в вырезании элемента и его перемещении в новое место. При этом 2 молекулы транспозазы связываются с концами мобильного элемента и делают разрывы одновременно в обеих цепях ДНК на концах мобильного элемента и в ДНК-мишени. Далее транспозаза сводит вместе концы мобильного элемента и ДНК-мишень, 3-OH-концы элемента соединяются с 5-Р-концами ДНК-мишени, а между 3’-OH-концами ДНК-мишени и 5’-Р- концами элемента образуется брешь, которая заполняется с помощью репаративного синтеза ДНК, в результате чего на концах мобильного элемента возникают ДПП строго фиксированной длины. В исходном репликоне остается ДНР. Будет ли он репарирован – зависит хозяйской клетки. Этот механизм характерен для большинства мобильных элементов бактерий и эукариотических элементов с короткими ИП. По такому типу перемещаются многие IS-элементы и мобильные элементы, которые называют составными: Tn5, Tn9, Tn10 и другие. Составные транспозоны отличаются тем, что у них инвертированные повторы представлены IS-элементами, которые находятся в обратной или (гораздо реже, например, Tn9) в прямой ориентации.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_15.jpg" alt=">Мобильдік ИНК ЭНЕТИКАЛЫҚ ЭЛЕМЕНТТЕР көптеп кездеседі. прокариоттық элементтерге қарағанда.эукариоттар жиі кездеседі"> МОБИЛЬНЫЕ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ЭУКАРИОТ Мобильные элементы эукариот значительно разнообразнее прокариотических элементов. У эукариот распространены разнообразные мобильные элементы как прокариотического типа, так и элементы, встречающиеся только у эукариот, – ретроэлементы или ретротранспозоны. Элементы прокариотического типа с короткими ИП (класс II.1) характерны для растений и дрозофилы. Элементы с длинными ИП (класс II.2) у эукариот встречаются редко. Элементы с короткими ИП (класс II.1) содержат транспозазу и перемещаются путем нерепликативной транспозии, но отличаются прокариотических мобильных элементов некоторыми особенностями, специфичными для эукариотических элементов, например, наличием у многих из них интронов. ДНК-транспозоны эукариот делают ДПП различной длины, специфичной для каждого элемента.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_16.jpg" alt=">P және hobo P-элементі бар"> Примерами мобильных элементов класса II.1 у дрозофилы являются элементы Р и hobo. Р-элемент содержится в количестве 30-50 копий на геном. Его размер примерно 3 т.п.н., ИП из 31 п.н., ДПП – 8 п.н. Ген транспозазы в центральной части элемента содержит 3 интрона и 4 экзона и экспрессируется с использованием альтернативного сплайсинга. В !} соматикалық жасушаларалғашқы үш экзоннан қысқартылған мРНҚ түзіледі, одан транспозазалық репрессор болып табылатын 66 кДа полипептид аударылады. Генеративті жасушаларда 4 экзоннан тұратын толық ұзындықтағы транскрипт және сәйкесінше толық ұзындықты белок транспозаза түзіледі. Осылайша, Р-элементінің транспозициясы тек жыныс жасушаларында болады.
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_17.jpg" alt=">Көптеген мобильді зауыт элементтері Spp типті транспосон элементіне жатады: бірдей транспосон элементі: m. жүгері, тгм1"> К этому же типу транспозонов относятся многие мобильные элементы растений: элементы Spm кукурузы, Tgm1 сои, Tam1 и Tam2 львиного зева и др. Отметим двухкомпонентную систему Ac/Ds кукурузы (это самый первый обнаруженный мобильный элемент, описанную Барбарой Мак-Клинток): она включает автономно транспозирующийся элемент Ас (4565 п.н., ИП из 11 п.н., ДПП из 8 п.н., ген транспозазы содержит 4 интрона) и гетерогенные по длине элементы Ds, которые являются делетированными производными Ас-элемента и перемещаются с помощью его транспозазы.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_18.jpg" alt=">Эукариоттық мобильді элементтердің классификациясы">!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_19.jpg" alt=">">
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_20.jpg" alt=">Ретротранспозондар транскариоттардағы кең позициялар болып табылады. кері транскриптаза қатысады (ревертаза) және"> У эукариот широко распространены ретротранспозоны, в транспозициях которых задействованы фермент обратная транскриптаза (ревертаза) и РНК-копия элемента в качестве интермедиата. Ретроэлементы подразделяются на 2 группы: Ретротранспозоны с длинными прямыми концевыми повторами (ДКП) (класс I.1). Их структура соответствует ДНК-копиям геномов ретровирусов позвоночных, которые также являются мобильными элементами. Ретроэлементы (класс I.2), не содержащие повторов на концах (некоторые авторы используют для них название «ретропозоны»).!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_21.jpg" alt=">Ретровирустар - бұл "прототрансоцикл" болып табылады. вирионның ауыспалы РНҚ және ДНҚ кезеңдерінің"> Ретровирусы являются «прототипами» ретротранспозонов. Их цикл развития состоит из чередования РНК- и ДНК-стадий. Вирионный геном представлен РНК размером обычно 5-6 т.п.н. с короткими прямыми повторами. Когда ретровирус проникает в клетку хозяина, то с помощью кодируемой им обратной транскриптазы на матрице его РНК синтезируется ДНК-копия, но уже с ДКП (в англоязычной литературе LTR – long terminal repeats) длиной обычно 200-400 п.н. ДКП содержат двунуклеотидные инвертированные повторы на концах и еще ряд повторов на некотором расстоянии от концов, разнообразные регуляторные элементы (промоторы и терминаторы и энхансеры транскрипции). Наличием регуляторных элементов в ДКП обусловлены различные эффекты ретровирусов и ретротранспозонов, встроенных в хромосомы, на экспрессию соседних генов. Центральная часть ретровируса содержит 3 кодирующие рамки: gag – кодирует !} құрылымдық ақуызвирион капсиді; пол - күрделі полипептидті кодтайды, онда интеграза домендері (ДНҚ көшірмесін хост геномына біріктіруге жауап береді; интеграза басқа мобильді элементтердің транспозасына сәйкес келеді), кері транскриптаза (ревертаза), RNase H (RNAse H РНҚ-ны жояды). ДНҚ-РНҚ гибридінен) және протеазалар (біріктірілген полипептидті транскрипциялаудан кейін протеаза оны жеке функционалды полипептидтерге «кеседі»). Env - вирустың құйрық процесінің белоктары, олар ие жасушаның бетінде ретровирустың адсорбциясына және сәйкесінше оның вируленттілігіне жауап береді. Көптеген ретровирустарда env гені жоқ, сондықтан инфекциялық емес.
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_22.jpg" alt=">Ішінде) Соңғы жылдары A. I. Kim және т.б. жылжымалы элемент MDH-4 (сыған),"> Соңғы жылдары A. I. Kim және т.б. жылжымалы элемент MDH-4 (сыған) құрамында env гені бар екенін анықтады және содан кейін француз зерттеушілері бар. Дрозофилада анықталған ұқсас ZAM, Idefix және т. ашытқыдан адамға дейін тірі организмдердің топтары.Ретротранспозондар әрқашан 5 бит DPP мақсатты ДНҚ-да жасалады.
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_23.jpg" alt=">LCT үлгісіне сәйкес орын алатын ретроэлементтерде орын алады. РНҚ аралық .Геномдық ДНҚ бар"> У ретроэлементов с ДКП транспозиция происходит по схеме, включающей РНК-интермедиат. С геномной ДНК элемента транскрибируется РНК-копия, но уже с короткими концевыми повторами, с нее путем обратной транскрипции синтезируется ДНК-копия с ДКП, которая встраивается в новое место с помощью интегразы. Интеграция ретротранспозонов с ДКП происходит по механизму, идентичному с нерепликативной транспозицией у прокариот. Интегразы ретротранспозонов, несмотря на различие в названиях, полностью соответствуют транспозазам. Характерно, что структура каталитического центра интегразы ретровируса человеческого иммунодефицита HIV-1 очень сходна с таковой у транспозазы прокариотического элемента Is3. Сходная ситуация наблюдается между интегразой вируса птичьей саркомы ASV и транспозазами Is50 и Mu. Рекомбинация у ретроэлементов без концевых повторов менее изучена, но она также осуществляется через РНК-интермедиат.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_24.jpg" alt=">">
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_25.jpg" alt=">Ұзын соңы жоқ элементтер: LINE және NE"> Элементы без длинных концевых последовательностей: LINE и SINE Другая группа ретротранспозонов – элементы класса I.2 (ретропозоны). Их размер – тоже около 5-6 т.п.н., но на концах они не имеют повторов. На 3’-конце они содержат небольшую последовательность поли-A. Прямых повторов в ДНК-мишени они либо не образуют, либо делают не всегда, и, если делают, то нерегулярной длины. Ретротранспозоны класса II можно разделяют на 2 типа: LINE (long interspersed nuclear elements) и SINE (short interspersed nuclear elements) – длиной 200-300 п.н., которые не кодируют никаких белков и не способны к самостоятельному перемещению, а перемещаются, по-видимому, за счет элементов LINE.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_26.jpg" alt=">LINE элементінің құрылымы">!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_27.jpg" alt=">LINE элементтері омыртқа сүйектерінде де, мм. омыртқаларда да кең таралған. және"> LINE-элементы широко распространены как у беспозвоночных, так и у позвоночных. У млекопитающих LINE и SINE являются преобладающим типом мобильных элементов. Особенно много в геноме позвоночных так называемых Alu-повторов (SINE-элементы, получившие свое название от рестриктазы AluI), которые представлены сотнями тысяч копий на геном и, в случае генома человека, составляют 5% геномной ДНК. LINE-элементы состоят из 5’-нетранслируемой области, центральной части и 3’-нетранслируемой области. На конце 3’-нетранслируемой области находится короткая последовательность поли-A или поли-TAA. Центральная часть содержит гены обратной транскриптазы, РНКазы H и эндонуклеазы (EN), но не содержит ни гена интегразы, ни гена протеазы, так как механизм перемещения LINE-элементов резко отличается от механизма перемещения ретротранспозонов класса I.1.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_28.jpg" alt=">Желілерді жылжыту механизмі NE суретінде және SI элементінде көрсетілген. I типті ретротранспозондардан айырмашылығы,"> Механизм перемещения LINE- и SINE-элементов представлен на рисунке. В отличие от ретротранспозонов I типа, здесь реакцию интеграции в хозяйский геном инициируетет РНК-копия элемента. Эндонуклеаза делает ступенчатые ОНР в ДНК-мишени и РНК-копия прикрепляется к концу ДНК-мишени в точке разрыва. На матрице РНК-копии с помощью обратной транскриптазы строится ее ДНК-копия. Свободная группа 3’-OH в точке разрыва используется как праймер для обратной транскриптазы. Потом РНК-копия удаляется с помощью РНКазы H, клеточная репаративная система достраивает вторую цепь ДНК, которая оказывается интегрирированной в реципиентную ДНК. При этом на концах встроенного элемента могут возникать ДПП различной длины. SINE-элементы не способны к самостоятельной транспозиции и используют соответствующий аппарат LINE. Рассмотренный процесс принципиально отличается от других механизмов не только транспозиции, но и других типов рекомбинации вообще тем, что здесь не происходит расщепления ДНК на концах элемента и не происходит обмена цепями ДНК.!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_29.jpg" alt=">LINE түріндегі мобильді элементті жылжыту">!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_30.jpg" alt=">Мобильдік ретро элементтерінің көлемі үлкен. биологиялық маңызы. Барлық транспозициялық элементтер сияқты, олар "\u003e Мобильді ретроэлементтердің үлкен биологиялық маңызы бар. Барлық қозғалмалы элементтер сияқты, олар хромосомалық қайта құруларды тудырады және гендік экзондарды енгізу арқылы гендерді белсендірмейді. Дрозофилада транспозициялар спонтанды мутациялардың жартысына жуығын құрайды. Бұл, бәлкім, басқа организмдердегі орны.Транспозициялық элементтердің әртүрлі реттеуші әсері бар.Мысалы, ретроэлемент интронға енгізілсе, ол транскрипцияның жүруіне әсер етуі мүмкін.Бұл жағдай Дрозофила ақ гені үшін сипатталған.Ва мутантта ретротранспозон болды. екінші интронға енгізілді, бұл балама транскрипттердің тұтас жиынтығының пайда болуына әкелді.Осыған сәйкес геннің толық инактивациясы болмады және өрік түсті көздер алынды.Тағы бір мысал - Дрозофиладағы антеннапедиялық гомеотикалық мутация.Бұл жерде. жағдайда жылжымалы элемент геннің екінші интронына да біріктірілді, ал ген экспрессиясының өзгеруі антенналардың орнына қосымша мүшелер болып шығуына әкелді. Омыртқалы жануарларда ретроэлементтер канцерогенезді индукциялауда маңызды рөл атқарады. Олар прото-онкогендерден бұрын хромосомаға біріге алады және олардың реттеуші элементтерінің арқасында прото-онкогендерді белсендіреді, осылайша жасушаның бақыланбайтын бөлінуін ынталандырады. Прото-онкогендер дамудың бастапқы кезеңдерінде ғана жұмыс істейтін гендер (көбінесе жасушалық циклді реттейтін гендер), содан кейін оларды өшіру керек.
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_31.jpg" alt=">The D.virrosophila және D.melrosophila өкілдері. басқа организмдерден айырмашылығы теломерлер түзіледі"> У представителей рода Drosophila, D.melanogaster и D.virilis теломеры, в отличие от других организмов, формируются путем последовательных транспозиций двух элементов LINE-типа: HeT-A и TART. Ретровирус HIV-1 вызывает у человека синдром иммунодефицита. Гомеозисная мутация antennapedia!}
Src="https://present5.com/presentacii-2/20171213%5C40718-mobil_n_e_element_ffm.ppt%5C40718-mobil_n_e_element_ffm_32.jpg" alt=">Эукариоттардың маңызды бөлігіндегі мобильді элементтердің тіркелуі Дрозофилада - 20%,"> На долю подвижных элементов у эукариот приходится значительная часть генома: у дрозофилы – 20%, у человека – около половины. Перемещение мобильных элементов находится под жестким контролем как со стороны самих элементов, так, по-видимому, и со стороны организмов-хозяев. Частота транспозиции достаточно низка – в среднем 10-4-10-7 транспозиций на клетку за клеточную генерацию.!}
Жүктелуде...
