Половое размножение, или генетическая рекомбинация

у бактерий наблюдается половое размножение, но в самой примитивной форме. Половое размножение бактерий отличается от полового размножения эукариот тем, что у бактерий не образуются гамет и не происходит слияния клеток. Однако главнейшее событие полового размножения, а именно обмен генетическим материалом, происходит и в этом случае. Этот процесс называется генетической рекомбинацией.

Часть ДНК (очень редко вся ДНК) клетки донора переноситься в клетку реципиент, ДНК которой генетически отличается от ДНК донора. При этом перенесённая ДНК замещает часть ДНК реципиента. В процессе замещения ДНК участвуют ферменты, расщепляющие и вновь соединяющие цепи ДНК. При этом образуется ДНК, которая содержит гены обоих родительских клеток. Такую ДНК называют рекомбинантной. У потомства, или у рекомбинантов

, наблюдается заметное разнообразие признаков, вызванное смешением генов. Такое разнообразие признаков очень важно для эволюции и является главным преимуществом полового размножения.

Существуют 3 способа получения рекомбинантов:

трансформация:

При трансформации клетки донора и реципиента не контактируют друг с другом. При трансформации из клетки донора выходит небольшой фрагмент ДНК, который активно поглощается клеткой реципиентом и включается в состав её ДНК, замещая в ней похожий, хотя не обязательно идентичный фрагмент. Трансформация наблюдается лишь у немногих бактерий, в том числе и у некоторых так называемых «компетентных» штаммов пневмококков, у которых ДНК может проникать в клетку реципиент.

конъюгация:

Это перенос ДНК между клетками, непосредственно контактирующими друг с другом. В отличие от трансформации и трансдукции при этом может обмениваться значительная часть донорной ДНК. Донорная способность клеток определяется генами, находящимися в небольшой кольцевой молекуле ДНК, которую называют половым фактором или F-фактором (F – английская буква «fertility» -- плодовитость). Это своеобразная плазмида, которая кодирует белок специфических фимбрий, называемых F-пилями или половыми пилями. F-пили облегчают контакт клеток друг с другом. Молекула ДНК состоит из 2-х цепей. При конъюгации одна из цепей 2-хцепочечной ДНК F-фактора проникает через половую фимбрию клетки-донора (F+) в клетку реципиент (F-). В клетке-доноре сохраняется F-фактор, который реплицируется в ней, пока в клетке-реципиенте синтезируется её собственная копия. Так постепенно вся популяция клеток становится F+-клетками. Клетки доноры могут спонтанно утрачивать F-фактор и становиться, таким образом,F- --клетками.

F-фактор интересен ещё и потому, что иногда (примерно в 1 случае из 100.000) он встраивается в молекулу ДНК основной клетки-хозяина. Тогда при конъюгации переноситься не только F-фактор, но также и остальная ДНК. Этот процесс занимает примерно 90 минут, но клетки могут расходиться и раньше, до полного обмена ДНК. Такие штаммы постоянно передают всю или большую часть своей ДНК другим клеткам. Эти штаммы называют Hfr-штаммами, потому что донорная ДНК таких штаммов рекомбинирует с ДНК реципиента.

трансдукция:

При трансдукции небольшой 2-хцепочечный фрагмент ДНК попадает из клетки-донора в клетку- реципиент вместе с бактериофагом.

Некоторые вирусы способны встраивать свою ДНК в ДНК бактерий; такая встроенная ДНК реплицируется одновременно с ДНК хозяина и передаётся от одного поколения бактерий к другому. Время от времени такая ДНК активизируется и начинает кодировать образование новых вирусов. ДНК бактерии разрывается, а высвобожденные фрагменты иногда захватываются внутрь вирусных частиц, порой даже вытесняя ДНК самого вируса. Такие новые «вирусы», или трансдуцирующие частицы, затем переносят ДНК в клетки других бактерий.

Вирусы – это мельчайшие живые организмы, размеры которых варьируют в пределах примерно от 20 до 300 нм. Вирусы не способны воспроизводить себя вне клетки хозяина. Они находятся на самой границе между живыми и неживыми.

Вирусы могут воспроизводить себя только внутри живой клетки, поэтому они являются облигатными паразитами. Попав внутрь клетки-хозяина, они инактивируют хозяйскую ДНК и, используя свою собственную ДНК или РНК, дают клетке команду синтезировать новые копии вируса. Вирусы передаются из клетки в клетку в виде инертных частиц.

Жизненные циклы большинства бактерий схожи. А вот в клетку они проникают по-разному, поскольку в отличие от вирусов животных бактериальным и растительным вирусам приходиться проникать ещё через клеточную стенку. Проникновение в клетку не всегда происходит путём инъекции, и не всегда белковая оболочка вируса остаётся на внешней поверхности клетки.

Попав внутрь клетки-хозяина, некоторые фаги не реплицируются. Вместо этого их ДНК включается в ДНК хозяина. Здесь эта нуклеиновая кислота может оставаться в течение нескольких поколений, реплицируясь вместе с собственной ДНК хозяина. Такие фаги известны под названием умеренных фагов, а бактерии, в которых они затаились, называются лизогенными. Это означает, что потенциально бактерия может лизироваться, но лизиса клеток не наблюдается до тех пор, пока фаг не возобновит свою деятельность. Такой неактивный фаг называется профагом или провирусом.