Есть ли хромосомы у вирусов

Информация

Добавить в ЗАКЛАДКИ

Хромосомы животных

Хромосомы — участки дезоксирибонуклеиновой кислоты, обособляющиеся прн делении клеток. Число их характерно для определения вида животного или вида растений.[ . ]

У животных полиплоидия очень редка. Она встречается у земляных червей, размножающихся партеногенетически (обнаружены полиплоидные ряды с основными числами 11, 16, 17, 18 и 19 хромосом), у некоторых членистоногих, рыб и земноводных. В частности, она описана у морских креветок АНюта ваНуапа. Женские особи саламандр отдельных видов, которые имеют крупные эритроциты с ядрами, продуцируют триплоидные личинки с 42 хромосомами, тогда как саламандры с малыми ядерными эритроцитами продуцируют диплоидные личинки с 28 хромосомами. Все тихоокеанские лососевые рыбы являются полиплоидами.[ . ]

У бактерий, таких, как E. coli, хромосома содержит 10° пар нуклеотидов, что соответствует примерно 1000 генам, тогда как ядра растений и животных содержат гораздо большие количества ДНК. Следовательно, ДИК, содержащейся в ядре Vicia faba, достаточно для кодирования около 25-106 генов.[ . ]

Совокупность генов, локализованных в хромосомах гаплоидного набора, называют геномом, нередко этим термином обозначают комплекс ядерно-генетических свойств клетки (организма). Число геномов, состоящих из различающихся по форме и величине гомологичных хромосом, можно определять по морфологическим признакам последних. Число хромосом — один из наиболее постоянных признаков при определении таксономического положения видов растений и животных. Закон специфичности числа хромосом был сформулирован впервые Т. Бовери в 1909 г. Начиная с этого времени морфологию хромосом стали использовать наряду с другими признаками в систематике. В некоторых случаях этим методом удавалось разрешить сложные таксономические проблемы.[ . ]

Клеточные органеллы. Эти структуры представлены ядром, хромосомами, ядрышком, центриолями, митохондриями, рибосомами, лизосомами. Они характерны за некоторыми исключениями как для клеток животных, так и для клеток растений.[ . ]

Однако у многих раздельнополых растений, беспозвоночных, животных, рыб, птиц и всех млекопитающих различия между хромосомами мужских и женских особей связаны не с количеством хромосом, а с их качественным составом. Например, соматические клетки мужских и женских особей Б. те1аш аз1ег несут по четыре пары хромосом. Как у самцов, так и самок три пары хромосом являются одинаковыми и их называют аутосомами, но члены четвертой пары у самцов и самок неодинаковы по строению, ибо у самок оба члена этой пары являются прямыми палочковидными образованиями (Х-хромосомы), тогда как у самцов один член пары является прямым палочковидным образованием (Х-хромосома), а второй — изогнутым (У-хромосома). Все одинаковые хромосомы у самцов и самок называют аутосомами (А), тогда как хромосомы X и У получили название половых хромосом. Все яйцеклетки плодовой мушки несут четыре хромосомы (ЗА+Х), из которых три являются аутосомами, четвертая — Х-хромосомой. Напротив, сперматозоиды.также обладают четырьмя хромосомами, но они наполовину несут Х-хромосому (ЗА+Х) и наполовину — У-хромосому (ЗА+¥). Оплодотворение любой яйцеклетки сперматозоидом, обладающим Х-хромосомой, дает начало зиготе женского типа (6А+ХХ), тогда как оплодотворение любой яйцеклетки сперматозоидом, обладающим У-хромосомой, дает начало зиготе мужского типа (6А+ХУ).[ . ]

Вместе с тем данные генетических исследований на растениях и животных, а также на хромосомах слюнных желез Drosophila, где каждый диск, вероятно, соответствует одному гену, показывают, что число функциональных генов, кодирующих белки, не превышает нескольких тысяч. Представляется также удивительным, что очень близкие виды растений сильно различаются по содержанию ДНК. Так, клетки Vicia faba содержат в 7 раз больше ДНК, чем близкородственный вид V. sativa, хотя не ясно, зачем первому виду необходимо большее число генов.[ . ]

Клетка состоит из наружной клеточной мембраны, цитоплазмы с органеллами и ядра. Животные и растительные клетки в своем строении имеют особенности. Некоторые из составных элементов клеток, например как хлоропласты и вакуоли, характерны только для растительных клеток, которые имеют кроме мембраны еще и оболочку (рис. 25). Важнейшим элементом клетки для осуществления функций самовоспроизведения и наследственности является ядро — центр регуляции жизнедеятельности клетки. Ядро заполнено кариоплазмой, содержащей молекулы ДНК; в ядре происходит синтез ДНК, РНК, рибосом. Перед делением ДНК образуют комплексы с белком, формируя хромосомы (рис. 26). Число хромосом для каждого вида организма постоянно, это собственно и определяет возможность появления живых организмов одного и того же вида в процессе размножения (рис. 27).[ . ]

Гибридизация соматических клеток — это метод, основанный на том, что соматические клетки животных способны к гибридизации, при которой образуются гибриды клеток, в ядрах которых содержится набор хромосом обеих сходных клеточных линий, т. е. гибриды являются полиплоидами. В процессе роста гибриды могут терять отдельные хромосомы. Для гибридов, полученных из скрещиваний соматических клеток человека с соматическими клетками млекопитающих, характерно то, что преимущественно теряются человеческие хромосомы. Следовательно, наблюдение одновременной потери той или иной хромосомы и признака указывают на локализацию гена, контролирующего признак в данной хромосоме. В исходных скрещиваниях можно использовать также клетки человека с частично удаленными из них хромосомами. Метод имеет ограничения, определяемые невозможностью экспрессии чужеродных генов в гибридах.[ . ]

Открытие нерасхождения хромосом явилось окончательным доказательством в начале нашего века того, что гены локализованы на хромосомах. Однако теперь, когда с тех пор прошло много времени и когда к этому открытию возможен другой подход, можно сформулировать другое заключение. Фундаментальное значение открытия нерасхождения хромосом состоит в том, что оно положило начало изучению хромосомных мутаций и их механизмов. Можно добавить также, что оно означало объединение генетики и цитологии, т. е. формирование цитогенетики, оказавшейся в наше время исключительно плодотворной при изучении наследственности и наследственной патологии животных, растений и особенно человека (см. гл.[ . ]

Ни нуклеиновые кислоты, ни белки в отдельности не являются субстратами жизни. В настоящее время считают, что субстратом жизни являются нуклеопротеиды. Они входят в состав ядра и цитоплазмы клеток животных и растений. Из них построены хроматин (хромосомы) и рибосомы. Они обнаружены на протяжении всего органического мира — от вирусов до человека. Можно сказать, что нет живых систем, не содержащих нуклеопротеидов. Однако важно подчеркнуть, что нуклеопротеиды являются субстратом жизЯи лишь тогда, когда они находятся в клетке, функционируют и взаимодействуют там. Вне клеток (после выделения из клеток) они являются обычными химическими соединениями. Следовательно, жизнь есть, главным образом, функция взаимодействия нуклеиновых кислот и белков, а живым является то, что содержит само-воспроизводящую молекулярную систему в виде механизма воспроизводства нуклеиновых кислот и белков.[ . ]

Решающее прямое доказательство генетической рюли ДНК было обеспечено разработкой методов генной инженерии, создавшей возможность конструирования рекомбинантных молекул ДНК с заданными свойствами. К настоящему времени возможности генной инженерии показаны на примере клонирования многих генов самых различных организмов. Что касается косвенных доказательств, то они известны очень давно и их несколько. Для ДНК характерна специфичность локализации в клетках, поскольку она обнаруживается только в ядрах клеток (хромосомах), митохондриях (у животных) и хлоропластах (у растений). У многих микроорганизмов ДНК локализована только в ядерной области (нуклеоиде) или в цитоплазме в виде плазмид. Для организмов каждого вида характерно определенное количество ДНК на клетку (табл. 10).[ . ]

Генетический материал эукариот имеет сложную надмолекулярную организацию, определяющую формирование хромосом. Кроме того, в клетках различных организмов обнаружены экстрахромосомные (внеядерные, цитоплазматические) молекулы ДНК.

Хромосомы вирусов и прокариот

Генетический материал зрелой вирусной частицы (вириона) представлен одной молекулой нуклеиновой кислоты (ДНК либо РНК), которая окружена защитной белковой оболочкой (капсидом). Наряду с вирусами, содержащими двухцепочечную либо одноцепочечную молекулу ДНК в замкнутой (кольцевой) форме, имеются представители, у которых эта молекула является незамкнутой (линейной) структурой и также может быть двухцепочечной либо одноцепочечной. В случае РНК-содсржащих вирусов известны как одноцепочечные, так и двухцепочечные варианты молекул РНК. Размеры хромосом таких вирусов значительно меньше, чем у большинства ДНК-co держащих вирусов, и чаше всего варьируют в пределах от 3 000 до 7 000 рибонуклеотидов.

Молекулы вирусных ДНК как правило имеют длину от 0,5 до 100 микрометров (мкм), тогда как длина вирионов обычно колеблется от 0,02 до 0,3 мкм. Столь явное несоответствие между размерами генетического материала и вмещающего его белкового капсида устраняется путем многократного закручивания молекулы ДНК вокруг оси ее спирали, что приводит к образованию значительно более короткой по длине суперспирализованной (суперзакрученной) структуры, формирующей хромосому вируса (рис. 5.32).

Рис. 5.32. Супсрспирализованная молекула ДНК: а - принцип строения суперзакрученной молекулы ДНК, превращающейся в открытую кольцевую форму при разрыве одной цепочки молекулы; б - электронная микрофотография открытой и закрытых молекул ДНК бактериофага

В результате образования супервитков линейные размеры вирусной хромосомы оказываются в несколько сотен раз меньше, чем размеры составляющей ее ДНК. Это наглядно демонстрирует электронно-микроскопическое изображение бактериофага (фага) Т2 после его последовательной обработки гипертоническим солевым раствором и дистиллированной водой (осмотического шока) (рис. 5.33). Такая обработка привела к разрыву белкового капсида фага и освобождению его молекулы ДНК, которая ранее была плотно упакована в хромосомную структуру. Измеренная длина этой молекулы составила около 50 мкм, что более чем в 500 раз превышает размеры фаговой головки, в которой она находилась.

Рис. 5.33. Электронная микрофотография молекулы ДНК бактериофага Т2, подвергнутого действию осмотического шока

Весьма незначительные размеры геномов мелких вирусов позволяют им кодировать лишь единичные белки, синтезируемые метаболической системой клетки-хозяина, в которую проник генетический материал вируса.

Так, например, в РНК самого мелкого из известных вирусов, выделяемого при некрозе листьев табака, которая состоит из 1 200 рибонуклеотидов, был обнаружен лишь один структурный ген, кодирующий белок оболочки этого вируса. Вместе с тем ДНК мелкого фага 3 пар нуклеотидов) благодаря наличию в ней перекрывающихся генов кодирует 9 различных белков, обеспечивающих формирование зрелых фаговых частиц. С другой стороны, хромосомная ДНК достаточно крупного фага Т4 (1,8 х 10 5 пар нуклеотидов) могла бы содержать не менее 100 структурных генов среднего размера (идентифицировано более 40 белков этого фага, синтезируемых зараженными клетками Е. со И).

Вирусы обладают специфичностью в отношении клеток организмов- хозяев (бактерий, растений, животных, человека), в которых они могут размножаться. После проникновения генетического материала вируса в клетку в ней начинается процесс синтеза вирусных белков и нуклеиновой кислоты на основе генетической программы этого вируса и с помощью метаболической системы хозяина. При этом проникшая РНК ретровирусов служит матрицей для синтеза комплементарной вирусной ДНК по механизму обратной транскрипции, тогда как у других РНК-содержащих вирусов может происходить лишь копирование их первичного генетического материала (молекул РНК).

Возможны два основных варианта развития вируса в клетке-хозяине, которые в случае бактериальных фагов принято называть литическим н лизогенным циклами (рис. 5.34). Развитие вирулентных вирусов (фагов) обычно происходит только по литическому пути, связанному с синтезом компонентов вирусных частиц (белков, нуклеиновой кислоты), сборкой ви- рионов и последующим разрушением (лизисом) клетки-хозяина. Однако для умеренных (латентных) вирусов, примером которых является бактериофаг X, возможен и второй вариант развития, состоящий в лизогенизации клетки-хозяина (рис. 5.34). При этом ДНК вируса интегрируется в хромосому хозяина по механизму сайт-специфической рекомбинации и существует в ней в форме провируса (профага), реплицируясь и передаваясь в процессе клеточного деления дочерним клеткам как составная часть хромосомы материнской клетки. Вместе с тем под влиянием ряда индуцирующих факторов (ультрафиолет, ионизирующая радиация, различные химические агенты и др.) происходит выход вируса из интегрированного состояния, т. е. из формы провируса (профага), в автономное состояние, что приводит к его размножению и лизису клетки-хозяина (рис. 5.34). Иными словами, возможен переход с пути лизогенизации на литический путь развития вируса и обратно. Аналогичные пути развития известны и в случае ряда вирусов эукариотических клеток, в том числе для ретровируса иммунодефицита человека, являющегося причиной возникновения СПИДа.

Рис. 5.34. Два варианта возможного развития умеренного фага X в клетках Е. coli

В отличие от вирусов хромосома бактериальной клетки содержит молекулу ДНК лишь одного типа, а именно кольцевую двухцепочечную ДНК гораздо более значительных размеров (1 000-2 000 мкм длиной). Поскольку у бактерий нет настоящего ядра, то их генетический материал организован в виде ядерноподобной структуры (нуклеоида), располагающейся в цитоплазме клетки. Каждому нуклеоиду соответствует одна хромосома, т. е. бактерии являются гаплоидными организмами.

Как и у вирусов, линейные размеры генетического материала бактерий явно не соответствуют размерам структурного образования, в котором он находится. Так, например, типичные клетки Е. coli имеют форму палочек длиной 1-5 мкм и толщиной 0,4-0,8 мкм. Это несоответствие также устраняется путем супере пир ализации молекулы ДНК, формирующей хромосому нуклеоида.

В процессе упаковки молекулы участвуют несколько ДНК-связывающих белков, обнаруженных в клетках Е. coli, часть которых по своему аминокислотному составу напоминают гистоны из хромосомы эукариот.

Кроме того, в нуклеоидах этих бактерий найдена РНК, роль которой остается неясной. Посте обработки нуклеоидного комплекса Е. coli ферментами, разрушающими белки и РНК, возникают открытые кольцевые формы хромосомной ДНК, которые изучают с помощью электронномикроскопических и радиобиологических методов (рис. 5.35). При этом можно определить длину молекул.

Рис. 5.35. Радиоавтограф кольцевой молекулы ДНК хромосомы Е. coli. Виден участок начавшейся репликации молекулы

Размеры хромосомного генома бактерий позволяют им иметь более значительное, чем у вирусов, количество структурных генов для синтеза белков, обеспечивающих все процессы жизнедеятельности этих организмов. Так, например, хромосомная ДНК клеток Е. coli содержит 4,2 х 10 б пар нуклеотидов, что было бы достаточным для формирования примерно 4 000 генов среднего размера. К настоящему времени в единственной кольцевой хромосоме (одной группе сцепления) этих бактерий идентифицировано более 650 разных генных локусов.

В хромосомах бактерий, вызывающих инфекционные заболевания животных и человека, обнаружены различные гены, детерминирующие патогенные свойства этих бактерий (формирование антигенных структур, синтез токсинов, способность разрушать эритроциты крови и др.). Значительный клинический интерес представляют также гены устойчивости бактерий к антибиотикам и другим антибактериальным препаратам.

Когда у нас затягиваются царапина на коже, растут волосы и ногти и происходят всякие другие процессы обновления тканей, клетки нашего тела делятся. Перед началом этого процесса в них происходит копирование хромосом, чтобы при делении каждая из дочерних клеток получила свою порцию генетической информации. Для этого спирали ДНК, из которых состоят хромосомы, расплетаются и к каждой из получившихся нитей достраивается новая. Этот процесс начинается не где попало, а с особой последовательности генов, называемой точкой начала репликации. Такие точки есть у всех живых организмов, они позволяют регулировать клеточный цикл и следить за тем, чтобы копирование хромосом происходило одновременно.

Торстен Аллерс (Thorsten Allers) из университета Ноттингема (Великобритания) и его коллеги поставили опыт: они удалили точки начала репликации на хромосомах у одного из видов архей, галофераксов — Haloferax volcanii — и посмотрели, что из этого выйдет.

Живые существа делятся на три домена: эукариоты (мы относимся именно к ним), бактерии и археи. Археи знамениты своей способностью выживать в экстремальных условиях, таких как горячие источники или соленые озера. Галофераксы, например, обитают в Мертвом море.

Бардак в геноме

Геном у представителей трех доменов организован по-разному. Наиболее сложным образом — у эукариот. Например, человеческий геном разбит на 23 хромосомы, каждая из которых представлена в клетке в двух вариантах: по одной от папы и от мамы. Чтобы при делении дочерние клетки получили всю необходимую генетическую информацию, копирование всех 23 пар хромосом должно начинаться одновременно. Для этого и нужны точки начала репликации: если копирование ДНК начинается в строго определенных местах, клетке проще контролировать и время старта. На хромосомах человека точек начала репликации тысячи, если одна почему-либо не сработает, процесс может быть начат в другой точке.

У бактерий этот процесс выглядит проще: у них весь геном умещается в одной хромосоме, а ее копий в клетке может быть от одной до четырех. На каждой хромосоме есть одна точка начала репликации, и копирование ДНК всегда идет в одном направлении. Это позволяет бактериям размножаться очень быстро, например, постоянный объект всевозможных биологических экспериментов, кишечная палочка, делится раз в 25 минут.

Смертельный номер

Все мы немножко. вирусы?!

Однако это вызывает следующий вопрос: зачем галофераксу вообще нужны эти точки, если без них ему не только хорошо, но и даже лучше? Аллерс полагает, что самые первые клетки имели множество копий генома, как галоферакс, и при его копировании полагались на механизм рекомбинации.

С точками начала репликации древние клетки стали делиться медленнее, потому что копирование ДНК стало возможно начинать только в одной точке, но зато эту точку оказалось удобно использовать для регуляции клеточного цикла, чтобы контролировать время и место начала репликации. А если репликацию можно начинать в определенное время, то можно попытаться снова ускорить процесс, разбив геном на небольшие хромосомы, копирование которых будет начинаться в одно и то же время.

Возможно, этому поспособствовало то, что вместе с точками начала репликации древние клетки унаследовали от вирусов и другие механизмы, помогающие копировать ДНК и регулировать клеточный цикл. Более того, есть гипотеза, согласно которой самые первые клетки использовали для хранения и передачи наследственной информации молекулы РНК, а не ДНК. ДНК в клетки могли принести вирусы, и в какой-то момент репликационный механизм переключился с клеточной РНК на вирусную ДНК, вместе с которой клетками могли быть унаследованы и точки начала репликации.

Чем галоферакс похож на раковые клетки

Практическое применение открытия Аллерса и его коллег может лежать в области изучения раковых клеток. Галоферакс и раковые клетки — это далеко не одно и то же, однако некоторые сходства у них есть. В частности, для раковых клеток характерно большое количество копий генома и использование механизма рекомбинации, которое делает геном клетки очень нестабильным.

Екатерина Боровикова

До сих пор мы говорили о ДНК, о ее строении, о том, как она кодирует наследственные признаки, но не сказали, как устроены хромосомы у бактерий и бактериофагов.

Бурное развитие генетики и цитологии не могло обойти стороной этот вопрос. Как часто бывало и раньше, генетические эксперименты и здесь подчас опережали цитологические. Еще цитологи не умели выделить хромосомы бактерий, еще не могли рассмотреть их в электронном микроскопе, а генетики на основе своих опытов уже создавали представления о том, как построены хромосомы бактерий и фагов.

Эти представления не укладывались в привычные схемы, все изученные раньше хромосомы высших организмов — животных и растений — имели сходное строение: палочковидные структуры, по-разному искривленные, одинаково красящиеся. А в опытах генетиков с бактериями и фагами получалось, что в бактериях хромосомы вовсе не палочки, а замкнутые колечки. Это было и новым и непонятным.

Прежде чем ученые воочию убедились, что хромосомы бактерий и фагов имеют форму кольца, это много раз доказывалось косвенно — и химиками, и физиками, и генетиками. Поэтому, когда появился первый снимок хромосомы, где она действительно лежала, свернувшись в кольцо, никто особенно не обратил на это внимания.

Впервые предположение о том, что хромосомы бактерий и фагов — кольцевые, высказали Жакоб и Вольман. Произошло это следующим образом.

Английский ученый Хейс изучал процессы обмена генетическими признаками у бактерий. Он скрещивал между собой разные бактерии и смотрел, что получается. Были у него, скажем, бактерии, которые могли развиваться в присутствии стрептомицина (их называли устойчивыми к стрептомицину мутантами) и, кроме того, имели еще одну мутацию А+. Хейс решил скрестить их с бактериями, не растущими в присутствии стрептомицина и имеющими мутацию А-.

Оказалось, что от такого скрещивания можно получить клетки, имеющие сразу мутацию А — и устойчивость к стрептомицину. А вот получить клетку с мутацией А+ и чувствительностью к стрептомицину не удалось ни разу. Выходило, что бактерии были как бы разными. Одни из них передавали свои признаки, другие — нет.

Хейс назвал эти бактерии мужскими и женскими. Из своих опытов он сделал и другой важный вывод: существует полярность передачи признаков. Когда половые клетки высших организмов оплодотворяют друг друга, их хромосомы попросту сливаются. У бактерий дело обстоит иначе. Из клетки отца мужская хромосома проникает внутрь женской, и можно по часам отмечать вступление новых и новых генов внутрь материнской клетки. Спустя 10 минут после начала контакта между клетками в женскую клетку входит ген А, спустя 15 минут — Б, еще через пять минут — В и так далее, пока за полтора-два часа все гены от одной клетки не переходят к другой.

Оба предположения Хейса впоследствии подтвердились.

Ученые выделили много женских и мужских линий и напали интенсивно их скрещивать. Тут и получился казус, который нельзя было объяснить иначе, чем предположением, что хромосома бактерий существует в виде кольца.

Чтобы не вдаваться в тонкости генетических терминов и обозначений, предположим, что мы перенумеровали все гены в хромосоме бактерии. Их получилось двадцать. Если бы в клетке была одна хромосома в виде палочки, то признаки бактерий всегда передавались бы следующим образом: сначала первый, затем второй — и так далее, вплоть до двадцатого. Но оказалось, что в разных опытах гены передавались по-разному. Иногда, действительно, вначале шел первый, а за ним другие: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, а иногда передача начиналась откуда-нибудь с середины, например: 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, а потом обрывалась.

Когда накопилось много сведений о порядке передач признаков, были получены примерно такие ряды:

9, 10, 11, 12, 13, 14

16, 17, 18, 19, 20, 1,2, 3.

Пока этих рядов не накопилось достаточно, у ученых создавалось впечатление, что гены в хромосомах бактерий расположены беспорядочно.

Но когда к этим рядам присмотрелись внимательнее, то увидели важную особенность. Их, действительно, можно было свести в один ряд, если предположить, что хромосома бактерии представляет собой кольцо, которое можно разорвать в любом месте, и поэтому любой из генов может быть передан первым.

Когда фактор пола присоединяется к хромосоме, она разрывается и фактор пола начинает играть роль толчка. Это напоминает обычную картину на Волге. Плывет длинная-длинная огромная баржа, к корме которой прилип буксир-толкач. Кажется, что такая малютка и не сдвинет с места громадную баржу, но на самом деле толкач как-то незаметно подталкивает ее сзади, и она бодро движется по волжским волнам.

Разными способами и путями ученые подтвердили справедливость предположения, что хромосомы бактерий — кольцевые. А сейчас для целого ряда бактерий известен даже порядок расположения генов в кольцах. Некоторые бактерии, обитающие в пищеварительном тракте, например кишечная палочка и сальмонелла, так похожи, что когда смотришь на их хромосомы, то с первого взгляда не замечаешь разницы — так совпадают в них гены. Лишь кое-где можно заметить небольшие несовпадающие кусочки.

Так на молекулярном уровне стало оправдываться давно высказанное положение, что эволюция шла за счет еле заметных, точечных изменений наследственности. Предположение это было высказано еще Дарвиным, а затем твердо установлено выдающимся советским генетиком профессором Сергеем Сергеевичем Четвериковым в 1926 году.

Среди ферментов, обнаруженных в клетке, были найдены такие, которые разрушали ДНК. Но каждый из них делал это по-разному: одни рвали ДНК в середине, другие отщепляли нуклеотиды с концов, третьи разделяли полимерную молекулу на одинаковые куски. Когда Синсхаймер попытался оторвать от ДНК фикса нуклеотиды с конца молекулы с помощью соответствующего фермента, у него, к его удивлению, ничего не вышло. С концов хромосомы ничего не отрывалось.

После этого все прежние неудачи стали понятны. Конечно, дело не в белке и не в чем-либо другом. Просто фермент рвет ДНК с концов, а у ДНК фикса никаких концов нет. Хромосома этого фага кольцевая.

С этого в сущности и начался поток доказательств в пользу того, что у разных фагов хромосомы существуют в форме кольца. В самое последнее время сообщений, что то у одного, то у другого фага обнаружены кольцевые хромосомы, стало появляться все больше. Особенно интересны работы группы исследователей, из Иллинойского университета М. Хайаши, М. Н. Хайаши и С. Спигельмана. Эти авторы подтвердили кольцевидность хромосом фага и сфотографировали их. Кроме того, они подошли вплотную к решению очень важных вопросов: со скольких ниток ДНК, с одной или с двух, читается генетическая информация, и как размножается ДНК — удвоением одной или сразу двух нитей.

Возник вопрос: что же, в клетке читаются обе нити — и смысловая, и бессмысленная? И если обе, то зачем нужна бессмысленная?

Когда Синсхаймер обнаружил, что в фиксе нуклеиновая кислота представлена только одной нитью, вывод напрашивался сам собой: нужна только одна нить. Обходится же фикс одной нитью.

Вскоре американский биохимик Берг провел синтез РНК в пробирке и засвидетельствовал: да, обе нити ДНК участвуют в образовании мессенджера. Вроде бы все стало ясным.

Однако процессы внутри клетки могут идти совсем по-другому, чем в пробирке. Как узнать, что происходит в клетке?

На этом этапе исследований снова оказалась очень удобной модель фага фикс. Ведь у зрелого фага только одна нить ДНК. А в клетке, зараженной этим фагом, находятся только двойные нити ДНК этого же фага, их репликативные формы. Если суметь выделить из клетки отдельно репликативные формы фаговой ДНК, информационную РНК фага и после этого суметь сцепить И-РНК с ДНК, то, наверное, все определится? К этому времени был разработан метод так называемой гибридизации нуклеиновых кислот. Две нити, родственные друг к другу, сцеплялись водородными нитями и образовывали двухнитевую структуру. Если же нити не были родственны друг другу, то таких гибридов не образовывалось.

В лаборатории Спигельмана начали изучать синтезы информационной РНК в клетках, зараженных фиксом, затем вынимать эту РНК и пытаться сцепить с однонитчатой и двунитчатой ДНК (с репликативной формой). Были проделаны тончайшие эксперименты.

И в результате оказалось, что фаговая И-РНК похожа только на одну из ниток репликативной формы, причем совсем не на ту, которая пришла из частицы фага, заразившей клетку. Получалось, что синтезировалась эта И-РНК на достроенной в клетке копии исходной молекулы ДНК.

Значит, действительно в клетке происходит одно, а в пробирке другое? Авторы решили определить, в чем разница. Оказалось, что дело в форме, в которой существует ДНК. В опытах Берга были взяты не кольцевые, а линейные молекулы ДНК. Спигельман и Хайаши доказали, что репликативная форма представляет собой кольцо. И пока она не нарушена, не разорвана — синтез будет идти только с одной нити.

Правда, в августе 1964 года американский исследователь Гейдушек и его сотрудники показали, что основную роль играет не столько то, нарушено кольцо или нет, сколько то, как сильно изогнута ДНК.

Но так или иначе, доказательство Спигельмана и Хайши, что характер синтезов копий ДНК зависит не только от последовательности оснований в молекуле, но и от формы самой молекулы, оказалось очень важным. Попутно Спигельман и Хайаши сфотографировали в электронном микроскопе кольцевую репликативную форму ДНК фага и даже взвесили ее на весах и измерили длину ее окружности. Весит кольцо 6,4·10 6 кислородных единиц или 0,000 000 000 000 000 01 грамму, а длина окружности кольца равна 1,89 микрона. Авторы подсчитали, что в таком кольце сидит 5600 пар оснований. Это хорошо согласовывалось с ранними оценками числа оснований, полученными из длины разорванного кольца; по ним выходило, что в ДНК фага 5500 ,пар оснований.

Мы рассказали о маленьком фаге фиксе, но сегодня уже известно, что и такой большой бактериофаг, как Т4, также имеет кольцевую хромосому. Тот же результат получен и для вирусов животных. Кольцевая хромосома найдена в вирусе поли-омы. Можно ожидать, что скоро список расширится и станет ясно, все ли фаги и вирусы имеют кольцевые хромосомы.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Читайте также:

Пожалуйста, не занимайтесь самолечением!
При симпотмах заболевания - обратитесь к врачу.