Плазмиды как внехромосомные генетические элементы

Способные к автономному поддержанию в цитоплазме бактерий или существованию в интегрированном в хромосому состоянии, откуда они могут свободно выходить в цитоплазму (иногда с фрагментами хромосомы). Некоторые хромосомы могут распространяться в бактериальной популяции между ее членами. Плазмиды определяют ряд важных свойств бактерий:

Являются факторами фертильности — определяют донорский фенотип клетки.

Контролируют резистентность к антибиотикам, сульфаниламидам, катионам тяжелых металлов, бактериоцинам, бактериофагам, к сыворотке крови.

Чувствительность к бактериоцинам.

Синтез тиамина, пролина, внеклеточной ДНКазы и др.

Синтез антибиотиков и бактериоцинов.

Метаболизм углеводов, углеводсодержащих соединений, галогеновых соединений, белков.

Фиксацию азота.

Продукцию токсинов, гемолизина, антигенов колонизации, капсулы.

В последнее время природа факторов внехромосомной наследственности Микроорганизмов приобрела особый интерес в связи с появлением данных о возможности использования плазмид в качестве векторов эукариотных генов. Такая возможность открывает неограниченные перспективы для генетического моделирования не только при решении проблем молекулярной биологии, но и в практическом аспекте, в частности в медицинской микробиологии и иммунологии (создание новых бактерийных профилактических и лечебных препаратов) и микробиологической промышленности.

Большой опыт экспериментального мутагенеза на модели бактерий и вирусов способствовал раскрытию генетических и молекулярных механизмов регуляции функций внехромосомных элементов. Их способность включаться в хромосому и формировать комплексы «замещенных» плазмид широко используется в экспериментальной биологии и генетике. Замещенные плазмиды несут фрагменты хромосомы бактерии-хозяина и в автономном состоянии функционируют под контролем регуляторных механизмов бактериальной клетки. Расширение методических и технических возможностей экспериментальных исследований в области молекулярной биологии позволяет целенаправленно использовать генетические модели в решении важных практических задач.

Определились реальные пути более гибкого вмешательства в процессы физиологически нормального генетического обмена у бактерий, осуществляемого с участием внехромосомных элементов, способствующих конъюгации, формированию рекомбинантов, передаче генетического материала путем трансдукции умеренными фагами, мобилизации нетрансмиссивных элементов плазмидами, имеющими в своей структуре «гены трансмиссивности», и сочетания с этими генами фрагментов хромосомы с последующим переносом вновь формирующихся структур и их ассоциаций в клетки реципиентов. Актуальное значение приобретает исследование механизмов взаимодействия внехромосомных элементов с хромосомой и между собой в естественных или сконструированных искусственно полиплазмидных системах. Подчинение этих систем общим регуляторным механизмам на уровне клетки и популяции микроорганизмов выдвигает новые проблемы: изучение специфических особенностей полиплазмидных популяций при наличии дополнительных генетических факторов, не обязательных для воспроизведения жизнеспособного потомства, и возможностей практического использования искусственно обогащенного генома популяций бактерий.

В последнее десятилетие интенсивно накапливаются данные о генетической природе и биологических особенностях плазмид, с которыми непосредственно связана патологическая активность бактерий. Это — элементы Hly, Ent, Vir, сведения о которых в мало обобщены. Практическое значение в инфекционной патологии приобретают «вторичные» процессы при ожоговых заболеваниях и постхирургических осложнениях, возникающих в связи с неограниченно возрастающей множественностнной лекарственной устойчивостью возбудителей этих процессов, контролируемой трансмиссивными и нетрансмиссивными факторами инфекционной резистентности. Менее полно изучены, но не менее важны плазмиды, контролирующие патогенные свойства стафилококков, стрептококков, псевдомонад.

В настоящее время на основе использования трансмиссивных эписом интенсивно разрабатывается новое направление исследований — «генетическая инженерия» и как Специальный раздел этого направления — «генная инженерия». Последняя представляет собой область прикладной молекулярной генетики и биологии, развитие которой только начинается. Однако первоисточником «сырья» для осуществления конкретных задач конструирования новых биологически активных молекул являются внехромосомные элементы, способные функционировать в виде самостоятельных оперонов и репликонов. Они сохраняют эту функцию в гетерологичных системах микроорганизмов и, что особенно привлекает «биоинженеров», — в системах эукариотов.