Высокая частота рекомбинации

Я уже не раз говорил, что передача генов от одной клетки к другой происходит очень редко. Но роль фактора плодовитости в жизни бактерий не ограничилась только этим. В 1950 году Кавалли-Сфорца выделил линию бактерий с необычным свойством. До сих пор генетики отмечали, что передача генов от одной клетки к другой происходит крайне редко. Можно смешать сто тысяч или даже миллион мужских и женских клеток, и лишь у одной из пар мужская особь передаст свои гены в женскую клетку, после чего произойдет рекомбинация. Во всех остальных случаях клетки подходят друг к другу, соединяются мостиком, но, кроме полового фактора, из клетки в клетку ничего не передается. Однако линия Кавалли-Сфорца отличалась фантастически высокой частотой рекомбинаций — в тысячи раз большей, чем у обычных линий. Ученый назвал необычные клетки эйч зф ар (Hfг). Расшифровывалось название просто — по первым буквам английских слов: high frequency of recombination («высокая частота рекомбинации»).

У этих клеток имелось и другое необычное свойство. Хотя они произошли от мужских клеток, способность заражать женские клетки половым фактором они потеряли. Можно было думать, что фактор пола в них вообще исчез. Но через некоторое время удалось превратить часть клеток Hfr в обычные мужские F+ клетки, и эти F+ клетки сразу потеряли способность высокой частоты рекомбинации.

Загадка исчезновения, а затем появления фактора плодовитости оставалась невыясненной.

Решение ее пришло из исследований Жакоба и Вольмана. Их гипотеза была проста. Свободный фактор плодовитости может подходить к хромосоме бактерии и прикрепляться к ней. Как только он прикрепился к хромосоме, она становится высокоактивной и может проникать в женскую бактерию при конъюгации, то есть при возникновении мостика между двумя бактериями. Хромосома без довеска не деятельна. Это и определяет свойство высокой частоты рекомбинации. Так как фактор пола прикреплен, то понятно, что он от клеток Hfr не передается к F- клеткам. Но лишь только фактор пола отцепится от хромосомы, как она, во-первых, потеряет свойство Hfr, а во-вторых, восстановит способность «заражать» женские бактерии свободными F-факторами, что и отмечалось в опытах. Путем хитроумных экспериментов Вольман и Жакоб доказали, что их гипотеза верна.

Так механизм пола у бактерий получил законченное объяснение. Все непонятные факты были сведены в единую схему. Клетки бактерий делятся на два пола — женский и мужской. Отличие мужских клеток заключается в том, что они несут одну или несколько частиц фактора плодовитости, который легко передается женским клеткам, превращая их в мужские. Мужские клетки, у которых F-фактор свободен, не могут передавать свою хромосому в женские клетки. Но иногда, очень редко (в одной клетке из ста миллионов), фактор пола прикрепляется к бактериальной хромосоме, и тогда она получает возможность проникать в женскую бактерию.

До Кавалли-Сфорца микробиологи не умели выделить чистые линии Hfr, поэтому им казалось, что процесс рекомбинации осуществляется редко. На самом деле, клетки, в которых фактор пола соединен с хромосомой, будут осуществлять рекомбинацию с большой частотой, но вот само присоединение происходит редко (в среднем у одной бактерии на сто миллионов).

Оставалось понять, почему же хромосомы мужских клеток со свободными F-факторами не передаются женским клеткам, а такой возможностью обладают лишь Hfr клетки, где F-фактор сидит на хромосоме. Это стало ясно после изучения полярности переноса генов.