Кольцевые хромосомы бактерий

К тому времени, когда Жакоб и Вольман закончили свои опыты с полярностью передачи признаков, в генетике бактерий наметилась ситуация, принимавшая характер небольшого скандала. Хейс, Кавалли-Сфорца и Ледерберг, Жакоб и Вольман и многие другие всерьез пытались картировать хромосомы бактерий, используя для этого «метод часов» (помните, на восьмой минуте в клетку F- переползает ген L, на восьмой с половиной — ген Az, и так далее). До тех пор пока речь шла о хромосоме, исследуемой одним автором, все было гладко, но стоило сопоставить карты хромосомы кишечной палочки, составленные в разных лабораториях, как картина резко менялась.

Скажем, Жакоб и Вольман так определяли расположение генов у кишечной палочки:

Расположение генов в бактериальной хромосоме, обнаруженное Жакобом и Вольманом.

Если верить в то, что гены в хромосомах не скачут, как воробьи на телеграфном проводе, а имеют свое вполне определенное место, то все другие исследователи должны были получить то же самое. Но вот этого-то как раз и не было. У штамма Кавалли-Сфорца был свой порядок генов, ничуть не похожий на порядок генов штамма Вольмана. Хейс предлагал свою карту, Скаар и Гэрен — свою, и т. д. В довершение всего Вольман и Жакоб изучили еще 10 штаммов Hfr, и каждый из этих десяти имел свое генетическое лицо.

Ученые и так и сяк прилаживали одну карту к другой, пытаясь свести концы с концами, но безрезультатно. Отдельные куски совпадут, зато в других участках — разнобой.

Раздались голоса, что, дескать, не зря нас уверяли, будто в бактериях все не так. Там и гены свободно гуляют по хромосомам, и вообще одни чудеса.

А ларчик просто открывался. И поняли «секрет» Жакоб и Вольман.

Не будем вдаваться в тонкости генетической кухни бактериологов и попросту перенумеруем все гены на любой из первых попавшихся карт. Получим натуральный ряд чисел:

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13...

У следующего штамма всякая натуральность исчезала. Первым передавался какой-нибудь 17 ген, потом до 20 гена все шло хорошо, а затем — 1, 2, и до пятого, потом обрыв. Тогда Жакоб и Вольман выписали цифры для всех штаммов Hfr. Получились такие ряды:

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
10, 11, 12, 13, 14,15
13, 14, 15, 1, 2
3, 4, б, 6, 7, 8, 9, 10
6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13.

Можно ли из них сделать единую группу сцепления? Для этого они написали все ряды так, чтобы аналогичные цифры стояли друг под другом. При этом некоторые ряды цифр пришлось переставить (были 3, 2, 1, 20, 19, 18, 17 - сделали 17, 18, 19, 20, 1, 2, 3).

Образовалась интересная лесенка, которую уничтожили простым способом. Ученые представили хромосому в виде кольца. И нанесли на окружности все цифры. Получилась такая структура:

Кольцевая хромосома бактерий.

Дальше все было просто. Первый штамм получится, если кольцо разорвется между 1 и 20 геном, и F-фактор присоединится к 20 гену; тогда первым передастся ген 1, следующим — ген 2, и т. д.

Точно так же можно себе представить возникновение и всех остальных штаммов. Стало ясно и то, почему у некоторых штаммов гены шли «задом наперед». Фактор плодовитости может присоединиться к 20 гену (тогда первым передастся первый ген, за ним второй, и т. д.), но может присоединиться и к другому концу (тогда все пойдет наоборот: 20, 19, 18, 17, 16...).

Гипотеза Жакоба и Вольмана быстро обросла фактами, и вскоре всякие сомнения в ее верности отпали. Доказательства в пользу кольцевидности хромосом бактерий были так значительны, что, когда наконец удалось сфотографировать неповрежденную хромосому в электронном микроскопе и на снимке она лежала, свернувшись в колечко, это никого не удивило.