В настоящее время известны по меньшей мере три разных механизма рекомбинации попавшей в бактериальную клетку чужеродной ДНК с бактериальной хромосомой (или с плазмидой) in vivo: 1) общая гомо­логичная рекомбинация, 2) сайт-специфическая рекомбинация и 3) него­мологичная рекомбинация.

Общая гомологичная рекомбинация. В этом случае поступившая из­вне ДНК рекомбинируется с клеточной ДНК путем реципрокного обме­на соответствующими участками. Если не считать различий, обусло­вленных мутациями, партнеры по рекомбинации должны иметь одинаковую нуклеотидную последовательность, т. е. быть максимально гомологичными. Гомологичная рекомбинация находится под контро­лем гена гее А; мутанты с дефектом этого гена (гее ') не способны к го­мологичной рекомбинации.

Существует несколько моделей данного механизма. Предполагают, что спаривание оснований происходит между деспирализованными, одноцепочечными участками двух двойных цепей ДНК. Вторая цепь, возможно, образуется в результате репликации или репарации.

Сайт-специфическая рекомбинация. Этот процесс осуществляется не­зависимо от гомологичной рекомбинации, т.е. возможен и у мутантов гее ~. Он состоит в том, что короткая двухцепочечная ДНК встраивает­ся в определенном месте в длинную двойную спираль; при этом мень­ший партнер теряет свою автономность. Типичным примером сайт-спе­цифической рекомбинации может служить интеграция бактериофага лямбда (к) (рис. 4.14).

Генетические эксперименты свидетельствуют о том, что фаг при переходе в состояние профага включается в хромосому клетки-хозяина в определенном месте-между да/-опероном и биотиновой областью (рис. 15.12). Включению фага предшествует его присоединение к опреде­ленному участку бактериальной ДНК. Ранее считали, что оно опреде­ляется высокой степенью гомологии нуклеотидных последовательно­стей, однако эта гомология оказалась незначительной; по-видимому, большую роль здесь играет кодируемый фагом белок-так называемая интеграза. В определенном участке фаговой ДНК (att В) и в соответ­ствующем участке бактериальной ДНК (att X) этот белок катализирует разрыв и перекрестное воссоединение геномов фага и клетки-хозяина.

Негомологичная рекомбинация. Рекомбинационные процессы, в ко­торых участвуют сегменты ДНК, не обнаруживающие заметной генети­ческой гомологии, называют негомологичной рекомбинацией. Так же как и сайт-специфическая рекомбинация, она представляет собой инте­грационную форму рекомбинации, т.е. не обмен, а соединение ДНК. Негомологичная рекомбинация независима от гена гее А. К такой ре­комбинации способны: 1) вставочные последовательности (IS-эле-менты); 2) транспозоны (Тп); 3) бактериофаг (х (мю). Молекулярный ме­ханизм негомологичной рекомбинации еще не вполне выяснен.

Как было установлено около 15 лет назад, некоторые мутации, спон­танно возникающие у Escherichia coli, объясняются включением чуже­родной ДНК. Такие мутации происходят в структурных и регуляторных генах по всей хромосоме. Чужеродная ДНК представляет собой так на­зываемые инсерционные последовательности (IS-элементы); они встре­чаются как в бактериальных хромосомах, так и в плазмидах. IS-эле­менты состоят из 800-1400 пар нуклеотидов; распознаваемых феноти-пических признаков они не кодируют, и об их функциях мало что известно. Мутагенное действие их обусловлено просто включением по­сторонней ДНК, нарушающим процесс транскрипции (с. 447). Можно предполагать, что IS-элементы играют важную роль в перестройках ге­нетического материала.

Транспозоны это последовательности ДНК, которые способны встраиваться во многие участки генома и могут «перепрыгивать» с плазмиды на бактериальную хромосому, на другую плазмиду или на умеренный фаг. Транспозоны содержат гены, определяющие внешне распознаваемые признаки, а именно устойчивость к таким антибиоти­кам, как пенициллин, тетрациклин или канамицин. В связи с этим их легче обнаружить, чем IS-элементы. По обе стороны от генов устойчи­вости, находящихся внутри транспозона, расположены две одинаковые последовательности, которые могут идти в одном и том же или в про­тивоположных направлениях. Эти повторяющиеся последовательности оснований ДНК частью идентичны с IS-элементами. Расположение этих «фланкирующих» отрезков ДНК можно определить путем электронно-микроскопического исследования гетеродуплексов (рис. 15.13).

Бактериофаг мю сходен с IS-элементами и с транспозонами необыч-

ностью своего поведения при включении в бактериальную хромосому. Он обладает типичными свойствами фага, и в то же время его можно рассматривать как гигантский транспозон.