Плазмиды

Плазмиды — внехромосомные (дополнительные по отношению к хромосоме) генетические структуры бактерий, способные автономно размножаться и существовать в цитоплазме бактериальной клетки. Некоторые плазмиды могут с определенной частотой включаться (интегрироваться) в бактериальный геном и размножаться (копироваться) затем вместе с ним как его составная часть (см. Хромосомы).

    Термин «плазмида» введен американским генетиком Ледербергом (J. Lederberg) в 1952 г. для обозначения полового фактора бактерий (F-фактора, F-плазмиды), обнаруженного в клетках культуры кишечной палочки и ответственного за их способность быть донорами генетического материала (молекул ДНК) при конъюгации с клетками-реципиентами, не содержащими полового фактора. В дальнейшем у бактерий различных видов были выявлены П., контролирующие их устойчивость к сульфаниламидам, антибиотикам и другим антибактериальным препаратам (см. Лекарственная устойчивость микроорганизмов) — так называемые К-плазмиды, а также П., ответственные за бактериоциногению, т.е. способность клеток синтезировать вещества (бактериоцины), убивающие бактерии того же вида, не содержащие таких П. Были обнаружены П., несущие гены, которые контролируют синтез гемолизинов (Hly-плазмиды), энтеротоксинов (Ent-плазмиды), специфических поверхностных антигенов и др.

    В зависимости от способности или неспособности передаваться из одной бактериальной клетки в другую в процессе конъюгации различают конъюгативные (трансмиссивные) и неконъюгативные (нетрансмиссивные) П. При передаче некоторых конъюгативных R-плазмид в клетки отдельных видов бактерий наблюдается распад (диссоциация) этих плазмид с образованием «чистого» полового фактора (фактора переноса, или фактора RTF) и неконъюгативной плазмиды, несущей гены лекарственной устойчивости. Это позволило предположить, что конъюгативные П. возникли в процессе эволюции как результат объединения факторов переноса и неконъюгативных П. Плазмиды классифицируют также на основании явления их несовместимости, состоящем в неспособности двух родственных П. стабильно сосуществовать в одной и той же бактериальной клетке. При этом несовместимые друг с другом П. объединяют в одну группу несовместимости. Такая классификация в значительной мере отражает степень филогенетического родства отдельных П., о чем свидетельствует более высокая степень гомологии ДНК различных П. одной группы несовместимости по сравнению с гомологией ДНК у совместимых П. из различных групп.

    Плазмиды представляют собой молекулы ДНК с молекулярной массой от 1×10⁶ до 200×10⁶.

Эти молекулы, как правило, замкнуты в кольцо и находятся в клетке в сверхспирализованной форме. Неконъюгативные плазмиды, мол, масса которых не превышает 20×10⁶, имеют относительно простую генетическую организацию. Конъюгативные П. имеют более крупные размеры и наряду с генетической областью, контролирующей их репликацию, содержат также так называемую tra-область (англ. transfer перенос). Эта область определяет способность клетки, содержащей П., быть генетическим донором, т.е. вступать в конъюгацию с другой клеткой (реципиентом) и передавать ей свой генетический материал (плазмидную либо хромосомную ДНК). Под контролем tra-генов синтезируются поверхностные «половые» ворсинки (F-пили) клетки-донора, необходимые для ее конъюгации с клеткой-реципиентом, а также ферменты, обеспечивающие метаболизм ДНК в процессе конъюгации. Неконъюгативные П. обычно не содержат tra-области и поэтому не могут самостоятельно передаваться из одной клетки в другую. Однако передача неконъюгативной П. возможна за счет продуктов (белков) tra-генов конъюгативной П., находящейся вместе с неконъюгативной П. в одной и той же клетке. Активность плазмидных генов, ответственных за репликацию, несовместимость П., конъюгативность и другие свойства бактериальных клеток, в той или иной мере находится также под контролем хромосомных систем генетической регуляции. Значительное место в составе плазмидной ДНК могут занимать различные гены, обеспечивающие бактериям-хозяевам в определенных условиях существования селективные преимущества по сравнению с бесплазмидными бактериями (например, гены, контролирующие устойчивость клеток к действию антибиотиков, солей тяжелых металлов, ионизирующего излучения, бактериоциногенность и др.). Предполагают, что в процессе эволюции бактерий такие гены могли попасть в состав П. в результате генетического обмена (рекомбинации) между различными молекулами ДНК бактериальных клеток. Установлена важная роль в этом процессе мигрирующих (транслоцирующихся) фрагментов ДНК (транспозонов), способных перемещаться из одной генетической структуры клетки в другую (например, из хромосомы в плазмиду, из одной плазмиды в другую плазмиду, из бактериофага в плазмиду и наоборот).

    Способность П. быстро копироваться и передаваться из клетки в клетку при внутривидовой, межвидовой и межродовой конъюгации бактерий определяет важную роль плазмид в эволюции этих организмов. П. как автономные единицы репликации (репликоны) широко применяются в экспериментах по генетической инженерии. Их используют для получения в промышленных масштабах биологически активных белков — ферментов,

гормона роста, инсулина и др. Способность многих П. выполнять роль половых факторов бактерий дает возможность применять их для экспериментального получения различных гибридных форм и генетического картирования этих организмов. Обнаружение в популяциях различных видов патогенных и условно-патогенных бактерий П., контролирующих их вирулентные свойства, позволяет предположить, что П. имеют определенное значение в инфекционной патологии и развитии эпидемических процессов. Данные о типах R-плазмид и их распространенности в современных сообществах микроорганизмов необходимы для разработки рациональной стратегии использования антибиотиков и других антибактериальных средств при лечении инфекционных болезней. Межвидовой и межродовой перенос П., контролирующих различные метаболические функции клетки (например, способность сбраживать строго определенные углеводы, образовывать сероводород и др.), служит одной из причин образования атипических форм бактерий, что затрудняет диагностику инфекционных болезней.

 

    Библиогр.: Брода П. Плазмиды, пер. с англ., М., 1982, библиогр.; Кудлай д. . Внехромосомные факторы наследственности бактерий и их значение в инфекционной патологии, с. 82, М., 1977; Мейнелл Г. Бактериальные плазмиды, пер. с англ., М., 1976, библиогр; Пехов А.П. Плазмиды бактерий, М., 1986, библиогр.