Повторы в генах стрессовых реакций.

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 5Следующая ⇒

В природе бактерии часто оказываются в условиях стресса (температура, осмотическое давление, рН, наличие питательных веществ, присутствие токсических соединений). Эти условия могут быть очень разными и по своей сути, и по продолжительности воздействия. Короткие воздействия микроб переживает, включая набор генов стрессовых реакций (ГСР). Эта стратегия базируется на модификации транскрипции ряда генов и выключении одних, обычно работающих, и включении в норме молчащих генов. При длительных и сильных стрессовых воздействиях для выживания требуются другие механизмы.

В таких случаях выживают не все члены микробной популяции, а только те, которые претерпели существенные изменения своих геномов и образовали клоны, устойчивые к данному виду стресса. Образованию таких клонов должно предшествовать и способствовать возникновение геномной гетерогенности и, как следствие, фенотипического разнообразия в популяции. Мы уже знаем, что геномная гетерогенность достигается за счёт тех или иных генетических перестроек, в основе которых лежит незаконная рекомбинация. Частоты рекомбинации, в свою очередь, прежде всего, зависят от наличия, локализации и типов нуклеотидных повторов. Рассмотрим, существует ли взаимосвязь, между распределением повторов в геномах и ГСР.

Были изучены около 300 генов E.coli, имеющих отношение к репарации, рекомбинации и адаптации к стрессу. Оказалось, что в ГСР почти отсутствуют протяжённые повторы, способствующие гомологичной рекомбинации. Однако CR, вызывающие проскальзывание репликации, присутствуют в ГСР в избыточных количествах.

Наряду с ГСР, предпочтительными для расположения повторов являются гены прямо или косвенно участвующие в переносе и наследовании генетической информации, т.е. участвующие в метаболизме ДНК. Примерами таких генов можно, считать гены мутаторы и гены, ответственные за рекомбинационные события. Гены мутаторы mutL и mutS содержат избыточное количество близких прямых повторов. Повторы стимулируют образование мелких делеций, которые приводят к выраженному мутаторному эффекту.

В гене sbcC также присутствует избыточное количество близких прямых повторов, а ген sbcВ –тетрануклеотидных SSR, стимулирующих незаконную рекомбинацию. Белок SbcCD расщепляет шпилечные структуры, замедляющие продвижение репликативной вилки, что позволяет рекомбинации восстановить работу репликативного комплекса. Поэтому нарушения структуры генов sbc приведёт к нарушению метаболизма ДНК.

Отмечена также большая плотность повторов в генах супероксиддисмутаз. В гене sodB увеличено количество CR, в гене sodА – мононуклеотидных SSR, а в гене sodС – тетрануклеотидных SSR. Эти гены кодируют разные супероксиддисмутазы и необходимы для борьбы клетки с кислородным стрессом. Более того, мутации в генах sodА и sodВ могут приводить к мутаторному эффекту (34).

На мой взгляд, очень важным является то обстоятельство, что повторы распределены не равномерно и не случайно не только в составе геномов, но и в составе генов. Более того, разные гены имеют различные предпочтительные сайты для образования повторов. Так, в генах mutL и sbcC повторы расположены равномерно по всей длине. По краям гена dnaA и в конце гена aceF вообще нет повторов. А в гене sodB повторы распределены очень неравномерно. Есть различия и в количестве копий повторов в зависимости от гена. Например, в генах mutL и sbcC повторы присутствуют в виде одиночных копий, а в генах csgA и aceF присутствуют множественные повторы различных типов (34). Такие различия в присутствии повторов в тех или иных участках определённых генов свидетельствуют о том, что образование и, как следствие, распределение повторов является зависимым от контекста.

Итак, гены стресса, гены, ответственные за перенос и приобретение генетической информации и гены, важные для «обслуживания» генома, содержат избыточное, по сравнению с другими генами, количество тех или иных повторов. На первый взгляд это, как минимум, странно, так как следовало бы ожидать, что столь важные гены должны быть максимально консервативными. Тогда в ходе эволюции повторы должны были бы исчезнуть из таких генов.

Однако возможна и другая стратегия: перестраховка на случай непредвиденных обстоятельств. По принципу: «Не клади все яйца в одну корзину». Такими непредвиденными обстоятельствами могут быть разнообразные условия и факторы стресса. Если отдельная клетка исповедует такую стратегию она и, во всяком случае, её потомство, в стандартных условиях проигрывает, так как возможные перестройки важных генов, скорее всего, приведут к катастрофе. Однако в нестандартных условиях, когда наступают «тяжёлые времена», в выигрыше окажется популяция, содержащая полиморфные клетки с разным потенциалом противодействия. Тогда у части таких клеток выше шансы выжить и дать начало клону, приспособленному к новым условиям. Если такая гипотеза верна, то накопление повторов в генах, существенных для «обслуживания» генома, становится целесообразным. Пока строгих экспериментальных данных в пользу или против этой гипотезы нет.

Познавательные статьи:



Формы дистанционного обучения

Передача мяча двумя руками снизу

Значение правильной осанки для жизнедеятельности человека

Основные ошибки при выполнении передач мяча на месте