Помимо основного механизма передачи генов — по наследству (по вертикали), у бактерий существуют следующие формы обмена генетическим материалом по го­ризонтали, т. е. между отдельными особями в популяции клеток: трансформация, трансфекция, трансдукция, конъюгация и сексдукция.

1.Трансформация — перенос генетического материала, заключающийся в том, что бактерия-реципиент захватывает (поглощает) из внешней среды фрагменты чу­жеродной ДНК. Трансформация может быть спонтанной или индуцированной. Ин­дуцированная (искусственно получаемая) трансформация происходит при добавле­нии к культуре бактерий очищенной ДНК, полученной из культур тех бактерий, генетические признаки которых стремятся передать исследуемой культуре. Спон­танная трансформация происходит в естественных условиях и проявляется в воз­никновении рекомбинантов при смешивании генетически различающихся клеток. Она протекает за счет ДНК, выделяющейся клетками в окружающую среду вслед­ствие их лизиса или в результате активного выделения ДНК жизнеспособными клет­ками-донорами. Как спонтанная, так и индуцированная трансформация сводится, по сути, к поглощению трансформирующей ДНК и образованию рекомбинантов, причем спонтанная трансформация может происходить в результате взаимного об­мена ДНК. Эффективность индуцируемой трансформации во многом зависит от фи­зиологического состояния клеток-реципиентов. Они должны находиться в состоя­нии своеобразной компетентности для этого процесса. Предполагается, что в фазе компетентности происходят значительные изменения поверхностных слоев клетки, которые способствуют поглощению ДНК. В частности, аутолитические ферменты клетки растворяют клеточную стенку в тех участках, где происходит ее синтез. При этом мезосомы через образовавшиеся отверстия соприкасаются с внешней средой, адсорбируют и втягивают внутрь клетки трансформирующую ДНК, где она и всту­пает в рекомбинацию с ДНК реципиента. В результате этого образуется мерозигота, клетка делится, и ее потомки наследуют признаки, полученные от донора и реципи­ента. Однако в других случаях поглощенные фрагменты ДНК разрушаются нуклеазами клетки-реципиента, и трансформации не происходит. Ее эффективность зависит также от размеров трансформирующей ДНК: высокомолекулярная ДНК поглощается труднее, чем менее крупные ее фрагменты. Способность к трансформации обнару­жена у ряда родов бактерий, но, по-видимому, роль ее в обмене генетическим мате­риалом среди бактерий в естественных условиях менее существенна, чем роль других механизмов. Дело в том, что у многих бактерий имеются особые системы рестрик­ции и модификации. Эти системы модифицируют свою ДНК (чаще всего путем ее метилирования) и разрушают чужеродную ДНК, если она подобным образом не мо­дифицирована, с помощью особых ферментов — рестрикционных эндонуклеаз. Эффективность метода генетической трансформации во много раз повышается в том случае, если смесь ДНК и трансформируемых клеток с помощью специаль­ного прибора подвергнуть обработке электрическим импульсом. Метод электро­трансформации является универсальным, он применим к любым видам бактерий. С помощью этого метода осуществлена трансформация более 100 видов бактерий, и он может стать важным инструментом получения ценных рекомбинантных штам­мов бактерий.

2.Трансфекция — вариант трансформации бактериальных клеток, лишенных клеточной стенки, осуществляемый вирусной (фаговой) нуклеиновой кислотой. С помощью трансфекции удается вызвать у таких бактерий (без клеточной стенки) вирусную инфекцию. Трансфекцию можно осуществить и с другими (не бактери­альными) клетками, если ввести в них чужеродную ДНК, способную рекомбинировать с ДНК этих клеток, или воспроизводить вирионы, или самостоятельно реплицироваться.

3.Трансдукция — перенос генетического материала от клетки-донора клетке-ре­ципиенту с помощью бактериофагов. Различают трансдукцию неспецифическую и специфическую. Неспецифическая трансдукция — случайный перенос фрагментов ДНК от одной бактериальной клетки к другой. Специфическая трансдукция осуществляется только умеренными фагами, обла­дающими способностью включаться в строго определенные участки хромосомы бактериальной клетки и трансдуцировать определенные гены.

4.Конъюгация — это процесс обмена генетическим материалом (хромосомным и плазмидным), осуществляемый при непосредственном контакте клеток донора и ре­ципиента. Процесс контролируется только конъюгативными плазмидами, имеющими совокупность генов, называемую tra-опероном. Этот оперон контролирует синтез аппарата переноса, конъюгативную репликацию и явление по­верхностного исключения. Аппаратом переноса являются специальные донорные ворсинки, с помощью которых устанавливается контакт между конъюгирующими клетками.

5.Сексдукция — перенос генетического материала между бактериальными клет­ками, осуществляемый F-плазмидой с помощью механизма, аналогичного специ­фической транcдукции.

В настоящее время существует два основных способа переноса генетических конструкций в геном высших растений. Один из них основан на природной способности почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens переносить часть своей ДНК в растительный геном. Второй подход заключается в непосредственном переносе экзогенной ДНК в растительную клетку (при помощи генной пушки, методом электропорации протопластов, микроинъекций и т.д.). Наиболее распространенным методом прямого переноса ДНК является бомбардировка растительных тканей микрочастицами металлов (биобаллистика). Этот метод впервые был использован для получения трансгенных растений в 1987 году. Метод заключается в обстреливании клеток растений микрочастицами (диаметр 0,5—1 мкм) вольфрама или золота с адсорбированными на их поверхности молекулами ДНК. Для этих целей необходимо использование специального оборудования —генной пушки. В качестве объекта для бомбардировки применяют, как правило, каллусы или тканевые экспланты (меристемы).

Агроинфекция - метод, позволяющий вводить инфекционную вирусную ДНК или кДНК вирусной РНК в растения. Вирусная ДНК включается в Т-район Ti-плазмиды Agrobacterium tumefaciens, после чего рекомбинантная плазмида переносится в клетки агробактерий, которые затем наносят на раневую поверхность растения. С помощью механизма агробактериальной трансформации вирусная ДНК переносится в растительные клетки, где она может реплицироваться и продуцировать вирус, который затем распространяется по всему растению.Агроинфекция значительно эффективнее, чем простая инокуляция растения вирусной нуклеиновой кислотой. (МОЖНО ПИСАТЬ 53\54)