Методические подходы при изучении генетики актиномицетов принципиально те же, что и для других микроорганизмов. Скрещивания производят между штаммами, маркированными различными генетическими факторами (биохимическая недостаточность, устойчивость к антибиотикам и др.), а отбор рекомбинантов ведут на специально подобранных селективных средах. И то и другое необходимо, так как генетическая рекомбинация — явление редкое и генетические рекомбинанты составляют лишь незначительную долю в популяции исходных штаммов.

В настоящее время можно считать установленным, что процесс генетической рекомбинации у актиномицетов в основном сходен с процессом конъюгации у бактерий, детально изученным у Е. coli, Str. coelicolor, подобно бактериям, имеет единую кольцевую группу сцепления, на которой определено местоположение около 40 различных генетических локусов. Характерная особенность генетической карты Str. coelicolor состоит в неслучайном расположении генетических локусов, сосредоточенных преимущественно в двух областях карты, тогда как две другие области являются почти «пустыми». Такое разобщение двух групп локусов в пространстве (возможно, лишь кажущееся) и послужило причиной первоначального представления о наличии у актиномицетов двух независимых групп сцепления.

Явление генетической рекомбинации описано у большинства изученных видов актиномицетов. Однако возникновение генетических рекомбинантов при внутривидовых скрещиваниях наблюдается далеко не во всех комбинациях мутантов, даже если они и происходят из одного и того же штамма. Вопрос о половой полярности штаммов внутри одного вида до сих пор остается не решенным, хотя и имеются некоторые данные в пользу ее существования. Лучше изучен вопрос об особенностях самого процесса генетической рекомбинации у актиномицетов. Этот процесс состоит из нескольких этапов, причем, как установлено недавними исследованиями, оба родительских штамма принимают неодинаковое участие в скрещивании: один — играет роль донора, другой — реципиента генетического материала, напоминая в этом отношении бактерии.

Как и у бактерий, в результате переноса генетического материала от одного штамма к другому происходит образование неполных зигот (мерозигот), содержащих полный геном реципиентного штамма и часть генома донорного. При этом диплоидный участок мерозиготы может варьировать как по составу, так и по протяженности, а процесс возникновения частичного диплоидного ядра происходит во времени. В отличие от бактерий, для актиномицетов характерно длительное существование стадии мерозиготы, сохраняющейся в течение ряда поколений, постепенно сменяющейся стадией образования гаплоидных рекомбинантов. В соответствии с этим у актиномицетов описаны клоны, являющиеся по своей генетической структуре мерозиготами. Они характеризуются нестабильностью и в процессе размножения выщепляют различные клоны гаплоидных рекомбинантов. Открытие таких клонов, названных гетероклонами, дало возможность разработать простой метод генетического анализа у актиномицетов, основанный на учете различных типов гаплоидных рекомбинантов в потомстве гетероклонов.

Таким образом, процесс генетической рекомбинации у актиномицетов состоит из нескольких этапов, последний из которых заключается в образовании гаплоидных рекомбинантов. Эти рекомбинанты, в отличие от гетероклонов, являются стабильными и служат основным объектом исследований в промышленных скрещиваниях. Однако необходимо иметь в виду, что вследствие неодинакового участия двух родительских штаммов в скрещивании, когда один из них поставляет только часть своего генетического материала другому, гаплоидные рекомбинанты наследуют большинство генетических факторов от одного родителя и только некоторые — от другого. Иными словами, по своей генетической структуре гаплоидные рекомбинанты, как правило, более напоминают одного родителя, чем другого, что неизбежно ограничивает возможности гибридизации у актиномицетов.

Наряду с генетической рекомбинацией у актиномицетов наблюдается другое широко распространенное явление — гетерокариозис, во многом сходное с аналогичным явлением у грибов.

Первоначально считали, что возникновение гетерокарионов между двумя штаммами представляет собой первый необходимый этап генетической рекомбинации. Однако в настоящее время имеются данные, что оба эти явления не связаны между собой причинно и происходят независимо друг от друга. Поскольку гетерокариотические клоны являются обычно нестабильными, расщеплясь при размножении на оба исходных родительских типа, гетерокариозис не может использоваться в качестве способа получения гибридных форм у актиномицетов.

1.3 Передача генетического материала посредством трансдукции

Трансдукция - передача генетического материала от одной бактерии (донора) другой (реципиенту) с помощью умеренных бактериофагов. Открыта в 1952 Дж. Ледербергом и Н. Циндером при анализе причин изменения наследств, признаков у некоторых штаммов бактерии (Salmonella typhimurium) при их совместном выращивании обнаружена у многих бактерий: сальмонелл, шигелл, бацилл, а также у актиномицетов. Установлено, что при индукции профага иногда происходит включение в зрелую фаговую частицу фрагмента бактериальной хромосомы. Фаг, несущий генетический материал бактерии, называют трансдуцирующим (ТФ). При заражении ТФ чувствительной бактерии фрагмент хромосомы донора переносится в клетку реципиента. В зависимости от типа бактериофага от донора к реципиенту переносится либо строго определённый фрагмент бактериальной хромосомы (специфическая или ограниченная трансдукция), либо любой фрагмент бактериальной хромосомы (общая или неспецифическая трансдукция). Фаги, осуществляющие специфическую трансдукцию, как правило, переносят несколько генов, а осуществляющие общую трансдукцию— 1—2% генов бактерий. В этом случае в ТФ собственная ДНК заменена аналогичным по размерам фрагментом бактериальной хромосомы. Это свойство трансдукции используется в генетическом картировании: по частоте совместного переноса двух генов судят о расстоянии между ними на хромосоме.

В случае устойчивой общей трандукции фрагмент включается в хромосому реципиента за счёт двойного кроссинговера, и в результате возникают устойчивые рекомбинанты. При абортивной общей трансдукции фрагмент донора не включается в хромосому реципиента и не реплицируется, поэтому при делении клеток сохраняется только в одной линии потомков. При ограниченной трандукции фрагмент донора включается в хромосому реципиента вместе с несущим его геномом фага, который т. о. переходит в состояние профага.

2. Генетическое картирование актиномицетов

Генетика актиномицетов исследована достаточно хорошо. Для наиболее изученных видов еще с конца 50-х гг. составлялись на основании конъюгационных скрещиваний подробные генетические карты с множеством нанесенных на них маркеров. Эти карты были кольцевыми.

Генетическое картирование проводится с помощью Днк – гибридизации. Данный метод основан на способности ДНК и РНК специфически соединяться (гибридизироваться) с комплементарными олигонуклеотидными фрагментами, искусственно синтезированными и меченными ферментом, флюорохромом или изотопом. Эти фрагменты называются зондами. Для проведения молекулярной гибридизации молекулу исследуемой ДНК расплетают, одну нить закрепляют на специальном фильтре, который помещают в раствор, содержащий меченый зонд. Создаются условия, благоприятные образованию двойных спиралей. При наличии комплементарности между зондом и исследуемой ДНК они образуют между собой двойную спираль. После окончания гибридизации и отмывания несвязавшихся продуктов проводится детекция образовавшегося комплекса при помощи соответствующей метки.