Индуцированный «партеногенез» млекопитающих

В начале 2000 гг. было показано, что обработкой in vitro ооцитов млекопитающих (крыс, макак, а затем и человека) либо предотвращением отделения второго полярного тельца при мейозе возможно индуцировать партеногенез, при этом в культуре развитие можно довести до стадии бластоцист. Полученные таким образом бластоцисты человека потенциально являются источником плюрипотентных стволовых клеток, которые могут быть использованы в клеточной терапии.

В 2004 году в Японии слиянием двух гаплоидных ооцитов, взятых у разных особей мыши, удалось создать жизнеспособную диплоидную клетку, деление которой привело к формированию жизнеспособного эмбриона, который, пройдя стадию бластоцисты, развился в жизнеспособную взрослую особь. Предполагается, что этот эксперимент подтверждает участие геномного импринтинга в гибели эмбрионов, образующихся из ооцитов, полученных от одной особи, на бластоцистарной стадии.

Хромосомная ДНК (1) и плазмиды (2) в бактериальной клетке

Плазми́ды — небольшие молекулы ДНК, физически отдельные от геномных хромосом и способные реплицироваться автономно. Как правило, плазмиды встречаются у бактерий и представляют собой двухцепочечные кольцевые молекулы, но изредка плазмиды встречаются также у архей и эукариот.

В природе плазмиды обычно содержат гены, повышающие устойчивость бактерии к неблагоприятным внешним факторам (в т. ч. устойчивость к антибиотикам), нередко они могут передаваться от одной бактерии к другой (иногда даже к бактерии другого вида) и, таким образом, служат средством горизонтального переноса генов.

Попадание плазмиды в клетку может осуществляться двумя путями: либо при непосредственном контакте клетки-хозяина с другой клеткой в процессе конъюгации, либо путём трансформации, то есть искусственного введения в клетку плазмиды, которому предшествует изменение экспрессии определённого гена клетки-хозяина (приобретение клеткой компетентности).

Искусственные плазмиды используются как векторы в клонировании ДНК, причём благодаря их способности к репликации обеспечивается возможность репликации рекомбинантной ДНК в клетке-хозяине.

Размер плазмид варьирует от 1 до свыше 1000 тысяч пар оснований^[1]. Количество идентичных плазмид в пределах одной клетки изменяется от одной до тысяч в зависимости от дополнительных обстоятельств. Плазмиды можно считать видом мобильных генетических элементов, поскольку они часто передаются при конъюгации — механизме горизонтального переноса генов.

Впервые термин «плазмида» (англ. plasmid) был предложен американским молекулярным биологом Джошуа Ледербергом в 1952 году

Конъюгативные плазмиды

Наиболее известной конъюгативной плазмидой является F-плазмида E. coli, свойства которой освещены ниже. Конъюгативные плазмиды известны как у грамположительных, так и у грамотрицательных бактерий.

Функции плазмид

Многие плазмиды не вызывают заметных изменений в фенотипе своих хозяев. Другие, напротив, ответственны за проявление у клетки-хозяина свойств, помогающих ей выжить в определённых условиях окружающей среды, и без этих плазмид бактерии погибали бы или их рост замедлялся.

Функции плазмид в клетке чрезвычайно разнообразны. К ним относят:

· перенос генетического материала при конъюгации — F-плазмида;

· плазмиды бактериоциногенности контролируют синтез белков, летальных для других бактерий — Col-плазмиды;

· синтез гемолизинов — Hly-плазмиды (являются конъюгативными);

· устойчивость к тяжёлым металлам;

· устойчивость к антибиотикам (R-плазмиды);

· синтез энтеротоксинов — Ent-плазмиды;

· устойчивость к УФ-излучению;

· синтез антигенов, обеспечивающих адгезию бактерий на клетках в организме человека и животных — плазмиды антигенов колонизации;

· система рестрикции-модификации;

· расщепление камфоры (плазмида САМ), ксилола (плазмида XYL), салицилата (плазмида SAL) (обнаружены у некоторых штаммов Pseudomonas.

В следующей таблицы приведены примеры отдельных естественных плазмид и функций, ими выполянемых

Наиболее известной конъюгативной плазмидой является F-плазмида, или F-фактор. F-плазмида является эписомой длиной около 100 тыс. пар оснований. У неё есть собственная точка начала репликации — oriV и точка разрыва — oriT. F-плазмида, как и все конъюгативные плазмиды, кодирует белки, противодействующие прикреплению пилей других бактерий к клеточной стенке данной.

Помимо прочей генетической информации, F-плазмида несёт локусы tra и trb, организованные в один оперон в общей сложности содержащие 34 тыс. пар оснований. Содержащиеся в них гены ответственны за различные аспекты процесса конъюгации: синтез пилина и сборка половых пилей, запуск и регулирование процесса переноса генетического материала, разрыв в локусе oriT и расплетание цепи ДНК.

Кроме того, на половых пилях адсорбируются бактериофаги, специфичные к клеткам, содержащим F-плазмиду. К ним относятся РНК-содержащие фаги: R17, MS2, Qβ, f12, а также фаги с одноцепочечной ДНК: fd, f1, M13.

R-плазмиды

Основная статья: R-плазмиды

R-плазмида, или R-фактор, представляет собой кольцевую двуспиральную молекулу ДНК. В ней заключены гены, ответственные за механизм репликации и перенос свойств резистентности в клетку- реципиент (фактор переноса устойчивости, или RTF (от англ. resistance transfer factor)), а также гены, определяющие устойчивость к конкретному антибиотику (обозначаются r (от англ. resistance).

R-фактор передаётся при трансдукции и обычно делении клетки. Некоторые R-плазмиды могут передаваться при конъюгации бактерий, то есть являются конъюгативными. Возможна передача R-плазмид между бактериями различных видов, родов и даже семейств. Так, RP₁, плазмида, ответственная за устойчивость к ампициллину, тетрациклину и канамицину у бактерий рода Pseudomonas семейства Pseudomonadaceae может передаваться кишечной палочке E. coli, относящейся к семейству Enterobacteriaceae.

Механизм превращения R⁺-клетками антибиотиков в неактивную форму связан с действием на них специфических ферментов, кодируемых R-плазмидой.

С действием R-плазмид часто бывает связан тот факт, что некоторые бактериальные заболевания с трудом поддаются лечению при помощи известных на данный момент антибиотиков.

Col -плазмиды

 

Сol -плазмиды (от англ. colicinogeny — колициногенность) определяют синтез особых белков — колицинов, подавляющий рост и размножение других бактерий, но безвредных для бактерий, их выделяющих.

Этот феномен был открыт в 1925 г. A. Gratia у штамма E. coli. Установлено, что E. coli синтезируют колицины различных типов: A, B, C, D и т.д. Колицины адсорбируются на клетках, лишённых Col -фактора, и, не проникая внутрь, нарушают их метаболизм, вызывая гибель клетки

Аутофагия (от др.-греч. αὐτός ауто- — сам и φαγεῖν — «есть») — процесс, при котором внутренние компоненты клетки доставляются внутрь её лизосом или вакуолей и подвергаются в них деградации^[1]. 10 декабря 2016 года в Стокгольме за открытие и исследование механизмов аутофагии была вручена Нобелевская премия по физиологии и медицине японскому учёному Ёсинори Осуми, стоимостью 8 миллионов шведских крон ($932 000)^[2][3].

Типы и механизмы аутофагии

Сейчас различают три типа аутофагии — микроаутофагию, макроаутофагию и шапероновую аутофагию.

При микроаутофагии макромолекулы и обломки клеточных мембран просто захватываются лизосомой. Таким путём клетка может переваривать белки при нехватке энергии или строительного материала (например, при голодании). Но процессы микроаутофагии происходят и при нормальных условиях и в целом неизбирательны. Иногда в ходе микроаутофагии перевариваются и органоиды; так, у дрожжей описана микроаутофагия пероксисом и частичная микроаутофагия ядер, при которой клетка сохраняет жизнеспособность.

При макроаутофагии участок цитоплазмы (часто содержащий какие-либо органоиды) окружается мембранным компартментом, похожим на цистерну эндоплазматической сети. В результате этот участок отделяется от остальной цитоплазмы двумя мембранами. Такие двухмембранные органеллы, окружающие удаляемые органеллы и цитоплазму, называются аутофагосомы. Аутофагосомы соединяются с лизосомами, образуя аутофаголизосомы, в которых органеллы и остальное содержимое аутофагосом перевариваются. Видимо, макроаутофагия также неизбирательна, хотя часто подчеркивается, что с помощью неё клетка может избавляться от «отслуживших свой срок» органоидов (митохондрий, рибосом и др.).

Третий тип аутофагии — шапероновая. При этом способе происходит направленный транспорт частично денатурировавших белков из цитоплазмы сквозь мембрану лизосомы в её полость, где они перевариваются. Этот тип аутофагии, описанный только для млекопитающих, индуцируется стрессом (например, при том-же голодании или физических нагрузках). Она происходит при участии цитоплазматических белков-шаперонов семейства hsc-70, вспомогательных белков и LAMP-2, который служит мембранным рецептором комплекса шаперона и белка, подлежащего транспорту в лизосому.

При аутофагическом типе клеточной гибели перевариваются все органеллы клетки, оставляя лишь клеточный дебрис, поглощаемый макрофагами.

Регуляция аутофагии

Аутофагия сопровождает жизнедеятельность любой нормальной клетки в обычных условиях.

Основными стимулами к усилению процессов аутофагии в клетках могут служить:

· нехватка питательных веществ

· наличие в цитоплазме повреждённых органелл

· наличие в цитоплазме частично денатурировавших белков и их агрегатов

Кроме голодания, аутофагия может индуцироваться окислительным или токсическим стрессом. В настоящее время на дрожжах детально изучаются генетические механизмы, регулирующие аутофагию. Так, для образования аутофагосом необходима активность многочисленных белков Atg-семейства (autophagosome-related proteins). Гомологи этих белков найдены у млекопитающих (в том числе и человека) и растений.