Бактериальная трансформация

Еще в начале 20-го века британский бактериолог по имени Фредерик Гриффит работал с бактерией, вызывающей пневмонию, Streptococcus pneumoniae. Он провел простой эксперимент с использованием двух разных штаммов. Один штамм известен как штамм S из-за защитной капсулы, которая делает колонии или комки, которые он образует, гладкими, а также делает его вирулентным или вредным. Вторым был штамм R, версия бактерии, лишенная защитной капсулы, придающая колониям грубый вид и делающая их невирулентными.

Во-первых, Гриффит взял несколько бактерий штамма S и нагрел их, получив убитую при нагревании версию штамма S. Затем он собрал несколько мышей и разделил их на четыре группы. В первую группу он ввел вирулентный штамм S, а во вторую — невирулентный штамм R. Он ввел в третью группу убитый теплом штамм S и, наконец, объединил убитый теплом штамм S и штамм R и ввел эту смесь в четвертую группу. Как и ожидалось, мыши из первой группы умерли, а мыши из второй и третьей группы выжили. Но, к удивлению Гриффита, мыши из последней группы также погибли.

Когда он опубликовал свое исследование в 1928 году, он назвал этот процесс трансформацией, поскольку предположил наличие лежащего в основе трансформирующего принципа, который позволил ранее невирулентному штамму стать смертельно опасным. Позже, в 1943 году, Аверт, Маклауд и Маккарти сообщили, что этим преобразующим принципом, вероятно, является дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК, которая, как мы теперь знаем, является материалом наследственности. По сути, в эксперименте Гриффита произошло следующее: когда бактерии были объединены, некоторое количество ДНК просочилось из убитого теплом штамма S в клетки штамма R, трансформируя эти невирулентные бактерии и передавая информацию для создания защитной капсулы, превращая штамм R в вирулентный, теперь способный убивать животных четвертой группы.

Перенесемся в сегодняшний день, и ученые разработали гораздо более простой способ изучения бактериальной трансформации, используя бактерии E. coli и небольшие кольцевые петли ДНК, называемые плазмидами. Обычно плазмида, используемая в экспериментах по трансформации, включает в себя ген для определенной функции, такой как устойчивость к антибиотикам. Кишечная палочка является отличным объектом для трансформации, потому что она может проявлять свойство, называемое компетенцией, способность впитывать ДНК из окружающей среды. По сути, это означает, что при определенных условиях окружающей среды, таких как химический, электрический или тепловой удар, клеточная стенка кишечной палочки может стать временно проницаемой и позволить поглощению ДНК из окружающей среды. Как только плазмида оказывается внутри кишечной палочки, она может либо находиться в цитоплазме своей новой клетки-хозяина и реплицироваться и экспрессироваться на протяжении поколений вместе с геномом, либо она может полностью инкорпорироваться в геном хозяина. Если бактерии потеряют плазмиду в какой-либо момент, клетка также потеряет свою устойчивость к антибиотикам, поэтому ученые выращивают бактерии в среде, содержащей антибиотик, чтобы гарантировать, что единственными выжившими будут те, кто содержит интересующую плазмиду.

В этой лаборатории вы узнаете, как трансформировать клетки кишечной палочки с помощью плазмиды, содержащей ген устойчивости к антибиотикам, практикуя при этом стерильные микробиологические методы.