4.1. Наследственность и геном бактерий
Генетика изучает важнейшие свойства органических форм: наследственность и изменчивость. Под наследственностью понимают сохранение специфических свойств у органических форм на протяжении ряда поколений. Вместе с тем наследственность обеспечивает сохранение не только сходства, но и различий, возникающих благодаря изменчивости наследственных свойств.
Таким образом, наследственность и изменчивость — это две стороны одной медали, имя которой — эволюционный процесс органических форм. Большое значение для понимания механизмов этих явлений имели результаты, полученные в опытах на микробах.
Микробы представляют собой превосходную модель для генетических исследований. Быстрота их размножения позволяет проводить эксперименты в короткий срок и одновременно с огромным количеством клеток микробной популяции. Количество микробов, вырастающих за сутки всего в 1 мл питательной среды, измеряется миллиардами.
Микробы гаплоидны, то есть имеют один набор генов в единственной хромосоме. Помимо основной молекулы ДНК, выполняющей роль хромосомы, бактерии могут иметь дополнительный генетический материал (плазмиды, транспозоны, Is-элементы, профаги), изменяющий их свойства. Бактерии, обладающие таким набором генетических структур, представляют собой резервуар генетической информации, которую они могут использовать по мере необходимости.
Для обмена генетическим материалом у бактерий существуют разные пути его доставки: трансформация, конъюгация и трансдукция. В результате мутаций и рекомбинаций у микробов появляются новые свойства. В частности, могут изменяться вирулентность, устойчивость к лекарственным препаратам, синтез ферментов и антигенов.
Появление микробов с новыми свойствами создает трудности при идентификации возбудителей инфекционных заболеваний, а возникновение бактерий, устойчивых к лекарственным препаратам, — серьезную проблему для лечения.
Выдающиеся успехи в области изучения генетики микробов сыграли исключительную роль в развитии общей генетики, медицины и биологии. Благодаря этим исследованиям была доказана роль ДНК как носителя генетической информации, изучена тонкая структура генов, расшифрован генетический код человека и многих микробов, включая вирусы, выявлены многие механизмы мутагенеза и рекомбинаций. Применение результатов генной инженерии предоставляет возможность создавать новые методы микробиологической диагностики и получать эффективные вакцины с использованием бактериофагов и плазмид в качестве переносчиков генетического материала.