История биологии с начала XX века до наших дней - [263]

, С_II и С_III. Способность лизогенизировать чувствительные клетки в первую очередь контролируется геном С_I. Мутация С_I блокирует цепь реакций, приводящих к превращению генома фага в профаг. При смешанном заражении чувствительных бактерий фагами λ дикого типа (λс⁺) и их мутантом C_I (λC_I) удавалось выделить лизогенные клоны, содержащие оба профага (λс⁺ и λC_I). Из этого следует, что ген с⁺ доминирует над C_I и что мутанты гена C_I имеют какой-то дефект, из-за которого нарушен синтез специфического иммунного репрессора. В 1961 г. Жакоб и Моно предположили, что лизогения является примером регуляции активности гена под действием репрессора. Согласно их взгляду, умеренный фаг продуцирует репрессор, специфически блокирующий функции ранних генов этого фага. Поскольку поздние гены могут функционировать только в присутствии некоторых соединений, контролируемых ранними генами, индукция профага возможна только при разрушении репрессора под действием ультрафиолетовых лучей. Эта гипотеза получила экспериментальное подтверждение. Репрессор фага λ, как показали М. Пташне (1967), и В. Пирота и М. Пташне (1969), является белком, способным in vitro присоединяться к двум операторам (О_Е, О_R), расположенным на генетической карте фага λ в области иммунитета. Мутации в этих операторах снижают их сродство к репрессорам и позволяют функционировать оперонам, считывающимся в противоположных направлениях, начиная с промоторов P_L и Р_R. Считывающийся влево оперон включает ген N, другой содержит гены, необходимые для репликации ДНК и регуляции синтеза репрессора. Репрессия этих двух оперонов продуктом гена C_I предотвращает активность всех генов литического фага, поскольку продукт гена C_I требует проявления активности гена Q, который в свою очередь нуждается в транскрипции поздних генов (Н. Хопкинс, 1970; Б. Батлер, X. Эколс, 1970) (см. главу 24). Таким образом, фаг λ явился первым биологическим объектом, у которого были раскрыты механизмы регуляции активности генов, определяющие его развитие.

Гипотеза Львова о включении профага в хромосому клетки-хозяина была подтверждена многочисленными данными. Скрещивая лизогенные и нелизогенные клоны E. coli К12, Е.Л. Вольман (1953) и П. Фредерик (1954) выявили у рекомбинантов расщепление по признаку лизогенности, показав тем самым, что профаг λ ведет себя как ген бактерий. В 1954 г. Р. Эпплярд, скрещивая два родительских штамма Е. coli К. 12, лизогенных по разным мутантам фага λ, доказал, что генетическим детерминантом лизогенности является сам профаг и что он локализован рядом с геном gal₄. Локализация профага на хромосоме бактерии была установлена независимо с помощью мутантов Hfr, передающих при конъюгации с бактерией-реципиентом свою хромосому строго ориентированно, начиная с определенного конца (Е.Л. Вольман, Ф. Жакоб, 1951). Профаг λ поступал в зиготу сразу после локуса gal, но перед локусом trp, что указывало на расположение профага между этими локусами. В 1961 г. Г. Келленбергер, М. Зичичи и Дж. Уйгл нашли, что фаг λ с делецией b2 не способен включаться в хромосому бактерий, но может вызывать продуктивную реакцию. Они показали, что область b2 участвует в генетическом обмене между хромосомой фага λ и участком хромосомы бактерии между генами gal и trp. Этот участок получил название локуса прикрепления (локус attλ). Мутанты фага λ, не имеющие локуса b2, не могут включиться в хромосому бактерий. В 1962 г. Э. Кэмпбелл предложил модель физического включения (интеграции) хромосомы фага в хромосому клетки-хозяина. Между областью b2 хромосомы фага λ, замкнутой в кольцо, и локусом attλ бактериальной хромосомы происходит синапс. Затем хромосома фага разрывается между генами h и с (в области b2), а хромосома бактерии — между генами gal и trp, поело чего гетерологические участки воссоединяются. В результате кроссинговера образуется одна непрерывная генетическая структура с геномом фага λ между генами gal и trp. Таким образом, генетическая карта профага представляет собой перестановку карты вегетативного фага. Модель интеграции профага, предложенная Кэмпбеллом, была подтверждена генетически (Р. Ротман, 1965).

Модель Кэмпбелла (1962) интеграции профага.

a — кольцевая хромосома фага образует синапс с местом прикрепления фага λ (attλ) на хромосоме бактерии; б — хромосома фага разрывается между генами h и с (в области b2), а хромосома бактерии разрывается между генами gal и trp; в — в результате кроссинговера образуется одна непрерывная генетическая структура, содержащая геном фага между генами gal и trp.

Исследования лизогении и трансдукции, показавшие изменения свойств клетки-хозяина в результате физического включения в хромосому клетки генома умеренных лизогенирующих и трансдуцирующих фагов, навели на мысль, что вирусный канцерогенез также может быть связан с включением генома онкогенного вируса в хромосому клетки (Р. Дюльбекко, 1960, Л.А. Зильбер, 1961). Это привело к интенсивным исследованиям в последние годы онкогенных ДНК- и РНК-содержащих вирусов.

Изучение вирусов животных и человека

После того как Д.И. Ивановский установил способность ВТМ проходить через фильтры, задерживающие бактерии, началось изучение в том же плане возбудителей различных болезней животных и человека. Уже в 1898 г. Ф. Лефлер и П. Фрош сообщили о фильтруемости вируса ящура. Путем количественного определения вируса они показали его способность размножаться в пораженном организме. В течение нескольких последующих лет была установлена фильтруемость возбудителей чумы кур, желтой лихорадки и чумы свиней.