Генетика вирусов и прокариот
Понимание молекулярных механизмов потока генетической информации в простейших биологических системах
1. Введение: Зачем изучать генетику вирусов и прокариот?
Вирусы и прокариоты представляют собой простейшие генетические системы на Земле, однако именно они сыграли ключевую роль в раскрытии фундаментальных принципов молекулярной биологии. Многие знаковые открытия — включая идентификацию ДНК как генетического материала (эксперимент Херши–Чейз), модель оперона для регуляции генов (Жакоб и Моно) и рестрикционные ферменты — были сделаны при изучении бактериофагов и бактерий.
Прокариоты
- Одна кольцевая хромосома (нуклеоид)
- Плазмиды как дополнительные генетические элементы
- Опероны для координированной регуляции генов
- Горизонтальный перенос генов (трансформация, трансдукция, конъюгация)
- Отсутствие ядерной мембраны
- Полицистронная мРНК
Вирусы
- Геномы из ДНК или РНК (никогда оба одновременно)
- Облигатные внутриклеточные паразиты
- Белковая оболочка — капсид ± суперкапсид (оболочка)
- Литический и лизогенный жизненные циклы
- Высокая частота мутаций
- Разнообразные стратегии репликации
2. Структура вирусов и организация генома
Вирусы — это неклеточные структуры, состоящие из генома нуклеиновой кислоты, заключённого в белковую оболочку, называемую капсидом. Некоторые вирусы также имеют липидную оболочку (суперкапсид), происходящую из мембраны клетки-хозяина. Полная вирусная частица называется вирионом.
Классификация вирусов по Балтимору
Дэвид Балтимор классифицировал вирусы на семь групп на основе типа их генома и стратегии репликации, все из которых сходятся на образовании мРНК:
Икосаэдрический
20 треугольных граней, 12 вершин. Примеры: аденовирус, полиовирус. Квазиэквивалентные субъединицы подчиняются правилам T-числа.
Спиральный
Палочковидная форма, белковые субъединицы расположены спирально вокруг нуклеиновой кислоты. Примеры: вирус табачной мозаики (ВТМ), вирус гриппа.
Сложный
Комбинация структур, часто с хвостами и базальными пластинками. Пример: бактериофаг T4 с икосаэдрической головкой и спиральным хвостом.