История биологии с начала XX века до наших дней

В 1953 г. Б. Стокер, Н. Циндер и Дж. Ледерберг выявили возможность переноса у сальмонелл трансдуцирующим фагом от одной бактерии к другой двух генов, один из которых определяет наличие жгутике, а другой — его антигена. Трансдукция двух рядом расположенных генов указывает на их тесное сцепление и, наоборот, обособленный перенос генов свидетельствует о расположении их в хромосоме относительно далеко друг от друга. Таким образом, феномен трансдукции явился важным инструментом определения локализации генов в хромосомах бактерий и построения их генетических карт.

Четвертый период (с 1953 г.) характеризуется появлением новых направлений — молекулярной биологии и молекулярной генетики вирусов бактерий. Открытие генетической функции ДНК стимулировало исследования ее структуры. Предложенная Дж. Уотсоном и Ф. Криком (1953) модель строения молекулы ДНК в виде двойной спирали и установление принципа комплементарности ее оснований объяснили генетические свойства ДНК фагов — способность к репликации, мутированию и рекомбинации — и позволили сделать важные предсказания, определившие развитие молекулярной биологии вирусов бактерий. Так, на основании принципа комплементарности оснований ДНК Уотсон и Крик постулировали полуконсервативный механизм ее репликации (см. главу 24). Репликация ДНК фагов Т-серии, как показала А. Роллер (1961), осуществляется при помощи ферментов ДНК-полимераз (А. Корнберг, 1959). Точный механизм ее еще не известен. Р. Окасаки и другие (1968) указывают, что при репликации образуются короткие отрезки ДНК, которые сшиваются между собой ферментом ДНК-лигазой.

Открытие фага ϕХ174, содержащего однонитчатую ДНК (Р. Синсхеймер, 1959), не только не опровергло, но, наоборот, подтвердило универсальность полуконсервативного механизма репликации ДНК у вирусов бактерий. Оказалось, что после проникновения в клетку одноцепочечной ДНК фага ϕХ174, так называемой «плюс»-цепи, на ней формируется комплементарная ей «минус»-цепь и в результате образуется двухцепочечная репликативная форма. «Минус»-цепь и служит матрицей для синтеза информационной РНК фага ϕХ174 (Р. Синсхеймер, 1968).

В 1968 г. М. Гулиан, А. Корнберг и Р. Синсхеймер, используя препараты ДНК-полимеразы и лигазы из Е. coli, осуществили репликацию ДНК фага ϕХ174 de novo.

Генетические исследования с использованием большого числа различных мутаций фагов Т2 и Т4 показали, что все их гены имеют одну группу сцепления (Р. Стрейзингер, В. Брюс, 1960). В 1963 г. Р. Стрейзингер, Р. Эдгар и Г. Денхардт при тригибридном скрещивании различных мутантов фага Т4 обнаружили, что между генетическими локусами, расположенными в крайних точках линейной карты, рекомбинанты не образуются. Отсюда они сделали вывод, что генетическая карта этого фага представляет кольцо. Применение условно-летальных мутантов, открытых у фага Т4, соответствующие мутации которых располагаются во всех секторах карты, позволило получить более точное представление о генетической карте фага Т4.

Кольцевая генетическая карта фага Т4 (по Г. Стенту, 1971).

Построена на основе сравнительного анализа сцепления на «исторической карте» и на картах условнолетальных am- и ts-мутаций.

Важное значение для развития молекулярной генетики вирусов бактерий имели работы С. Бензера (1955), установившего тонкое строение гена rII фага Т4. Он показал, что этот ген состоит из двух функциональных участков, названных им цистронами А и В, которые содержат по 1000-15 000 нуклеотидов. Каждый цистрон состоит из большого числа единиц мутаций (мутонов) и рекомбинаций (реконов). Мутон, по мнению автора, соответствует одному нуклеотиду, а рекон — шести.

Таким образом, работы Бензера позволили представить ген и его компоненты в виде определенного числа нуклеотидов. Обнаружение в гоне rII фага Т4 двух рядом расположенных цистронов привело к изменению представлений о природе связи между геном и определяемым им признаком. Вместо установленной биохимической генетикой зависимости «один ген — один фермент» получает признание формула «один геи — один полипептид», согласующаяся с данными о наличии в ряде активных белков нескольких полипептидных цепей. Выявление определенного порядка локализации цистронов в области rII фага Т4, контролирующего синтез активного белка, пролило свет на механизм связи между геном и ферментом: линейный порядок расположения цистронов обусловливает последовательный синтез соответствующих полипептидов, входящих в состав активного белка.

Работы Бензера способствовали решению проблемы генетического кода и познанию механизма мутаций. Именно используя область гена rII фага Т4 в качестве модели, Ф. Крик, Л. Барнет, С. Бреннер и Р. Уоттс-Тобин (1961) установили общую природу записи генетической информации для белков, а Э. Фриз (1961), С. Бреннер, Л. Барнет и Л. Оргель. (1961) выяснили природу точечных мутаций (см. главу 24).