История биологии с начала XX века до наших дней

Как показали в 1967 г. К. Тейлор, 3. Храдечна и В. Шибальски, разные гены транскрибируются с одного или другого конца цепи, и транскрипция может идти в противоположных направлениях. В 1969 г. Шибальски установил, что обе цепи ДНК фага λ являются генетически активными. В 1954 г. Ф. Жакоб и Е. Вольман при скрещивании лизогенных мутантов Hfr с нелизогенной бактерией-реципиентом F’ установили так называемое явление зиготной индукции профага. Ее не наблюдалось в случае, когда бактерия-реципиент была лизогенной. На этом основании Г. Бертани (1958) сделал заключение, что зиготная индукция определяется свойствами цитоплазмы клетки-реципиента и что иммунитет лизогенных бактерий к гомологичному умеренному фагу контролируется цитоплазматическим фактором (веществом «иммунности»). В 1957 г. А. Кайзер открыл у фага λ с-мутанты (от англ. слова clear), утратившие лизогенность и поэтому образующие прозрачные стерильные пятна (умеренные фаги образуют мутные стерильные пятна из-за вторичного роста лизогенизированных бактерий). Эти мутанты сыграли важную роль в выяснении механизма лизогении. Кайзер скрестил большое число с-мутантов с другими мутантами по типу стерильных пятен и установил, что все с-мутации расположены в одной области генетической карты фага С, определяющей иммунитет. Он показал, что с-мутации распределяются по трем генам — C_I, 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.