II. CƠ SỞ VẬT CHẤT DI TRUYỀN CỦA VI KHUẨN [1]
5. Vận chuyển vă tâi tổ hợp thông tin di truyền [7]
Ở tế băo nhđn thật khi thụ tinh, câc bộ gen đơn bội kết hợp với nhau tạo thănh một hợp tử lưỡng bội. Qua câc quâ trình nguyín phđn liín tiếp, ở hợp tử diễn ra sự tâi tổ hợp giữa
hai bộ gen hay sự hình thănh câc bắt chĩo, xẩy ra khi nhiễm sắc thể tương đồng tiếp hợp. Trong quâ trình năy, nhiễm sắc thể đứt ra vă nối tại câc điểm tương ứng. Vì thế nguyín liệu di truyền được trao đổi giữa câc nhiễm sắc tử với nhau. Trao đổi chĩo lă một sự kiện ngẫu nhiín dẫn đến tâi tổ hợp di truyền vă vì thế lăm nẩy sinh câc hệ gen mới. Trao đổi chĩo có thể xẩy ra bất kỳ nơi năo trín nhiễm sắc thể, nói chung có hai hoặc ba bắt chĩo được hình thănh trín nhiễm sắc thể ở người trong quâ tình tạo giao tử. Câc giao tử chứa tổ hợp gen mới gọi lă kiểu tâi tổ hợp với nhau vă sự giảm phđn (phđn băo giảm nhiễm) thănh bộ gen đơn bội (giao tử).
Tâi tổ hợp ở tế băo nhđn nguyín thủy có điểm khâc với tế băo nhđn thật (vì vi khuẩn luôn luôn lă tế băo đơn bội). Hợp tử ở chúng không phải lă sản phẩm kết hợp của câc tế băo. Thường chỉ một phần phđn tử ADN được chuyển từ tế băo cho sang tế băo nhận, do đó sẽ xuất hiện câc hợp tử một phần. ADN của tế băo nhận vă một phần ADN của tế băo cho ghĩp đôi vă trao đổi đoạn. Khi phđn chia nhđn vă phđn băo tiếp theo sẽ xuất hiện một tế băo chỉ chứa một nhiễm sắc thể đê tâi tổ hợp. Tùy theo câch vận chuyển ADN, ta phđn biệt ba kiểu vận chuyển tính trạng di truyền ở vi khuẩn: chuyển nạp, tải nạp vă tiếp hợp, sau khi ADN được chuyển, trong tế băo nhận sẽ diễn ra tâi tổ hợp. ADN của tế băo cho lắp văo ADN của tế băo nhận (thể tâi tổ hợp).
5.1. Chuyển nạp
Chuyển nạp lă sự biến đổi genotyp của vi khuẩn, dưới ảnh hưởng của ADN nhận được từ vi khuẩn cho. ADN dưới thể dung dịch tự do, hoặc được chiết rút từ vi khuẩn năy sang một vi khuẩn nhận, không có sự can thiệp của một nhđn tố cấu trúc nhiễm sắc thể, hoặc epixom hoặc của phage, vi khuẩn vectơ. Như thế một nòi vi khuẩn bị biến đổi về mặt di truyền do tiếp thu một mảnh ADN của vi khuẩn thuộc nòi khâc.
Có hai loại chuyển nạp: chuyển nạp tự nhiín vă chuyển nạp nhđn tạo.
+Chuyển nạp tự nhiín: lă hiện tượng chuyển nạp xẩy ra khi nuôi cấy vi khuẩn trong điều kiện bình thường.
+Chuyển nạp nhđn tạo: nhiều vi khuẩn khi nuôi cấy trong biều kiện bình thường không xẩy ra chuyển nạp. Nhưng khi ủ tế băo trong dung dịch cation hóa trị hai với nồng độ cao thì xẩy ra hiện tượng chuyển nạp.
Hiện nay hai hệ thống chuyển nạp tự nhiín được nghiín cứu sđu vă thể hiện sự khâc biệt lă Streptococcus pneumoniae vă Haemophilus influenzae. Loại Streptococcus
pneumoniae được coi lă điển hình cho kiểu chuyển nạp tự nhiín ở vi khuẩn Gram dương còn Haemophilus influenzae điển hình cho kiểu chuyển nạp tự nhiín ở câc vi khuẩn Gram đm.
Tuy nhiín, trín thực tế không hẳn như vậy. Việc nghiín cứu chuyển nạp tự nhiín của plasmid cho thấy sự khâc biệt trong cơ chế chuyển nạp không nhất thiết tương ứng với tính chất của vâch tế băo.
5.1.1. Những thí nghiệm của F. Griffith về sự chuyển nạp 1928
Đối tượng nghiín cứu của ông lă vi khuẩn Staphylococcus pneumoniae (sâch cũ viết lă
Diplococcus pneumoniae), một song cầu khuẩn Gram dương, gđy bệnh viím phổi. Khả năng
gđy bệnh của vi khuẩn năy phụ thuộc văo vỏ nhầy. Phế cầu khuẩn tồn tại dưới hai kiểu hình dạng khuẩn lạc bóng lâng S vă dạng nhâm xù xì R khi nuôi cấy trín môi trường đặc.
Những tế băo S có độc hại, được bao bọc bởi giâp mô cấu tạo bằng polysaccharit, hình thănh những khuẩn lạc bóng lâng (S=Smooth). Những tế băo không độc, không có giâp mô, hình thănh những khuẩn lạc nhâm xù xì (R=Rough). Mỗi type đều có tính di truyền, vi khuẩn nhđn lín bằng câch sinh dưỡng vă bảo tồn những tính trạng đặc biệt trong rất nhiều thế hệ.
Trong những thí nghiệm của mình Griffith đê dùng những vi khuẩn S vă R để tiím truyền cho chuột.
5.1.2. Thí nghiệm in vitro về hiện tượng chuyển nạp.
Nhiều nhă nghiín cứu sau đó đê xâc minh những kết quả của Griffith. Quan trọng nhất lă sự chuyển nạp in vitro của những tế băo R thănh S.
Người ta nuôi cấy những tế băo R trong một ống nghiệm chứa những tế băo S bị giết chết bằng nhiệt. Sau đó trong canh khuẩn người ta tìm thấy những tế băo S sống cùng với những tế băo chết cho văo lúc đầu. Như vậy, một chất chứa trong tế băo S chết có khả năng lăm biến đổi những yếu tố di truyền của những tế băo R, người ta gọi chất năy lă nhđn tố chuyển nạp.
5.1.3. Bản chất của nhđn tố chuyển nạp [5]
Bản chất của nhđn tố chuyển nạp được Avery, MacLeod vă McCaty lăm sâng tỏ năm 1941. Trong những công trình nghiín cứu những chất có khả năng ức chế hoạt động của nhđn tố chuyển nạp, họ đê chứng minh rằng nhđn tố chuyển nạp chính lă ADN.
Người ta dùng chất tinh chế từ ADN của vi khuẩn S cho tâc động đến những vi khuẩn R thấy: một số ít vi khuẩn R biến thănh vi khuẩn Snhưng nếu cho văo những tế băo rời ADN đê xử lý bằng deoxyribonucease, enzyme lăm tan rê ADN thì không thấy hiện tượng chuyển nạp.
Đđy lă một sự thay đổi đặc hiệu, nghĩa lă một sự tổn thương của genotyp của những tế băo đê để thđm nhập những phđn tử ADN của những tế băo thuộc một genotyp khâc. Những thănh phần phđn tử lớn khâc của vi khuẩn như protein, không có hoạt tính chuyển nạp. Như vậy ADN có một hoạt động di truyền đặc hiệu, nó lă vật chất di truyền. Chỉ cần những nồng độ cực kỳ nhỏ (văi µg/ml của ADN tinh khiết để tiến hănh sự chuyển nạp. Người ta chứng minh rằng, số lượng vi khuẩn được chuyển nạp, tỷ lệ thuận với nồng độ của ADN cho đến khi có một nồng độ bảo hòa.
Như thế ADN có đặc tính di truyền đó lă nguyín liệu vectơ của những tính trạng di truyền. Cấu trúc thứ cấp của ADN cho thấy rõ tính đặc hiệu của di truyền năy ở trình tự câc bazơ bố trí theo chiều dăi của mạch ADN
5.1.4. Điều kiện để có chuyển nạp