Могут ли бактерии конъюгировать?

Ледерберг и его старший коллега Тейтем открыли еще одно важное свойство бактерий. Они установили, что кишечные бактерии Escherichia coli имеют половые различия. Одни клетки проявляют характер женских индивидов, другие - мужских. Методом, описанным в следующем разделе, из этих бактерий были выделены два различающихся штамма (мутанта): один из них нуждается в ростовых веществах биотине (Б) и метионине (М), другой - в лейцине (Л) и треонине (Т). Первый штамм ученые стали обозначать формулой Б⁺М⁺Т^-Л^-, а второй - Б⁺М⁺Т^-Л^-, где знак плюс отражает способность, а знак минус - неспособность штаммов синтезировать то или иное ростовое вещество.

Из каждого штамма взяли по 10 миллионов клеток, смешали их и посеяли на агаризованную среду, в которой не было ни одного из упомянутых ростовых веществ. Обычно ни тот ни другой тип бактерий на таком агаре не развивались, так как обоим не хватало по два ростовых вещества. И тем не менее на агаре появилось около ста колоний. Чем это объяснить? Исследования Ледерберга и Тейтема показали, что в разросшихся колониях все бактерии были нового типа (Б⁺М⁺Т^-Л^-). По-видимому, некоторые клетки из обоих штаммов конъюгировали между собой, причем мужская клетка передала женской клетке часть своей хромосомы, именно ту ее часть, в которой были гены, определяющие способность синтеза двух ростовых веществ, ранее не вырабатывавшихся "женской" клеткой. Теперь она стала самостоятельной и, получив в своей хромосоме два новых гена, приобрела возможность образовывать все четыре ростовых вещества.

Несколько позднее с помощью электронного микроскопа было установлено, что при конъюгации (как назвали этот процесс Ледерберг и Тейтем) две бактерии действительно соединяются друг с другом "копуляционным мостиком" (фото 52). При этом мужская клетка отдает часть своей хромосомы женской клетке.

Фото 52. Конъюгация двух бактерий

Жакоб из Пастеровского института со своим коллегой Э. Вольманом придумали оригинальный метод наблюдения за ходом конъюгации у бактерий. Они смешали мужской и женский типы бактерий в жидкой среде и через определенные промежутки времени отбирали пробы, помещая их затем в смеситель и продолжительно встряхивая, чтобы отделить друг от друга соединившиеся клетки. Затем они, так же как Ледерберг и Тейтем, зарегистрировали увеличение числа новых генов в "женских" клетках. Обозначим гены "мужской" хромосомы буквами А-Б-В-Г-Д-Е-Ж-З и проследим вместе с Вольманом и Жакобом с часами в руках их перемещение из "мужских" клеток в "женские" (см. рис. в разделе "Микробы и мутации").

Смешивать культуры "мужских" и "женских" бактерий они начали ровно в 9 часов. В 9.05 брали первую пробу, в 9.10 - вторую, в 9.20 - третью, в 9.30 - четвертую и в 9.35 - пятую. Затем встряхиванием разделяли спаренные клетки и, пересеяв их на агар, оставляли до следующего дня. И вот каков был результат: по прошествии 5 мин "женские" клетки не содержали еще ни одного "мужского" гена; через 10 мин в них был уже ген А, через 20 мин - гены А и Б, через 30 мин - гены А, Б и В, а спустя 35 мин положение уже не изменялось. Таким образом, конъюгация позволила "женским" клеткам получить три новых гена. А это означает, что они стали уже иными. Обогатившись тремя генами, они приобрели и иные свойства, которые передадутся следующим поколениям. Бактерии изменили свою природу!