Заключительный процесс созревание состоит в соединении фаговой ДНК с белком оболочки и образовании зрелых инфекционных фаговых частиц. Созревание Лизогенные бактерии иммунные к заражению теми фагами, которые присутствуют в них в виде профага. Обеспечиваемый профагами иммунитет основывается не на отсутствии адсорбции (как при устойчивости к вирулентным фагам), а на образовании
особого цитоплазматического ропрессорного вещества, препятствующего размножению легетатипного фага. Это же ропрессорное вещество препятствует возврату профага is вегетативное состояние и подавляет синтез фаговых белков. Возникновение лизогенного состояния связано; таким образом, с образованием репрессора.
Спонтанно, без воздействия извне, лизогенные бактерии лизируются редко. Однако целый ряд факторов (ультрафиолетовые лучи и другие мутагенные агенты) может индуцировать в каждой клетке развитие профага, ведущее к образованию и выделению инфекционного фага. Успех такой индукции зависит от генетической конституции профага, физиологического состояния хозяина и условий культивирования. Индукция явно основывается па устранении или инактивации имеющихся молекул репрессора. Существуют мутанты умеренных фагов, вызывающие в клетке образование термолабильного репрессора. В этом случае для того, чтобы индуцировать лизис бактерий, достаточно просто повысить температуру до 44° С. Агенты, под действием которых происходит индукция,
по-видимому, вызывают накопление в клетке какого-то индуктора, инактивирующего репрессор.
Умеренные фаги могут также переходить в вирулентное состояние в результате мутации. Мутанты бывают двух типов. Одни мутанты оказываются устойчивыми к репрессору фага (они, поэтому могут размножаться и в лизогенных клетках, иммунных к обычным гомологичным фагам); другие мутанты утратили саму способность вызывать в клетке синтез репрессора. Этим, однако, дело не исчерпывается; вирулентные мутанты умеренных фагов отличаются от обычных вирулентных фагов по целому ряду физиологических признаков.
Интеграция и индукция фага К. Изучение фага X, лизогенного для Escherichia coli К 12, позволило установить, каким образом профаг связан с бактериальной хромосомой. Лизогенизация этим
фагом может служить примером жизненного цикла умеренного бактериофага. Длина хромосомы фага А, составляет всего около 2% длины бактериальной хромосомы. В свободных фаговых частицах ДНК присутствует в виде линейной двойной цепи. После инъекции в клетку-хозяина двойная цепь может замкнуться в кольцо.
В лизогенных клетках профаг прочно связан с хромосомой хозяина. При конъюгации клеток профаг вместе с хромосомой хозяина переносится из клетки-донора в клетку-реципиент. Генетические эксперименты показывают, что фаг X присоединен к хромосоме хозяина в совершенно определенном участке между галактозным и биотиновым локусами. Соединение осуществляется па хромосоме или внутри нее. Сначала считалось, что ДНК профага только прикрепляется к хромосоме бактерии в этом участке. Однако в результате составления генетических карт фага, а также из опытов по рекомбинации стало ясно, что Фаговая ДНК при лизо^генизации не просто прикрепляется к бактериальной ДНК, а включается в нее. Такое включение профага {интеграция) происходит, очевидно, тем же путем, что и обмен ДНК при генетической рекомбинации, т. е. через разрыв и перекрестное воссоединение (фиг. 81). Поскольку Фаговая ДНК прикрепляется к бактериальной всегда в совершенно определенном месте, следует заключить, что у этих двух нуклеиновых кислот имеются гомологичные отрезки и что именно здесь происходит сначала наложение, а затем разрыв и воссоединение. Можно думать, что последовательности оснований фаговой и бактериальной ДНК в этих участках комплементарны.
В интегрированном состоянии Фаговая ДНК реплицируется вместе с бактериальной и подчиняется тем же регуляторным воздействиям, что и удвоение бактериальных хромосом. Информация, содержащаяся в фаговой ДНК, в это время выражения не находит.
Только в результате перехода профага в вегетативное состояние устанавливается автономия фаговой ДНК и начинается размножение фага. Этот обратный переход может происходить спонтанно или в результате индукции (например, при УФ-облучении). Отделение фаговой ДНК от бактериальной происходит, вероятно, путем, обратным включению, т. е. через образование петли ДНК и наложение гомологичных отрезков с последующим разрывом и новым замыканием кольца. Как только профаг в результате этого отделения перейдет в вегетативное состояние, он восстанавливает свою автономность; начиная с этого момента он перестает подчиняться репрессии и теперь уже размножается в бактериальной клетке как вирулентный фаг. Этот процесс приводит к лизису бактерий и высвобождению фага. Явление лизогении позволяет сделать вывод о существовании близкого родства между бактериями и бактериофагами. В основе его лежит, в конечном счете, довольно сильно выраженная гомологичность фаговой и бактериальной ДНК. Вирулентные фаги могут рассматриваться под этим углом зоения как продукт дальнейшего развития: они утратили гомологичность в отношении бактериальной ДНК и поэтому не могут более включаться в бактериальную хромосому; именно вследствие этого они и оказываются полностью автономными. На примере лизогенных бактерий видно, что многие вирусы могут быть самым тесным образом связаны с генетическим материалом клетки-хозяина и могут на протяжении многих поколений реплицироваться совместно с ним, ничем не обнаруживая своего присутствия.
Модификация фаговой ДНК
Фаги, как правило, проявляют специфичность в отношении хозяина. Определенный фаг поражает только один штамм бактерий или ограниченное число родственных штаммов, видов или родов; только в их клетках он способен размножаться. Такого рода специфичность обусловливается в первую очередь рецепторными свойствами поверхности бактериальной клетки. I Однако, помимо этого бактерии располагают и еще одной системой для распознавания фагов. Это распознавание зависит от фаговой ДНК. Речь идет о так называемой модификации фаговой ДНК, т. е. о незначительном ее изменении путем метилирования или гликозилирования пиримидиновых или пуриновых колец. Эти процессы происходят уже после образования фаговой ДНК в клетке-хозяине. Незначительное изменение ДНК никак не отражается на заключенной в ней генетической информации. Оно только позволяет клеткам «узнавать» ДНК. Это означает, что судьба такой ДНК в клетках разных бактериальных штаммов оказывается различной: в одних клетках эта ДНК разрушается, а в других не разрушается и может реплицироваться. Разрушение фаговой ДНК нуклеазами зараженной клетки называют рестрикцией.
В качестве хорошо изученного примера можно привести фаг 12. При размножении этого фага в клетках Escherichia coli В конце латентного периода Фаговая ДНК глюкозируется. При этом более 65% остатков оксиметилцитозина, имеющихся в ДНК, присоединяют глюкозу. Если затем клетки Е. coli В заразить таким фагом, то фаг размножается в них и этот процесс всегда завершается лизисом. Но если фаг Т2 попадает в клетки дефектного мутанта Е. со/гВ, в которых глюкозилирование невозможно из-за недостатка УДФ-глюкозы (стр. 212), то при его размножении образуются частицы, несущие неглюкозилированную ДНК. Такие фаговые частицы (их обозначают через Т2 *) подчиняются рестрикции, т.е. они не могут размножаться в клетках Е. coli В. Во время инъекции в клетку их ДНК разрушается нуклеазой, локализованной в цито-плазматической мембране. Во всем остальном частицы Т2 * вполне интактны и способны к размножению. Они размножаются, например, в клетках Shigella, которые не содержат указанной нуклеазы Кроме того, клетки Shigella обладают глюкозилирующей системой; поэтому частицы Т2* претерпевают в них обратную модификацию, т. е. вновь превращаются в частицы Т2, способные размножаться в клетках Е. сои В. Модификацию претерпевают также ДНК фагов X и fd во время литического цикла в клетках Е. coli К. В ДНК этих фагов аминогруппы некоторых остатков аденина и цитозина метилируются. Фаговые частицы, содержащие такую метилированную ДНК, размножаются в клетках двух штамм
