Рекомбинация

Рекомбинация (от латинского re- — приставка, означающая возобновление, и среднелатинского combinatio — соединение) — это перераспределение генетического материала родителей в потомстве. Этот процесс приводит к наследственной комбинативной изменчивости живых организмов, что играет ключевую роль в эволюционных преобразованиях.

Рекомбинация — универсальный биологический механизм, свойственный всем живым системам — от вирусов до высших растений и животных. Для её осуществления у разных групп организмов существуют различные процессы:

У эукариот (организмов с ядром) — половой процесс.
У прокариот (бактерий и архей) — конъюгация, трансформация и трансдукция.
У вирусов — совместная инфекция клетки.

Механизмы и типы рекомбинации

Рекомбинация происходит двумя основными путями:

В результате расхождения гомологичных хромосом в мейозе.
За счёт взаимодействия молекул ДНК, приводящего к переносу её участков с одной молекулы на другую. Именно этот процесс часто называют рекомбинацией в узком смысле.

Такой перенос может быть:

Взаимным (реципрокная рекомбинация) — когда две молекулы ДНК обмениваются участками.
Односторонним (нереципрокная рекомбинация) — когда фрагмент ДНК переносится только в одном направлении.

Рекомбинация может наблюдаться как в половых, так и в соматических (телесных) клетках, хотя в митотически делящихся клетках её частота значительно ниже, чем в мейозе.

В узком смысле различают три основных типа рекомбинации ДНК:

1. Общая рекомбинация (кроссинговер)

Это обмен между гомологичными (схожими) последовательностями ДНК, который может происходить по всему геному.
Осуществляется в диплоидных клетках за счёт процессов разрыва и воссоединения гомологичных участков ДНК.
При этом формируются гибридные молекулы значительной протяжённости (около 1000 пар нуклеотидов), образуемые нитями из разных рекомбинирующих молекул на основе их комплементарности.

2. Сайт-специфическая рекомбинация

Происходит в строго ограниченных, специфических участках генома размером 10–20 пар нуклеотидов.
Классический пример — включение ДНК вируса (профага) в геном бактерии.

3. Незаконная (неправильная) рекомбинация

Механизм изучен недостаточно.
Представляет собой взаимодействие негомологичных (несхожих) молекул ДНК.
Приводит к масштабным структурным перестройкам генетического материала: транслокациям (перенос участка), инверсиям (переворот участка), делециям (потеря участка) и другим (см. Хромосомные перестройки).

Практическое значение

Рекомбинация — фундаментальный инструмент генетических исследований и биотехнологий:

На её основе определяют принадлежность генов к группам сцепления.
Строят генетические карты, отражающие порядок расположения генов в хромосомах.
Определяют аллельность мутаций со сходным фенотипическим проявлением.
Целенаправленное получение рекомбинантных (гибридных) молекул ДНК лежит в основе генетической инженерии и современных биотехнологий.