5.4.1. Прокариотни микроорганизми

Разнообразието  от механизми е типично за трансфера на ДНК при прокариотите, като то може да доведе до пренос на наследствени характеристики.

Тези механизми за транфер на ДНК дават на бактериите предимство в адаптивния отговор на промените в околната среда посредством приемането на нова генетична информация, която може да даде ефикасно оръжие за устояването на неблагоприятен селективен натиск. Подобен тип събитие е широкото разпространение на гените за антимикробна резистентност сред микроорганизмите, след въвеждането на антибиотични агенти в земеделието, ветеринарната и хуманната медицина. Силно разпространен механизъм за трансфер на гени при прокариотните системи е конюгацията, която се основава на наличието на плазмид в донорните клетки или на конюгационни транспозони в хромозомата. Прекият клетка-клетка контакт подпомага транфера на копие(я) от плазмида или транспозона(ите) в реципиентните клетки. При бактериите са идентифицирани голям брой плазмиди, някои от които нямат способност за собствен пренос. В този случай той се улеснява от други плазмиди.

Броят на плазмидите, представени в бактериалните клетки може да бъде различен и тази черта е обща за бактериалните популации, обитаващи различни ниши. Тези подвижни генетични елементи – плазмидите и транспозоните често могат да определят нови свойства на клетките. Уникален феномен в природата (както и в експериментални условия) е конюгативния генен трансфер от бактерии към еукариотни клетки (дрожди, филаментозни гъби, животински и растителни клетки).

Друг процес на генен трансфер, който се основава на активно приемане на ДНК от бактериите в тяхната цитоплазма е естествената трансформация. Този феномен е характерен за ограничен брой бактерии от основните трофични и таксономични групи. Процесът (трансферът) може да протече ефективно по време на специфична фаза от растежа на популацията, наречена “компетентност’. Трансформацията се реализира с хромозомални ДНК фрагменти или плазмиди, като процесът се осъществява при специфични физични или химични условия, характеризиращи фазата на компетентност, през която чуждата ДНК може да навлезе в бактериалните клетки. Такъв тип на трансформация често се ползва при релизирането на генните технологии.

Третият тип на генен трансфер – трансдукцията също се наблюдава в микробиалните популации и съобщества. Тя се осъществява чрез бактериални вируси, които пакетират случайна част от ДНК на последната клетка-гостоприемник, правейки я донорна и след това я пренасят в реципиентна клетка.

Специфичността на горе-описаните три механизма зависи от генетичното родство на донорната и реципиентната клетка. Трансферът на гени може да се осъществи посредством тези механизми между членовете на един вид, но и между представители на различни видове и родове. Така нареченият “хоризонтален генен трансфер”, осъществяван чрез горните механизми е обширно изучен и се счита като много важен за геномната структура на бактериалния вид. Изследването на този феномен включва също така и анализ на пълната геномна секвенция.

Експериментите в областта на е

стествения генен трансфер показват, че разнообразни събития на пренос се осъществяват в естествените местообитания на бактериите, включително в почвата, ризосферата, филоплана, седиментите, речните епитопи, хранителните продукти, интестиналния тракт, устната кухина на бозайниците и др.

След сполучливия трансфер на чуждата ДНК в реципиентната клетка, тя може да се внедри в генома посредством геномна интеграция (напр. хоможна рекомбинация) или чрез формиране на плазмид (в случай, че присъства репликационно начало). Този процес може да се прекрати поради различни причини (като липса на хомоложност в нуклеотидната последователност или наличие на рестрикционни ендонуклеази). Ясно е, че ако новата генетична информация дава предимство на реципиента и позволява оцеляването при промени в естествената екосистема, то тя ще бъде запазена на популационно равнище, ако селекционният натиск е продължителен. Така че, трансферът на гени може да се счита като феномен, типичен за природата на прокариотните микроорганизми. Той е естествен отговор към промени в селективния натиск на средата, където циркулирането на гени или генни комбинации, както и появата на някои генни групи дава по-добри възможности за оцеляване на микробната популация.

Имайки предвид, естествения характер на трансфера на гени в бактериалното съобщество, който може да осигури широкото разпространение на рекомбинантните конструкти, за предпочитане е по време на процеса на генно-инженерните манипулации, да се използва хромозомалния интеграционен подход. Включването на гени в конструктите, които могат да дадат селективно предимство при дадени условия, трябва да се избягва (напр. антимикробиални детерминанти). Процедура на премахване на всяка генна секвенция, която може да стимулира случайното интегриране в други геноми трябва да бъде предвидена  при подтотовката  на желания конструкт.