Rekombinacja i wedrowki genow

Rekombinacja nazywamy wymiane odcinkow miedzy homologicznymi regionami DNA. Spelnia ona dwie zasadnicze role:

jest podstawowym procesem wymiany genow miedzy chromosomami, prowadzacym do zwiekszenia roznorodnosci genetycznej komorek,
pozwala na przezycje organizmow w sytuacjach, gdy na skutek licznych uszkodzen w obu lancuchach heliksu DNA ich reperacja nie jest mozliwa.

Ze wzgledu na charakter czasteczek, kotre ulegaja rekombinacji istnieje podzal na:

rekombinacje uprawniona, tj. zachodzaca miedzy czsteczkami o komplementarnych sekwencjach nukleotydowych,
rekombinacje nieuprawniona, gdy rekombinujace czasteczki maja niekomplementrne sekwencje, a do jej realizacji konieczne sa specyficzne enzymy rozpoznajace sygnalne sekwencje w obu rekombinujacych czasteczkach.

REKOMBINACJA UPRAWNIONA
Wzajemna wymiana odcinkow miedzy homologicznymi czasteczkami DNA zostala okreslona przez Th. Morgana (naukowca, ktory w latach trzydzestych badal mejoze u muszki owocowki) jako crossing-over. Proces ten zachodzi u bakterii, wirusow, a takze miedzy homologicznymi chromosomami organizmow eukariotycznych, glownie w czasie mejozy. W proces crossing-over zaangazowane sa czesto liczne kompleksy enzymatyczne, lecz dokladny mechanizm ich dzialania nie jest do konca poznany. W swietle obecnej wiedzy mechanizm rekombinacji uprawnionej przedstawia sie nastepujaco:

homologiczne odcinki rozpoznaja regiony o podobnej sekwencji nukleotydowej,
nastepuje naciecie w kazdej z ulozonych obok siebie nici DNA,
nastepnie obie nici DNA lacza sie ze soba w sposob krzyzowy, co powoduje wymiane odcinkow w obu czsteczkach (crossing-over) i powstanie mieszancowego DNA,
kolejnym procesem jest przsuwanie sie rozgalezienia co powoduje wydluzenie odcinka mieszancowego DNA, przesuniecie to wiaze sie z koniecznoscia rozplecenia podwojnego heliksu DNA,
ostatnim procesem zachodzacym podczas rekombinacji jest przeciecie czsteczek w odpowiednich miejscach i polaczenie zrekombinowanych nici.

Wiadomo, ze w proces rekombinacji zaangazowane sa bialka. Jednym z najlepiej poznanych bialek bioracym udzial w tym procesie jest RecA u Escherichia coli. Bialko to odpowiada za rozplecenie spirali DNA, prawidlowe rozpoznanie komplementarnych sekwencji i wydluzanie mieszancowego DNA. Aby pelnic te funkcje musi miec mozliwosc tworzenia kompleksow z DNA.

U organizmow eukariotycznych rekombinacjia genetyczna zachodzi zwykle w czasie mejozy (w pachytenie pierwszgo podzialu mejotycznego) i jest zwiazana z koniugacja chromosomow homologicznych.

REKOMBINACJA NIEUPRAWNIONA
Jest to szczgolny przypadek rekombinacji, w ktorym biora udzial czasteczki DNA o roznych sekwencjach nukleotydowych, majace jedynie niewielkie odcinki homologiczne.

Jednym z przykladow takiej rekombinacji, jest integracja DNA bakteriofagow w genofor bakteryjny. DNA fagowe i bakteryjne ma specjalne 15 nukleotydowe sekwencje rozpoznawane przez specyficzne enzymy (integrazy), ktore umozliwiaja wzajemna rekombinacje. Zintegrowane w genofor bakteryjny DNA faga nosi nazwe profaga. Profag moze ulec wycieciu (tzw indukcja profaga) z udzialem enzymow bioracych udzial w jego integracji oraz dodatkowego, kodowanego przez DNA fagowe.

Innym przykladem rekombinacji nieprawnionej jest "wedrowka" transpozomow, czyli elementow genetycznych zdolnych do zmiany polozenia w genomie . Rekombinacja z udzialem transposomow odbywa sie w obrebie genomu jednego organizmu. Transpozomy sa odcinkami DNA, zlozonymi z kilkuset lub kilkutysiecy par nukleotydow, wystepujacymi w wielu kopiach, mogacymi w wyniku swojego przemieszczania (transpozycji) powodowac zmiany w strukturze genomu (np. duplikacje, inwersje lub delecje). Przemieszczanie sie transpozomow sterowane jest specyficznymi enzymami - transpozazami.
Bardziej zlozone transpozomy maja specyficzne sekwencje na obu koncach. Sa to tzw. sekwencjie insercyjne (IS), rozpoznawane przez odpowiednie enzymy decyduja o wintegrowaniu sie w chromosom. Pomiedzy sekwencjami IS moga znajdowac sie geny warunkujace opornosc na anybiotyki. Aby transpozaza mogla poprawnie wlaczyc DNA transpozomu, na chromosomie musza wystepowac specyficzne, zlozone z kilku nukleotydow, sekwencje docelowe.
W komorkach eukariotycznych odkryto inny rodzaj transpozomow tzw. retrotranspozomy. Retrotranspozomy podobnie jak retrowirusy w procesie transpozycji przechodza przez stadium RNA, ktory w wyniku dzialania dzialania odwrotnej transkryptazy jest przepisany na DNA.