Sinh học phân tử - Chương V.doc

Chng V
Cỏc c ch gõy bin i DNA
I. t bin
1. c im ca t bin
- t bin l nhng thay i t ngt cú kh nng di truyn trong vt cht di
truyn (DNA), t bin bao gm c 2 ni dung l nhng thay i trong vt cht di
truyn v quỏ trỡnh lm thay i nú.
- Mt c th sinh vt cú biu hin kiu hỡnh khỏc thng do kt qu ca t bin
gi l th t bin (mutant).
- Thay i kiu gen bao gm thay i s lng nhim sc th, cu trỳc nhim sc
th, nhúm gen liờn kt v nh nht l thay i trong 1 gen. Chỳng ta s cp n t
bin gen, nhiu t bin do thay i 1 cp baz, thay cp ny bng cp khỏc, lp li,
tng hoc mt ch 1 vaỡ nu(t bin im).
- t bin l nguyờn nhõn chớnh to ra tt c cỏc bin d di truyn, lm c s cho
tin húa.
- Nu khụng cú t bin thỡ tt c cỏc gen ch tn ti mt dng, s khụng cú tn
ti nhiu alen, bi vy vic phõn tớch di truyn s khụng th tin hnh c v mt
iu vụ cựng quan trng l sinh vt s khụng th tin húa, khụng th thớch ng c
vi s thay i ca mụi trng.
- t bin t nhiờn (spontaneous mutation) l t bin xy ra khụng rừ nguyờn
nhõn, do sai sút trong tỏi bn DNA. t bin nhõn to (induced mutation) xy ra do c
th sinh vt c tip xỳc vi cỏc tỏc nhõn gõy t bin do con ngi x lý nh: tia
phúng x ion, tia t ngoi, nhng húa cht phn ng tơng tác vi DNA v RNA.
- Tn s sai sút nhn thy t cỏc nucleotit khi tỏi bn d oỏn khong 10
-5
, 1 chu
k đọc sa sai (proofreading) nh hot tớnh exonuclease 3-5 ca DNA polymerase s
gim tn s sai sút xung cũn 10
-10
(10
-5

x10
-5
). Thờm mt s c ch khỏc cú th lm
gim t l sai sút xung hn na.
- Tn s t bin vi khun trong t nhiờn t 10
-8
-10
-10
nu/1 th h, cũn sinh vt
nhõn tht l t 10
-7
10
-9
nu/1 th h.
- t bin xy ra ngu nhiờn khụng nh hng theo mụi trng (tỏc nhõn gõy t
bin), mc du chỳng ta quan sỏt nhiu qun th sinh vt ngy mt tr lờn chng li
thuc tr sõu nh loi rui nh chng li DDT, vi sinh vt chng li khỏng sinh nu
dựng liờn tc. iu ú khụng phi do mụi trng nh hng t bin m trong qun
th ngu nhiờn cú t bin chng chu, t bin ny s tn ti, sinh sụi ny n v to
thnh qun th th h sau. Vic chn lc chng vi khun khỏng khỏng sinh
streptomicine t qun th vi khun c x lý streptomicine l mt vớ d minh chng
cho iu ú. Cỏch lm nh sau: pha loóng tng t bo nuụi trong Streptomicine, s ớt
t bo cú t bin khỏng s sng cũn phn ln s cht.
- Biu hin ca t bin th hin t rt nh n bin i c hỡnh thỏi hoc lm sinh
vt cht.
44
- Gen là một đoạn DNA mã hóa một chuỗi polypeptide, bất kỳ đột biến nào xảy ra
trong nội bộ gen sẽ tạo thành dạng mới hoặc alen mới của gen rồi có thể tạo ra protein
mới. Những gen chứa những đột biến nhỏ muốn phát hiện phải dùng kỹ thuật đặc biệt
gọi là (isoallele).

- Đột biến có thể trội hoặc lặn, ở cơ thể đơn bội như virus, vi khuẩn thì cả 2 dạng
trội và lặn đều được biểu hiện ra kiểu hình, còn ở cơ thể nhị bội đột biến trội hoặc lặn
chỉ được phát hiện ra qua phân tích quần thể đời sau hoặc chuyển được chúng về trạng
thái đồng hợp tử, hầu hết đột biến lặn ở nhị bội không thể biểu hiện trừ một số đột
biến nằm trên nhiễm sắc thể giới tính.
- Dạng đột biến dễ phân tích nhất là đột biến gây chết có điều kiện, chúng chết trong
môi trường này nhưng tồn tại trong môi trường khác. Có 3 dạng đột biến này là:
+ Đột biến dinh dưỡng thụ động là đột biến xảy ra ở vi sinh vật làm cho nó chỉ sống
được trong môi trường tối thiểu.
+ Đột biến mẫn cảm nhiệt độ là đột biến chỉ biểu hiện trong một phạm vi nhiệt độ nhất
định, có sản phẩm gen nhưng không bền ở ngoài ngưỡng nhiệt độ trên. Cũng có thể
đột biến ở điều kiện nhiệt độ này thì bình thường nhưng ở điều kiện khác thì biểu hiện
đột biến.
+ Đột biến mẫn cảm ức chế là đột biến bù lại cho những đột biến khác dẫn đến trở thành
bình thường hoặc gần bình thường khi cùng có thêm 1 đột biến nữa.
- Hầu hết các đột biến biểu hiện hiệu quả kiểu hình là do kết quả của hoạt tính sản
phẩm gen bị giảm đi hoặc do không có hoạt tính sản phẩm của gen. Điều này do
hiệu quả chọn lọc lâu đời tính thích ứng tối ưu của dạng dại (allele dại).
- Đột biến có thể xảy ra ở bất kỳ tế bào hoặc trạng thái nào trong chu kỳ tế bào,
nếu xảy ra ở tế bào soma, tế bào này không sinh giao tử thì chỉ có ở mô đó, và có
thể được truyền qua sinh sản vô tính như ví dụ đối với giống táo Delicious và
giống cam navel. Nếu đột biến trội xảy ra trong tế bào phôi thì hiệu quả của đột
biến có thể được biểu hiện ngay ở con cháu, tuy nhiên nếu là đột biến lặn thì vẫn
không biểu hiện ra.
- Đột biến hemoglobin. Hemoglobin là một đại phân tử có mặt trong hồng cầu có
nhiệm vụ vận chuyển oxy từ phổi đến tất cả các mô khác nhau của cơ thể. Có 2
kiểu hemoglobin ở người là dạng F khi trong trạng thái trẻ sơ sinh (new born) và
dạng A khi người đã trưởng thành. Hemoglobin A gồm 2 chuỗi α giống nhau và
2 chuỗi β, còn dạng F gồm 2 chuỗi β và 2 chuỗi γ . Mỗi chuỗi được mã hóa bởi 1
gen đặc trưng. Chuỗi α chứa 141 axit amin, chuỗi β và γ chứa 146 axit amin, các

chuỗi này khá giống nhau về trình tự chuỗi axit amin, cho nên người ta cho rằng
chúng đều xuất phát từ 1 gen chung. Có nhiều biến dạng hemoglobin được phát
hiện chủ yếu là từ Hemoglobin A. Một trong chúng là đột biến tế bào hồng cầu
lưỡi liềm là Hemoglobin S (alen S, Hb
s
β
/HB
s
β
) là một dạng biến đổi của chuỗi β.
Phân tử này kết tủa khi bị thiếu oxy, hình thành lên thể ác tính làm biến đổi hình
thái tế bào hồng cầu tạo thành hình lưỡi liềm (h×nh 1.5).
45
H×nh 1.5. §ét biÕn hång cÇu thµnh h×nh lìi liÒm
2. Cơ sở phân tử của đột biến
- Watson và Crick đã mô tả chuỗi xoắn kép DNA, đề xuất cơ chế sao chép DNA
bán bảo toàn trên cơ sở ghép cặp đặc thù bazơ để giải thích quá trình truyền đạt
trung thành thông tin di truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác. Hai ông còn đề
xuất một cơ chế giải thích đột biến tự nhiên và cấu trúc bazơ nitơ không bất biến.
Nguyên tử hydro có thể rời từ ví trí NH2 hoặc chuyển đến ví trí 0 của 1 purine
hoặc pyrimidine để tạo thành bazơ hiếm, thí dụ nguyên tử H từ nhóm amin trở
thành NH hoặc H đến kết hợp với O thành OH trong vòng nitơ, quá trình này gọi
là (tautomeric –shift, sự trôi dạt nguyên tử H (h×nh 2.5).
- Thí dụ Thymine và Guanine dạng bình thường là dạng keto khi chuyển thành
trạng thái hiếm enol, chúng có thể lần lượt được kết hợp với dạng keto của
Guanine và Thymine bằng 3 liên kết hydro.
Có 3 dạng đột biến điểm:
- Tương tự adenine và cytosine bình thường ở dạng amino khi trở thành dạng hiếm
imino chúng có thể lần lượt kết hợp với dạng amino của cytosine và adenine
bằng 2 liên kết hydro (h×nh 3.5). Điều này trái với bình thường là T=A, G≡C.

Các trạng thái tautomeric thường tồn tại một thời gian ngắn, tuy nhiên nếu xuất
hiện vào lúc tái bản, thì quá trình nhận nhầm và đột biến dễ xảy ra. Kết quả có
thể tạo ra sự thay thế một bazơ purine hoặc pyrimidine dạng này bằng bazơ
purine hoặc pyrimidine khác (đây gọi là quá trình transition, quá trình chuyển
tiếp hay quá trình quá độ (hoán vị).
Hình 2.5. Trạng thái
tautomeric chuyển từ
trạng thái bình thường
keto, amino thành dạng
hiếm enol và imino của 4
bazơ nitơ
46
- Quỏ trỡnh thay th cp baz liờn quan n vic thay th 1 purine bng 1
pyrimidine v ngc li gi l quỏ trỡnh transversion (s chuyn qua).
- Thờm hoc bt mt vi cp baz gi l t bin thay i khung c mó (frame
shift mutation) (hình 4.5).
Hỡnh 3.5. Hin tng ghộp cp ụi nhm ca cỏc baz him cú th s
dn n ghộp bt bỡnh thng A = C v G T.
Hỡnh 4.5. S do t bin thờm 1 cp baz lm thay i khung c mó v to
ra chui protein b bin i
- Có thể tóm tắt một số khả năng biến
đổi làm thay thế các nu trong phân tử
DNA tái bản trình bầy ở hình 5.5.
Hỡnh 5.5. S cỏc kh nng bin i
baz xy ra, mi tờn ng lin l gia
baz Pu Pu v gia Py-Py, ng t
gia Pu - Py v ngc li
47
3. Hậu quả của đột biến DNA
- Hậu quả của đột biến tuỳ thuộc vào nơi xẩy ra đột biến và kiểu đột biến xẩy ra.

- Đột biến điểm xẩy ra ở đoạn DNA phiên mã sẽ:
+ Làm biến đổi thành codon khác nhng mã hoá cùng một acid amin so với trớc gọi là
đột biến câm (Synonymous or silent mutation).
+ Biến đổi thành codon khác rồi mã hoá một acid amin khác (missense mutation)
+ Biến đổi codon từ mã hoá cho một acid amin thành một codon dừng dịch mã sẽ tạo
ra protein ngắn lại (nonsense mutation).
- Đột biến xẩy ra ở đoạn không phiên mã gồm các vùng mà enzyme RNA polymerase
và những protein khác bọc lấy mới cho phép quá trình phiên mã tiến hành sẽ ảnh hởng
đến cờng độ phiên mã, lợng mRNA và protein sinh ra. Dới góc độ RNA thì các vùng
bị ảnh hởng bao gồm:
+ vị trí bọc ribosome của mRNA vi khuẩn.
+ vị trí cắt 5 và 3 để kết nối các exon của mRNA sinh vật nhân chuẩn.
+ những vị trí điều hoà quá trình dịch mã và định vị mRNA trong tế bào.
Các dạng đột biến này rất khó phát hiện so với những đột biến xẩy ra ở vùng mã
hoá và ảnh hởng không nhiều đến biểu hiện kiểu hình sinh vật.
4. Ung th là hậu quả của đột biến
U ác tính hay u ung th là tập hợp các tế bào đợc sinh ra từ một tế bào gốc bất
bình thờng. Tế bào ung th khác với tế bào bình thờng bởi nhiều đặc tính nh: tốc độ
phân chia nhanh hơn, xâm lấn lãnh địa của những tế bào mới khác, có tốc độ trao đổi
chất cao hơn và có hình dạng bất thờng. Nguyên nhân là do một số yếu tố điều khiển
sự phát triển của tế bào bình thờng trong tế bào ung th bị biến đổi. Rất nhiều loại tế
bào có khả năng trở thành tế bào ung th. Một số đợc truyền từ cha mẹ qua dòng tế bào
phôi, nhng hầu hết là do đột biến tế bào soma gây lên.
Có nhiều tác nhân gây ra tế bào ung th và có 2 loại đột biến gây ung th là đột
biến những gen trực tiếp sinh ra ung th và đột biến những gen ức chế đặc tính gây ung
th. Loại đầu có 2 đặc điểm là thờng gen đột biến ung th sinh ra protein ung th trong tế
bào khối u và chỉ cần một alen đột biến cũng gây lên khối u. Còn đột biến gen mất
chức năng ức chế ung th là đột biến lặn, tạo ra protein làm mất một phần hoặc mất hết
khả năng ức chế ung th. Đồng thời để phát triển thành ung th thì cần phải có cả 2 alen
của locus gen cùng bị đột biến

Loại đột biến tiền ung th (proto-oncogene) chia ra làm 2 loại: loại 1 chỉ gây ung
th nếu sản phẩm protein của nó đợc hoạt hoá khi có mặt của một tín hiệu điều hoà phù
hợp nh chất nhận yếu tố sinh trởng, protein truyền tín hiệu và chất điều hoà phiên mã.
Loại 2 sản phẩm gen đột biến hoạt động ức chế khả năng phá huỷ những tế bào bị sai
hong, kết quả là gây tế bào ung th.
Bình thờng có một số gen có chức năng điều khiển chu kỳ phân chia tế bào bình
thờng, những gen này bị đột biến dẫn đến tế bào phân chia bất thờng và gây ra ung th.
48

5. Tác nhân lí hóa gây đột biến
a. Tác nhân vật lý
1. Tia phóng xạ, tia X quang, tia γ, tia vũ trụ, tia cực tím, phóng xạ ion như X quang, có
bước sóng 0.1-1nm, có năng lượng cao dùng trong chẩn đoán y học vì chúng có khả
năng xuyên qua mô. Trong quá trình xuyên, chúng va đập vào các nguyên tử, giải
phóng ra electron tạo ra các ion tích điện dương, những ion này đập vào phân tử
khác lại giải phóng ra electron (điện tử).
2. Tia cực tím (UV) có năng lượng thấp được hấp thụ bởi các bazơ purine và
pyrimidine biến nó thành dạng hoạt hóa và kích động. Vì năng lượng của tia này
thấp nên khả năng đâm xuyên vào mô chậm chạp thường chỉ xuyên được vào lớp bề
mặt tế bào của sinh vật đa bào, nên nó thướng có tác dụng gây đột biến đối với sinh
vật đơn bào. DNA hấp phụ tối đa tia UV ở bước sóng 254 nm và tại bước sóng này
gây tần số đột biến cao. Cơ chế hấp phụ UV và gây tạo chất dễ hoạt hóa (h×nh 6.5),
khi cytosine + UV + H
2
O sẽ tạo thành cytosine hydrat, khi có 2 thymine nằm gần
cạnh nhau + UV sẽ tạo thành thymine C
5
= C
5
Thymine (thymine dimer), dạng này

gây lên quá trình ghép nhầm hoặc làm chấm dứt quá trình tái bản.
Hình 6.5. Tác động của tia UV làm biến đổi bazơ pyrimidine thành dạng hiếm
b. Tác nhân hóa học chia làm 5 nhóm
1. Hơi độc hoặc hơi sulfur (mustard gas hoặc sulfur mustard) (b¶ng 1.5), có tác dụng
alkyl hoá bazơ.
49
Bảng 1.5. Hơi độc có tác dụng gây biến đổi các bazơ cua DNA
2. Bazơ tương đồng như: 5 BU (5 Bromouracil) và 2AP (2 aminopurine), tác dụng
làm tăng tần số ghép cặp nhầm, 5 BU là bazơ tương đồng với thymine, còn Br ở vị
trí C
5
tương tự như nhóm –CH
3
ở C5 trong thymine. Sự có mặt Br làm thay đổi
phân bố điện tích, làm tăng khả năng chuyển vị nguyên tử hydro. Ở trạng thái keto
bền, 5 BU ghép cặp với Adenine, sau khi có chuyển vị hydro thành dạng enol thì
5BU lại ghép cặp với Guanine (Hình 3.5). Hiệu quả gây đột biến của 5BU tương tự
như quá trình tautomeric shift (h×nh 7.5).
50
Hình 7.5. Cơ chế tạo đột biến điểm do hiện tượng trôi dạt tautomeric tạo bazơ hiếm gây quá
trình ghép cặp đôi nhầm.
Nếu 5BU tồn tại ở trạng thái hiếm enol như một Nu 3 phosphate tại thời điểm nó
gắn nhập vào mạch DNA, nó sẽ gắn vào guanine mạch gốc và gây ra hiện tượng
transition (hoán vị) từ GC AT (h×nh 8.5). Nếu 5BU kết gắn với Adenine dạng keto,
sau khi tautomeric shift sẽ biến thành dạng enol, quá trình sao chép sau đó sẽ tạo ra hoán
vị từ A-T thành GC (hình 11.26b). Do vậy 5BU gây ra quá trình hoán vị theo 2 hướng
AT↔ GC, nên có thể tạo ra cả 2 hướng đột biến trên.
Hình 8.5. Sơ đồ tác động của dạng enol 5BU kèm theo
quá trình tái bản DNA gây nên đột biến
51

3. HNO
2
tác động vào DNA trong cả lúc tái bản và không tái bản, bằng cách oxy hóa
khử gốc amin của các bazơ, A, G, và C (h×nh 9.5). Thí dụ làm adenine biến thành
hypoxanthine, chất này sẽ ghép cặp với cytosine hơn là với thymine, còn cytosin
đảo thành uracine sẽ ghép cặp với adenine thay vì bình thường ghép với guanine.
Quá trình khử amin của Guanine sẽ biến thành xanthine, chất này ghép cặp với
cytosine giống như Guanine. Do vậy khử amin của Guanine không tạo được đột
biến giống như đối với adenine và cytosine. HNO
2
gây đột biến hoán vị theo 2
hướng AT↔GC.
4. Thuốc nhuộm acridine là proflavin và hàng loạt các hợp chất có tên gọi là ICR-
170, ICR-191 là những chất có tác dụng gây đột biến rất mạnh, có thể tạo ra các
đột biến thêm mất cặp bazơ. ICR có chứa phần acridine gồm những chuỗi có kích
thước khác nhau, các chất này thường là tác nhân alkyl hóa. Acridine tích điện
dương tự xen vào giữa cặp bazơ xếp chồng nhau (h×nh 10.5), làm tăng độ cứng
chắc và thay đổi tính ổn định của chuỗi xoắn kép, tạo ra những thắt nút nhẹ trong
phân tử DNA. Khi phân tử DNA có chứa acridine xen vào mà tái bản sẽ xẩy ra
tăng thêm hoặc mất đi cặp bazơ kết quả sẽ tạo ra đột biến.
Hình 9.5. Cơ chế gây đột biến do tác động của HNO2: a) biến đổi adenine thành hypoxanthine làm cặp AT
biến thành GC; b) biến đổi cytosine thành uracine làm cặp GC biến thành AT; biến đổi guanine thành
xanthine dẫn đến là AT biến thành GC và ngược lại.
52
Hình 10.5. Quá trình chèn xen của acridine proflavin vào chuỗi xoắn kép DNA tại đó cặp bazơ có
thể được tăng thêm hoặc mất đi dẫn đến đột biến.
5. Tác nhân alkyl hóa và hydroxyl hóa như: MMS, EMS (methyl và ethyl methane
sulfonate, nitroguanidine (NTG), chúng có tác dụng gây đột biến mạnh bằng cách
chuyển gốc methyl và ethyl vào bazơ làm quá trình ghép cặp bình thường bị đảo lộn
dẫn đến đột biến thay thế bazơ của purine hoặc pyrimidine bằng bazơ khác cùng

nhóm. Thí dụ: Ethyl hóa tại vị trí 7N vào 6-O do chất EMS tạo thành 7 ethyl guanine
sẽ ghép cặp với thymine(h×nh 11.5 vµ 12.5).
Hình 11.5. Giả thuyết gây đột biến do EMS (a) làm Guanine ghép nhầm với Thymine; (b)do
NH
2
OH làm Adenine ghép nhầm với Cytosine
53
Sản phẩm alkyl hóa các bazơ khác có tác dụng hoạt hóa quá trình sửa chữa giống
như tạo thành 2 thymine. Những sai sót hiếm hoi này xảy ra trong quá trình sửa
chữa sẽ tạo thành đột biến kiểu transverion và frameshift. Một số hợp chất có 2
nhóm alkyl hoạt hóa gây bắt chéo (cross-link) sợi đơn DNA hoặc phân tử ADN làm
nhiễm sắc thể bị gẫy, tạo ra đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể. Alkyl hóa ít gây đột
biến đặc thù như chất tương đồng và HNO
2
hoặc acridine. Nó có thể tạo ra tất cả các
kiểu đột biến với tần xuất rất khác nhau, phụ thuộc vào hóa chất và nồng độ.
6. Nitrosoguanidine (NTG) gây lên hàng loạt các đột biến liên kết gần nhau trong 1
mẩu nhiễm sắc thể đang tái bản trong khi bị xử lý, nên ít được sử dụng trong
nghiên cứu di truyền.
7. Hydroxylamine NH
2
OH, ngược với nhóm alkyl có tác dụng gây đột biến đặc thù,
tuy nhiên cơ chế chính xác vẫn chưa rõ, nó hydroxyl hóa nhóm amin của cytosine
(h×nh 11.5 b) tạo thành hydroxylaminocytosine, chất này ghép cặp với adenine tạo
thành đột biến hóan vị GC AT.
8. Những đột biến do HNO
2
và bazơ tương đồng gây lên đột biến kiểu transition, có
thể chia ra làm 2 loại: loại 1 là những thể có cặp AT ở tại nơi bị đột biến, sẽ không
bị đột biến đảo ngược bởi hydroxylamine, loại thứ 2 có cặp GC tại điểm đột biến

sẽ bị đảo ngược bởi hydroxylamine. Bởi vậy hydroxylamine được dùng để xác
định tính đặc thù của đột biến xảy ra từ AT GC hoặc GC AT hoán vị.
Hình 12.5. Cơ chế tác động gây đột biến của một số tác nhân alkyl hoá. a) Tác động của EMS (ethyl
methanesulfonate) biến guanine thành 7-ethylguanine sẽ ghép cặp bất thường với thymine; b) Tác
động của NH2OH (hydroxylamine) biến cytosine thành hydroxylaminocytosine sẽ ghép nhầm với
adenine.
54
II. Các nguyên nhân gây biến đổi DNA ë vi sinh vËt
1. Tái tổ hợp ở E.coli tạo biến đổi DNA
Thông tin di truyền của vi khuẩn được tàng trữ trong 1 nhiễm sắc thể chính,
trung bình dài khoảng 5 Mb, chứa vài nghìn gen và có thể có hoặc không cã thể di
truyền ngoài nhiễm sắc gọi là episome hoặc plasmid. Plasmid biến động theo kích thước
dài từ 1 – 200 kb, có tu 3 gen đến hàng trăm gen. Có tế bào vi khuẩn chứa đến 11 loại
plasmid khác nhau. Episome là nhân tố di truyền ngoài nhiễm sắc thể của vi khuẩn như
thùc khuÈn thÓ lamda (phage lambda) hoặc yếu tố giới tính F. Episome có thể tái bản
độc lập với nhiễm sắc thể ký chủ hoặc là mét đơn vị thành phần gắn vào nhiễm sắc thể
ký chủ. Nhiễm sắc thể cña vi khuẩn khác với nhiễm sắc thể sinh vật nhân thật ở chỗ nó
chỉ gồm các nucleoid. Nucleoid là vùng chứa DNA, thường chứa hơn 2 bản nhiễm sắc
thể vi khuẩn giống hệt nhau.
Tái tổ hợp DNA ở vi khuẩn xảy ra qua 3 quá trình:
a. Biến nạp ở vi khuẩn (transformation)
Là quá trình những gen, dưới dạng một đoạn DNA hòa tan, được chuyển từ dòng
tế bào vi khuẩn này sang dòng tế bào vi khuẩn khác, các đoạn DNA này có thể từ tế
bào sống hoặc đã chết. Các đoạn DNA này được hòa tan trong môi trường ngoài có thể
thâm nhập vào tế bào chỉ khi tế bào vi khuẩn nhận có vùng tiếp nhận trên bề mặt màng
(competent cell). Khi vào bên trong, các đoạn này thường thay thế bằng cách tái tổ hợp
với vùng DNA ngắn tương đồng của tế bào chủ. Quá trình biến nạp được chia thành
các bước (h×nh 13.5) nh sau:
+ Gắn sợi DNA kép nạp vào bề mặt vị trí tế bào tiếp nhận.
+ Hấp thụ DNA cho, lúc này DNA cho có khả năng chống lại DNase.

+ Biến đổi sợi DNA kép cho, thành sợi đơn DNA nhờ enzym phân rã exonuclease.
+ Gắn (cộng hóa trị) toàn bộ hoặc một phần sợi đơn DNA cho vào thay thế đoạn tương
ứng trong nhiễm sắc thể nhận, tạo sợi DNA lai có 2 sợi đơn cơ bản có trình tự tương
đồng nhau trừ trình tự gen a/a+, ở chỗ này gọi là DNA dị hợp kép (heteroduplex) là
trạng thái trung gian quan trọng trong quá trình đột biến, tái tổ hợp và sửa chữa DNA,
chúng phân ly trong quá trình tái bản.
Phân ly và biểu hiện kiểu hình của những gen cho gắn vào hoặc những gen tái tổ
hợp. Ở các thế hệ tế bào sau sẽ tạo ra một số biến đổi DNA hoặc thể biến nạp.
55
Hình 13.5. Sơ đồ biểu diễn hai bước chính hấp thụ và kết gắn đoạn gen ngoại trong quá trình chuyển
nạp gen ở vi khuẩn Pneumococus. a) Hấp thụ DNA trên bề mặt màng tại đây nhờ enzyme exonuclease
liên kết màng hoặc DNA translocase kéo một sợi đơn DNA ngoại vào trong tế bào sử dụng năng
lượng tạo ra nhờ quá trình phân rã sợi đơn DNA còn lại. Đoạn DNA ngoại mang chỉ thị di truyền a
+
;
Nhiễm sắc thể tế bào chủ chỉ chứa một đoạn DNA mang chỉ thị alen a. b) Sợi đơn DNA ngoại gắn xen
vào nhiễm sắc thể và đẩy một sợi đơn DNA của nhiễm sắc chủ ra ngoài. Sợi đơn ngoại ghép cặp bazơ
bổ sung với hầu hết các bazơ của đoạn sợi đơn chủ tiếp nhận trừ vị trí a. Sự ghép lỗi xảy ra tại vị trí
a
+
/a tại đây sợi đơn DNA ngoại mang alen a
+
còn sợi đơn DNA của chủ mang alen a. Lúc này phân tử
DNA được gọi là phân tử dị hợp kép, làm trung gian trong quá trình đột biến tái tổ hợp và sửa chữa
DNA. Khi tái bản lần sau sẽ phân ly tạo nên thể vi khuẩn biến nạp.
-
b. Chuyển nạp (transduction)
Là quá trình chuyển vật chất di truyền từ một vi khuẩn này sang một vi khuẩn
khác thông qua phage vector. Trong trường hợp chuyển nạp có giới hạn hay chuyên tính
thì chỉ có một số gen của vi khuẩn là được chuyển nạp vì phage có một vị trí đặc hiệu có

khả năng xâm nhập được vào nhiễm sắc thể của ttes bào ký chủ và chỉ những gen của vi
khuẩn nằm ở gần vùng đó sẽ được chuyển nạp. Bacteriophage lambda là vector chuyển
nạp chuyên tính mang gen gal và bio của vi khuẩn. Do vậy vector loại này luôn chứa 2
phần (một phần của thùc khuÈn thÓ và một phần là của vi khuẩn ký chủ E.coli).
• Chuyển nạp rộng (generalized transduction)
Trường hợp chuyển nạp rộng thì thùc khuÈn thÓ có thể gắn vào hầu hết và bất cứ
nơi nào trên nhiễm sắc thể ký chủ, do đó mà hầu hết các gen của tế bào ký chủ đều có
thể được chuyển nạp cùng với virus sang tế bào vi khuẩn khác. Các thùc khuÈn thÓ
chuyển nạp thường thiếu một hoặc một số chức năng của phage bình thường nên có thể
không tái bản được trong tế bào ký chủ mới trừ khi có sự trợ giúp của mét thùc khuÈn
thÓ trî gióp (phage helper) bình thường khác. Trường hợp chuyển nạp rộng, th× thùc
khuÈn thÓ được chia thành 2 loại dựa trên cơ sở phản ứng của chúng với tế bào vi
khuẩn. Thùc khuÈn thÓ gây độc (virulent phage) thường xuyên nhân lên và phân rã tế
bào sau lây nhiễm. Thùc khuÈn thÓ ôn hòa (temperate phage) tồn tại giữa 2 trạng thái
sống sau lây nhiễm (hình 14.5).
56