Transformatsiya (inglizcha transformation) — bakterial hujayraning tashqi muhitdan DNK molekulasini yutib olishi (qabul qilishi) jarayonidir. Transformatsiya sodir bo‘lishi uchun hujayra kompetent (kompetentlik, competence) holatda bo‘lishi kerak, ya’ni DNK molekulalari hujayra qoplamlari orqali uning ichiga kira olishi lozim. Transformatsiya molekulyar biologiya va genetik injiniringda (genetic engineering) keng qo‘llanadi.
E’tibor berish kerakki, “transformatsiya” atamasi faqat bakterial hujayralarga nisbatan qo‘llanadi. Begona DNKning eukariot hujayralarga kirishi transfeksiya (transfection) deb ataladi.
O‘rganilish tarixi
Transformatsiya hodisasini birinchi bo‘lib 1928 yilda pnevmokokklar bilan ishlagan Frederik Griffit kuzatgan (Streptococcus pneumoniae). U kapsulasi bo‘lmagan, avirulent (avirulent) shtammlar kapsulaga ega bo‘lgan virulent hujayralar (hatto o‘lgan hujayralar)dan ham qandaydir omilni qabul qilishi va natijada o‘zlari ham virulent bo‘lib qolishini aniqlagan. Oradan 16 yil o‘tgach Everi, Makleod va Makkarti bu “agent” kapsula hosil bo‘lishi uchun zarur genlarni o‘z ichiga olgan DNK ekanini ko‘rsatgan. Ular virulent S. pneumoniae shtammidan DNK ajratib olib, faqat shu DNKning o‘zini avirulent shtamm hujayralariga kiritish ularni kasallik qo‘zg‘atuvchi (patogen) holatga o‘tkazishini isbotlagan. Everi va hamkasblari natijalari dastlab shubha bilan qabul qilingan, biroq keyinchalik Jozua Lederberg tomonidan genetik ko‘chish hodisalari — bakteriyalarda konyugatsiya (conjugation; jismoniy kontakt paytida genetik material almashinuvi, 1947) va transduktsiya (transduction; DNK bo‘lagi fag orqali ko‘chishi, 1953) — tasvirlab berilgach, bu xulosalar ishonchli deb tan olingan.
1970 yilda tajriba yo‘li bilan ichak tayoqchasi Escherichia coli hujayralari bakteriofag λ (lambda) DNKsini yordamchi fag (helper phage) ishtirokisiz, kalsiy xlorid (CaCl2) eritmasi bilan ishlov berilgandan so‘ng qabul qila olishi ko‘rsatib berilgan. Ikki yildan keyin shunga o‘xshash sharoitlarda hujayralar plazmida DNKsini ham qabul qilishi mumkinligi aniqlangan. Shu tariqa kimyoviy transformatsiya usuli yaratilgan. 1980-yillarning oxirlarida bakterial hujayralarni transformatsiya qilish uchun elektroporatsiya (electroporation) qo‘llanila boshlandi; u ko‘p holatlarda kimyoviy transformatsiyadan samaraliroq bo‘lib chiqdi va ko‘proq shtammlar uchun mos bo‘ldi.
Mexanizm
Transformatsiyaga ko‘plab bakteriyalar qodir, masalan: Streptococcus, Haemophilus, Bacillus, shuningdek aktinomitsetlar (actinomycetes), sianobakteriyalar (cyanobacteria) va boshqa bakteriyalar. Masalan, gonoreya qo‘zg‘atuvchisi Neisseria gonorrhoeaeda kuzatiladigan antigenik variatsiya transformatsiya hisobiga ta’minlanadi: bu jarayonda hujayralar bir-biriga turli variantdagi pili (pili) genlarini uzatadi; pili yordamida ular xo‘jayin organizm hujayralariga yopishadi.
Odatdagi holatda bakterial hujayralarning zich qoplamlari katta DNK molekulalarining ichkariga kirishiga to‘sqinlik qiladi. Shuning uchun transformatsiya yuz berishi uchun hujayra kompetentlik holatiga o‘tishi kerak. Tabiiy sharoitlarda kompetentlik o‘sishning logarifmik fazasi (log-phase)dagi madaniyat (kultura)ning bir qismida ayrim oqsillar — kompetentlik omillari — ta’sirida yuzaga keladi; ular ikki komponentli tizim (two-component system) orqali ta’sir ko‘rsatadi. Oqsil sintezini bloklaydigan xloramfenikol (chloramphenicol) kompetent hujayralarning ham hosil bo‘lishiga yo‘l qo‘ymaydi.
Shuningdek, bakterial kulturani zichligi ham kompetentlik rivojlanishida rol o‘ynashi mumkin, chunki bunda kompetentlik omillari konsentratsiyasi ortadi. Streptococcus mutans va Streptococcus jinsining boshqa turlarida transformatsiya ko‘pincha bioplyonka (biofilm)lar hosil bo‘lish jarayonida sodir bo‘ladi. Bacillus subtilisda kompetentlik rivojlanishida ishtirok etadigan ayrim genlar sporulyatsiya (sporulation)da ham qatnashadi. Log-fazada kompetentlikning yuzaga kelishi oziqa moddalari tanqisligi va kompetentlik omillarining sezilarli miqdorda to‘planishi bilan bog‘liq. Transformatsiyani bakteriofaglar ham qo‘zg‘atishi mumkin: ular nobud bo‘layotgan hujayralardan DNK chiqib ketishiga sabab bo‘ladi. Bundan tashqari, bakterial DNKning shikastlanishi ham transformatsiyani kuchaytirishi mumkin. Kompetentlikni hosil qilish juda murakkab fiziologik jarayon bo‘lib, Bacillus subtilisda u taxminan 40 ta genning ekspressiyasi (gene expression)ni talab qiladi.
Avval kompetent hujayralar DNKni o‘z yuzasida maxsus retseptorlar (receptors) yordamida bog‘lab oladi. Hujayra chiziqsimon (lineyar) fragmentlar bilan halqasimon (doirasimon) fragmentlarga qaraganda ancha oson transformatsiyalanadi. DNK nukleazalar (nucleases) tomonidan massasi 4–5 million dalton (Da)gacha bo‘lgan fragmentlargacha parchalanadi; fragmentning faqat ikki zanjiridan biri hujayra ichiga kiradi. Pnevmokokklar va Bacillus subtilis kabi ayrim bakteriyalar DNKni turli manbalardan qabul qila oladi, Haemophilus kabi boshqalari esa faqat o‘z turi (species) hujayralarining DNKsini qabul qiladi. Massasi 500 kDa dan kichik fragmentlar hujayra ichiga kirmaydi.
Hujayra ichiga kirgach, bir zanjirli fragment retsipient (qabul qiluvchi) hujayraning genom DNKsiga joylashadi (integratsiyalanadi). Transformatsiya 10 dan 30 daqiqagacha davom etadi va turli bakteriyalarda taxminan 1% atrofidagi chastota bilan sodir bo‘ladi.
Ahamiyati
Tabiiy sharoitlarda transformatsiya bakteriyalarga tashqaridan, muayyan sharoitlarga moslashishda yordam berishi mumkin bo‘lgan genlarni olish imkonini beradi. Shu tariqa transformatsiya genlarning gorizontal ko‘chishi (horizontal gene transfer) mexanizmlaridan biridir; u konyugatsiya (hujayralar jismoniy kontakt qilganda genetik material almashinishi) va transduktsiya (DNK bo‘lagining fag orqali ko‘chishi) bilan bir qatorda turadi. Kompetentlik DNK shikastlanishlari bilan chaqirilishi mumkin va ko‘pincha DNKga zarar yetkazuvchi omillar ta’sirida yuz beradi. Masalan, Helicobacter pylorida transformatsiyani siprofloksatsin (ciprofloxacin) antibiotigi induksiya qiladi; u ikki zanjirli uzilishlar (double-strand breaks) paydo bo‘lishini rag‘batlantiradi. Shuning uchun transformatsiya DNKni reparatsiya (DNA repair) qilishga ko‘maklashuvchi moslashuvchan (adaptiv) mexanizm bo‘lib xizmat qilishi mumkin. Bakteriya tashqaridan (ayniqsa o‘sha turdagi boshqa bakteriyadan) DNK fragmentini olib, uni shikastlanishni gomologik rekombinatsiya (homologous recombination) orqali tuzatishda “matritsa” (template) sifatida ishlatishi mumkin.
Transformatsiya molekulyar biologiyada kerakli plazmidaning katta miqdorini olish (ko‘paytirish) uchun odatiy (rutin) usulga aylangan. Hujayralarni sun’iy ravishda kompetent holatga keltirishning ikkita asosiy yondashuvi mavjud: elektroporatsiya — hujayralar qisqa muddatli elektr kuchlanishi (voltage) berilgandan so‘ng DNKni qabul qiladi; va kimyoviy transformatsiya — bunda hujayralarga ikki valentli ionlarning turli tuzlari ta’sir ettiriladi, masalan, kalsiy xlorid.
