Hfr-Stämme

Als Hfr-Stamm (Abk. für engl. high frequency of recombination) wird ein Bakterium bezeichnet, das sich durch eine hohe Konjugationsrate auszeichnet. Das hierfür benötigte F-Plasmid ist bei einer solchen Zelle in das Chromosom integriert, wodurch es zu einer erhöhten Aktivität des F-Faktors kommt. Ein Hfr-Stamm kann daher nur aus einer F⁺-Zelle hervorgehen.

Mit F⁺ wird dabei eine Zelle bezeichnet, die ein F-Plasmid besitzt und damit die Fähigkeit zur Übertragung von DNA besitzt. Eine Zelle ohne F-Plasmid wird als F⁻ bezeichnet.

Zur Konjugation kommt es weiterhin nur mit F⁻-Zellen. Allerdings wird bei Hfr-Klonen nicht das F-Plasmid über den Sex-Pilus (auch F-Pilus genannt) übertragen, sondern Teile des baktierellen Chromosoms. Dieser Prozess ist aufgrund der filigranen Struktur des Pilus sehr störanfällig und wird bereits bei leichten Erschütterungen unterbrochen. Meist kommt es daher nur zu Übertragungen von ca. 1000 Basen eines DNA-Einzelstranges. Durch homologe Rekombination kann die Rezipienten-Zelle die übertragenen Gene in ihr eigenes Chromosom integrieren.

Die ersten Genkarten für Escherichia coli wurden mit Hilfe unterbrochener Konjugationsexperimente hergestellt. Dabei wurden verschiedene Hfr-Stämme als DNA-Donoren während der Konjugation von den DNA-Rezipienten mittels mechanischer Scherkräfte in einem Küchenmixer (Waring blender) getrennt. Die Dauer der Konjugationen wurden gemessen und man untersuchte, welche Gene zu welcher Zeit transferiert wurden. Deswegen sind diese Genkarten in Minuten skaliert.

Durch Aussschneiden (Excision) des F-Faktors aus dem Chromosom einer Hfr-Zelle entsteht ein F'-Plasmid, das abhängig von den Schnittstellen auch bakterieneigene Gene enthalten kann. Die Hfr-Zelle wird dabei wieder zu einer F⁺-Zelle. Diese bakteriellen Gene, die auf das F'-Plasmid übertragen wurden, sind allerdings für das Bakterienchromosom verloren. Bleiben die tra-Gene bei der Excision vollständig erhalten, kann das neu entstandene F'-Plasmid durch Konjugation wieder auf F⁻-Zellen übertragen werden. Dadurch können, hinsichtlich der Gene die beim Übertragen des F-Plasmids mitgenommen wurden, merodiploide Zellen, auch als Merozygoten bezeichnet, entstehen.

Literatur

K. Brooks Low: Hfr Strains of Escherichia coli K-12. In: Frederick C. Neidhardt (ed.) Escherichia coli and Salmonella typhimurium: Cellular and Molecular Biology, ASM Press, Washington, D.C., 1986, pp. 1134-1137, ISBN 0-914826-89-1