В 1928 г. английский ученый Ф. Гриффитс впервые осуществил трансформацию невирулентных пневмококков в вирулентные (ядовитые). Он заразил белых мышей смесью бактерий, состоящей из убитых нагреванием, следовательно потерявших вирулентность, капсульных пневмококков, и живых бескапсульных невирулентных пневмококков. В контрольных опытах эти группы бактерий, введенные порознь, мышей не убивали. Однако в опытной группе мыши погибли, и из крови их были выделены живые пневмококки, приобретшие капсулу убитых пневмококков. Следовательно, убитые капсульные пневмококки содержали вещество, способное передать признак капсулообразования (вирулентности) живым пневмококкам. В то же время механизм трансформации оставался нерасшифрованным.

В 1944 г. О. Эйвери с группой ученых внесли в культуру бескапсульных пневмококков ДНК, выделенную из капсульных пневмококков, в результате чего бескапсульные пневмококки превратились в капсульные, вирулентные для мышей. Таким образом, на микробном объекте микробиологи сделали фундаментальное открытие в генетике – впервые доказали роль ДНК как носителя генетической информации. В 1953 г. Д. Уотсон и Ф. Крик определили структуру гена, основанную на двойной спирали ДНК. Это открытие показало, каким образом ген выполняет свои три важнейшие функции: 1) непрерывность наследственности – полуконсервативным механизмом репликации ДНК; 2) управление структурами и функциями организма – с помощью генетического кода, использующего запас всего из четырех оснований (букв) – аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г), цитозин (Ц); 3) эволюция организмов благодаря мутациям и генетическим рекомбинациям. Работами Ф. Крика, С. Бреннера, М. Ниренберга, С. Очоа, Х. Кораны с использованием микробных объектов был расшифрован генетический код, показана его триплетность, неперекрываемость и универсальность для всех живых организмов.

В 1972 г. возникла и стала бурно развиваться генная инженерия. Ключевое значение для ее возникновения и управления наследственностью имело обнаружение в 1970 г. Г. Теминым, С. Мизутани, Д. Балтимором у некоторых онкогенных вирусов фермента – обратной транскриптазы (ревертазы, РНК-зависимой ДНК-полимеразы), что позволило получить на матрице информационной РНК копийную ДНК – ген и использовать его в генной инженерии. В биотехнологии, основанной на генной инженерии, широко применяются бактериальные ферменты, плазмидные и вирусные векторы, а также бактерии как основные продуценты биологических продуктов.

Прокариоты (бактерии) имеют морфологически обособленные клеточные структуры, содержащие генетическую информацию, – нуклеоиды. Нуклеоид состоит из одной свернутой в клубок хромосомы, которая свободно располагается в цитоплазме, но связана с определенными рецепторами на цитоплазматической мембране. Поэтому бактериальная клетка, в отличие от эукариот, гаплоидна, т. е. содержит один набор генов.

В отличие от всех других организмов бактерии обладают уникальным свойством изменять массу своей ДНК, регулируя в зависимости от условий обитания содержание копий своих генов. Это позволяет бактериям регулировать скорость собственного размножения, обеспечивает выживание в окружающей среде, а следовательно, и сохранение вида в природе.

Бактериальная хромосома представляет собой двуцепочечную молекулу ДНК (кольцевую хромосому), содержащую гены, расположенные в линейном порядке. Поскольку длина хромосомы (у E. coli около 1000 мкм) во много раз превышает длину бактерии (1,5 – 3,0 мкм в среднем), хромосома компактно упакована в суперспирализованной форме в виде 12 – 80 петель, связанных с сердцевинной структурой. Геном (совокупность нуклеотидов, содержащихся в хромосоме) и генотип (совокупность индивидуальных генов) у бактерий не однозначны, но близки, так как большинство генов содержится в хромосоме в единственном числе, в отличие от эукариот, содержащих до 30 – 50 % повторяющихся последовательностей нуклеотидов в геноме. Поэтому размеры геномов у бактерий, вирусов, плазмид выражаются либо в молекулярной массе, либо количеством нуклеотидных пар геномной нуклеиновой кислоты, либо количеством генов. Эти значения сопоставимы, так как в среднем каждый ген состоит из 1000 пар нуклеотидов, а масса одного нуклеотида ДНК – 500 дальтон. Так, хромосома