Гомологи́чная рекомбина́ция, или о́бщая рекомбина́ция[1], — тип генетической рекомбинации, во время которой происходит обмен нуклеотидными последовательностями между двумя похожими или идентичными хромосомами. Это наиболее широко используемый клетками способ устранения двух- или однонитевых повреждений ДНК. Гомологичная рекомбинация также создаёт разнообразие комбинаций генов во время мейоза, обеспечивающих высокий уровень наследственной изменчивости, что, в свою очередь, позволяет популяции лучше адаптироваться в ходе эволюции[1]. Различные штаммы и виды бактерий и вирусов используют гомологичную рекомбинацию в процессе горизонтального переноса генов.
Хотя механизм гомологичной рекомбинации (ГР) широко варьируется среди разных организмов и типов клеток, зачастую в её основе лежит один и тот же механизм. Разрыв двух нитей ДНК приводит к тому, что 5'-концы непосредственно рядом с повреждением удаляются. Следующий шаг заключается во внедрении или инвазии 3'-конца повреждённой цепи в другую, целую ДНК, используемую в качестве матрицы. Дальнейшая последовательность событий может идти двумя путями (описанными ниже), известными как DSBR или SDSA. Гомологическая рекомбинация, происходящая во время репарации ДНК, как правило, приводит к восстановлению молекулы в том же виде, в котором та находилась до повреждения.
Поскольку явление ГР прослеживается во всех трёх доменах живой природы, а также у вирусов, его можно считать универсальным биологическим механизмом. Открытие ГР-генов у протистов — разнообразной группы эукариотических микроорганизмов — было истолковано как свидетельство того, что мейоз возник на раннем этапе эволюции эукариот. Так как нарушение работы этих генов часто связана с возникновением нескольких видов рака, белки, кодируемые этими генами и участвующие в процессе ГР, являются предметом активных исследований. На гомологической рекомбинации построен также генетический таргетинг — процесс, при котором в геном организма вносятся искусственные изменения. За развитие этой технологии Марио Капекки, Мартин Эванс и Оливер Смитис были удостоены в 2007 году Нобелевской премии по физиологии и медицине. Капекки[2] и Смитис[3] независимо друг от друга открыли способ редактирования геномов эмбриональных стволовых клеток мышей, однако, высококонсервативные механизмы, лежащие в основе репарации повреждений ДНК, в том числе вставки изменённой последовательности гена при генной терапии, были впервые изучены в экспериментах с плазмидами, проведённых Терри Орр-Вивер, Джеком Шостаком и Родни Ротштейном[4][5][6]. Исследование плазмид, облучённых γ-излучением[7], привело к экспериментам, в ходе которых при помощи эндонуклеаз разрезались хромосомы для нужд генной инженерии клеток млекопитающих, где негомологичная рекомбинация встречается чаще, чем у дрожжей[8].