ЗАГАЛЬНА МІКРОБІОЛОГІЯ - Т.П. Пирог - 2004

19. ГЕНЕТИКА БАКТЕРІЙ: ПОСТІЙНІСТЬ, ЗМІНА ТА ПЕРЕДАВАННЯ ОЗНАК

19.2. МУТАЦІЇ ТА ЇХ ВИНИКНЕННЯ

19.2.2. Індуковані мутації

Обробляючи клітини мутагенними речовинами, можна підвищити частоту виникнення мутацій. У цьому разі йдеться про індуковані мутації, а клітини, в яких вони виникли, називають індукованими мутантами. Мутагенами можуть бути хімічні, фізичні та біологічні агенти.

Щодо генетичної структури розрізняють три класи мутантів з такими дефектами:

1) одна пара основ замінюється іншою. Наприклад, замість AT може бути ГЦ або навпаки;

2) у нуклеотидну послідовність включається додаткова пара основ, або втрачається одна з існуючих пар;

3) група основ чи навіть генів може бути втрачена (делеція), переміщена в межах хромосоми (транспозиція) або розірвана вставкою сторонньої ДНК (інсерція).

Для мутацій першого класу характерною є висока частота реверсій, для мутантів другого класу реверсії зустрічаються рідко, а після мутацій третього класу ревертанти не з’являються (за деяким винятком).

Розглянемо деякі механізми індукованого мутагенезу.

Включення аналогів основ. Аналоги основ — це антиметаболіти. Вони дуже подібні до нормальних пуринових і піримідинових основ, тому поглинаються клітинами і включаються в ДНК. Такими антиметаболітами є бромурацил та 2-амінопурин.

Бромурацил є аналогічним за структурою тиміну, тому може включатись у ДНК замість тиміну як партнер аденіну. Бромурацил таутомеризується в енольну форму частіше, ніж тимін. В енольній формі він спарюється як цитозин, тобто спричиняє включення гуаніну замість аденіну.

2-Амінопурин включається в ДНК замість аденіну і діє так само.

Хімічна зміна основ. Азотиста кислота дезамінує аденін, гуанін або цитозин. У результаті заміщення аміногрупи на гідроксильну аденін перетворюється на гіпоксантин і спарюється з цитозином замість тиміну. Цитозин дєзамінується в урацил і спарюється з аденіном замість гуаніну.

Алкілувальні агенти. Такими агентами є етил- та метил-метансульфонат, диметил- та диетнлсульфат, іприт і N-метил-N-нітро-N-нітрозогуанідин. Це найефективніші мутагени. Наприклад, етилметансульфонат етилює атом азоту у молекулі гуаніну. Утворюється N-алкілгуанін, який відщеплюється від ланцюга, в результаті чого утворюється “пропуск”. За наступної реплікації на цьому місці часто виникає “помилкова” основа.

Включення чи втрата окремих пар основ Профлавін та інші акридинові барвники діють інакше. Молекула акридану вбудовується між сусідніми основами ланцюга ДНК і збільшує відстань між ними (явище інтеркаляції). При цьому виникають помилки двох типів: втрата нуклеотиду або включення додаткової пари нуклеотидів.

Ультрвфіолетові промені та іонізуюче випромінювавня. Ультрафіолетові та рентгенівські промені, а також інші види іонізуючого випромінювання спричиняють як летальну, так і мутагенну дію. УФ промені діють на нуклеїнові кислоти, спричиняючи утворення димерів тиміну. Адаптивним механізмом, який дає можливість частині клітин вижити в результаті дії УФ та іншого опромінення, є механізм репарації ДНК. Якщо безпосередньо після УФ опромінення подіяти на клітини світлом (320- 550 нм), то частка клітин, які вижили, збільшується в кілька десятків разів. Це так звана фотореактивація. У процесі фотореактивації спеціальний фермент розщеплює димери тиміну і відновлює нормальну структуру ДНК. Існує також інший механізм репарації ДНК, який не потребує світла — темпова реактивація. Під час темнової реактивації дефектні ділянки ДНК вирізуються і замінюються новими нуклеотидами.

Мутації, які спричиняються транспозонами. Транспозони (Тп) — короткі подвійні ланцюги ДНК, що складаються з більш як 2000 пар основ і зумовлюють стійкість доедного антибіотика (як виняток — до кількох антибіотиків). Транспозони здатні “перескакувати” з однієї ділянки геному на іншу, зокрема з бактеріальної хромосоми в плазміду та навпаки. При вторгненні транспозону в якийсь структурний ген хромосоми иуклеотидна послідовність цього гена буде порушена — виникає інсерційний мутант. Транспозони не здатні до автономної реплікації, тому для перенесення їх з однієї клітини в іншу потрібен так званий вектор (переносник). Векторами можуть бути плазміди або бактеріофаги.