Микробиология, понятие микробиологии, статьи по микробиологии, микробиологические процессы

Архив рубрики «Абортивная трансдукция»

У микробов, несущих точковые мутации, могут возникать вторичные мутации, ведущие к образованию бактерий дикого фенотипа. При этом первичную мутацию, приведшую к возникновению мутантного фенотипа, называют прямой мутацией, а мутацию, обусловившую возврат дикого фенотипа, обратной мутацией.
Возврат дикого фенотипа может быть обусловлен истинной реверсией, которая возникает в том случае, когда прямое мутационное изменение состоит в простой замене пар оснований. Так, если прямая мутация возникла в связи с заменой пары AT на ГЦ, го обратная мутация заключается в замене пары ГЦ на AT.
При истинной реверсии восстанавливается не только дикий фенотип, но и генотип.
Восстановление дикого фенотипа может возникать и другим механизмом, именуемым супрессией. Супрессия выражается в подавлении существующего (прямого) мутационного изменения. Она осуществляется двумя путями. Первый путь возникновение вторичной мутации в пределах то же гена. В этом случае говорят о внутригенных супрессорных мутациях. Такие мутации эффективны тогда, когда первичная прямая мутация представляет собой вставку или выпадение пары нуклеотидов. В результате таких изменений происходит сдвиг в считывании генетической информации, закодированной в данном гене. Сдвиг на один нуклеотид приводит к искаженному считыванию всех последующих триплетов (57) в процессе их транскрипции в иРНК. Если же при наличии прямого мутационного изменения (вставки или выпадения) на последующем участке ДНК происходит изменение противоположного рода (выпадение или вставка соответственно), правильность считывания информации восстанавливается.

Существует и другого рода супрессия, называемая внегенной. При внегенной супрессии вторичные мутации, подавляющие выражение первичного мутационного изменения, локализованы в так называемых генах супрессорах. Полагают, что мутации геновсупрессоров изменяют свойства транспортных РНК и вызывают другие нарушения в ходе трансляции. В конечном счете при этом транскрибированная в иРНК мутация считывается в рибосомах неправильно. Эта неправильность исправляет мутационное изменение и восстанавливает функцию мутировавшего гена. Мутации вызываются самыми различными физически ми и химическими агентами. Механизм действия мутагенов различен.
Аналоги оснований вызывают замены пар оснований. Наиболее детально изучен механизм мутагенного действия 5бромурацила (5БУ), отличающегося от естественного основания ДНК (тимина) лишь содержанием атома Вг, заменяющего метильную группу. Благодаря своей структуре 5БУ ошибочно спаривается с гуанином. Такая ошибка может совершаться в момент включения аналога в состав ДНК, и тогда она называется ошибкой включения. Включаясь в ДНК, 5БУ, как и тимин, может спариваться и с аденином. Ошибочное нее спаривание с гуанином может произойти при последующей репликации ДНК, содержащей 5БУ. В этом случае имеет место так называемая ошибка репликации. Ошибка включения приводит к замене ГЦ кАТ. Ошибка репликации вызывает замену AT ГЦ (58). Чаще 5БУ вызывает замену первого рода.
2Аминопурин (2АП) спаривается с тимином и цитозином. Спаривание с цитозином приводит к различного рода простым заменам пар оснований (АТ=р±ГЦ). Механизм замен тот же, что и описанный для 5БУ.

Акридиновые красители непосредственно комплексируют с ДНК и часто вызывают выпадения и вставки оснований. Азотистая кислота дезаминирует Г, Ц и А, в результате чего образуются ксантин, урацил и гипоксантин. Вследствие ошибочного спаривания производных цитозина и аденина возникают замены пар оснований (59). Дезаминирование гуанина, повидимому, не вызывает мутаций.
Гидроксиламин преимущественно поражает цитозин и вызывает замены типа ГЦ АТ.
Из числа алкилирующих соединений, обладающих мутагенной активностью, наиболее детально изучены метилирующие и этилирующие соединения. По данным Фриза, они вызывают 1) алкилирование фосфатных групп, возможно приводящее к подавлению репликации ДНК; в результате может возникать включение несоответствующих оснований; 2) гидролиз фосфорного триэфира, ведущий к разрыву остова ДНК; вследствие такого типа повреждения могут возникать крупные перестройки; 3) алкилирование отдельных оснований в составе ДНК, что может препятствовать репликации или приводит к заменам пар оснований в результате ошибочного спаривания; 4) депуринизацию, приводящую к выпадению или вставке несоответствующих нуклеотидов; 5) крупные перестройки, возникающие в депуринизированной ДЙК при высоких значениях рН.

Наблюдения последних лет внесли определенную ясность в механизмы летального и мутагенного действия ультрафиолетового света. Доказано, что основные повреждения, вызываемые ультрафиолетовыми лучами, состоят в димеризации молекул пиримидинов, в основном тиминов. Димеры тимина, структурная формула которых представлена на 60, представляют собой не только летальные, но и предмутационные повреждения.
Исследования по изучению механизмов летального и мутагенного действия ультрафиолетового света положили начало новому разделу генетической науки учению о репарации повреждений клеточного генома (ДНК).
До относительно недавнего времени геном клеток рассматривался как своего рода пассивная мишень, подвергаемая действию повреждающих агентов. В исследованиях с бактериями было установлено, что клетки обладают специальными системами, восстанавливающими повреждения генетического материала. Наличие этих систем обусловливает относительную резистентность бактерий к агентам, повреждающим их геном. Репарация повреждений ДНК осуществляется ферментами, находящимися под контролем специальных генов. Мутации в этих генах, нарушающие работу репарирующих систем, приводят к резкому повышению чувствительности бактерий к различного рода радиационным воздействиям и другим агентам, повреждающим ДНК.

Роль изучения репаративных процессов выходит далеко за пределы чисто микробиологических интересов. Его общебиологпческое значение определяется тем, что репарирующие системы присущи не только микробам, но также клеткам человека и животных. Они способны восстанавливать повреждения, которые возникают под влиянием агентов, вызывающих лучевую болезнь, развитие рака и другие патологические состояния. Так, например, смертельное наследственное заболевание человека xeroderma pigmentosum связано с тем, что клетки кожи больных лишены системы, восстанавливающей повреждения их ДНК, вызванные ультрафиолетовым светом. В результате при контакте с ультрафиолетовыми лучами у таких больных возникает рак кожи с метастазами, заканчивающийся смертью.