Микробиология, понятие микробиологии, статьи по микробиологии, микробиологические процессы

Апрель 2011

При изучении HCR системы было установлено, что мутанты, утратившие способность темновой репарации, обладают резко повышенной чувствительностью не только к летальному, но и к мутагенному действию ультрафиолетовых лучей. Отсюда был сделан вывод, что возникновение основной массы УФ индуцированных мутаций обязано, по видимому, димерам, не подвергнувшимся удалению и остающимся в ДНК облученных клеток к моменту ее репликации. Полагают, что во вновь синтезируемой нити реплицирующейся ДНК облученных ультрафиолетовым светом клеток образуются дефекты (бреши). По локализации эти дефекты соответствую расположению димеров, оставшихся неудаленными в материнской нити ДНК. Репарация этих дефектов происходит в процессе так называемой пострепликативной репарации.
В дорепликативной (темновой) и пострепликативной репарациях участвует ряд ферментов, из которых для многих уже установлены генетические детерминанты. К числу этих ферментов относятся ферменты типа эндонуклеаз, детерминируемые и тгенами, ДНК полимераза Корнберга, которой свойственны экзонуклеазная и ресинтетическая функции, лигаза, обеспечивающая воссоединение вновь синтезированных в процессе репарации фрагментов ДНК. Важное значение имеет активность ферментов, играющих определенную роль в осуществлении рекомбинационных процессов (ферменты, детерминируемые генами гесА, гесВ и гесС). Окончательно роль каждого из ферментов еще не выяснена. Не определены, по видимому, и еще какие то ферменты, участвующие в репаративных процессах.

Одна из, систем, восстанавливающих ультрафиолетовые индуцированные повреждения ДНК, названа системой фотореактивации. Фермент, обеспечивающий фотореактивацию, действует в присутствии видимого света и осуществляет расщепление димеров, превращая их в мономерные формы (61).
Активность другой системы, восстанавливающей повреждения ДНК, обеспечивается суммой ферментов, действующих в отсутствие видимого света. Эта система названа системой темнового восстановления.
Темновая репарация, схематически представленная на 62, осуществляется в несколько этапов. Первый этап заключается в надрезании нити молекулы ДНК в области повреждения. Далее происходят удаление повреждения и деградация прилегающего участка ДНК, сопровождающаяся ресинтезом удаленных участков одновременно по всей длине молекулы. Последний этап состоит в интеграции ресинтезированных фрагментов. Бактериальная система темновой репарации восстанавливает не только собственную ДНК, но и ДНК бактериальных вирусов, инфицирующих клетку, т. е. обеспечивает так называемую реактивацию хозяином (host cell reactivation). Поэтому данную систему часто называют HCR системой.

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.

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.

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.