Частота мутаций и механизмы их возникновения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЧАСТОТА МУТАЦИЙ И МЕХАНИЗМЫ ИХ ВОЗНИКНОВЕНИЯ

THE FREQUENCY OF MUTATIONS AND THE MECHANISMS OF EMERGENCE

Павленко С.С.

ФГБОУ ВО Башкирский ГАУ

Уфа, Россия

Мутации бактериофагов изучались очень интенсивно не только с целью генетического анализа, но и для получения информации о свойствах самих фагов. Частота появления тех или иных мутантов в фаговом потомстве варьирует в весьма широких пределах: например, некоторые мутанты образуются с частотой не выше 10, тогда как другие возникают с частотой 10 и выше. Неблагоприятный эффект высокой частоты мутаций обычно компенсируется действием отбора. Например, мутант фага может быть вытеснен диким типом, который дает больший выход фага [2].

Высокая частота спонтанного возникновения обычно характерна для таких мутаций, которые могут происходить во многих сайтах одного локуса. В тех случаях, когда нормальный признак соответствует функциональной форме гена, а мутантный появляется в результате какого-то изменения в любой точке данного локуса, частота прямых мутаций будет выше, чем частота обратных, так как обратные мутаций должны приводить к восстановлению нормального состояния. Иногда ревертанты оказываются на самом деле псевдоревертантами: это происходит либо в результате изменений в каком-либо другом гене (супресорные мутации), либо вследствие изменений в том же гене, которые обусловливают иную, но также активную форму продукта.

У зрелых фаговых частиц частота вспонтанных мутаций очень низка, но их можно идуцировать, воздействуя какими-либо мутагенными факторами, например рентгеновскими или ультрафиолетовыми лучами, азотистой кислотой, гидроксиламином или алкилирующими агентами. Азотистая кислота дезаминирует основания нуклеотидов, а этилметилсульфонат их этилирует. Гидроксиламин превращает щитозин в урацил. При зарожении модифицированными фагами вследствие ошибок, происходящих при репликации химически измененной нуклеиновой кислоты, возникают мутации, и потомство фага, высвобождающееся из одной бактерии, содержит как нормальные, так и мутантные частицы. Однако, как и следует ожидать при обработке мутагеном фага, содержащего одноцепочечную ДНК, образуется чистый клон мутанта [3,4].

Изучение мутационного процесса, происходящего во время размножения фага, имеет большое прямое отношение к анализу развития фага. Сначала рассмотрим спонтанный мутационный процесс. В бактериальной клетке, в которой произошла мутация фага, образуется как нормальный, так и мутантный фаг. Число мутантных фаговых частиц, содержащихся в популяции фага, выходящей из данной единичной бактериальной клетки, очевидно, определяется характером репродукции фага, ибо новые гены могут образоваться лишь путем репликации предсуществовавших. Если вероятность данной мутации при каждой репликации одинакова, то число возникших мутантов зависит от механизма репликации. Например, если каждая новая копия гена образуется независимо от остальных, то распределение мутантных копий в потомстве фага из различных инфицированных бактерий будет случайным. Если же, напротив, каждая из образующихся копий будет в свою очередь репродуцироваться, то мутантные копии будут встречаться группами, или клонами, состоящими из мутантных «сибсов» [1].

Модификации, вызываемые хозяином

В дополнение к мутациям бактериофаги подвергаются негенетическим изменениям, в которых основная роль принадлежит клетке-хозяину. Это явление получило название модификаций, вызываемых хозяином. Важность этих модификаций для молекулярной биологии состоит в том, что они продемонстрировали способность внутриклеточной среды вызывать такие изменения в химическом строении генетического материала, с помощью которых можно идентифицировать клеточные линии, синтезирующие ДНК. Подобные явления были впервые открыты на фаговой ДНК, однако они верны и для любой ДНК бактериальной клетки. Есть также наблюдения, согласно которым этот феномен справедлив и для эукариотических клеток. В особых случаях могут возникнуть более сложные ситуации. Двустороннее ограничение фага двумя хозяевами иногда наблюдается, но оно не является обязательным.

Фаг, который отвергается клетками, способен адсорбироваться на них и инъецировать свою ДНК. Однако часть последней быстро разрушается и репликации не происходит. Деградация ДНК обусловлена специфическими эндонуклеазами (рестриктазы, или R-нуклеазы), которые способны узнавать особые участки ДНК и расщеплять их, если они не были модифицированы под влиянием М-ферментов. После этого происходит расщепление ДНК экзонуклеазами до отдельных нуклеотидов. Бактериальный штамм может иметь одну или несколько R-нуклеаз и одновременно М-ферменты, которые предохраняют собственную ДНК клетки. Предложена удобная номенклатура этих ферментов. Согласно ряду данных, участки узнавания R-нуклеаз не всегда совпадают с участками расщепления ДНК; возможно, фермент способен мигрировать вдоль цепи, прежде чем он найдет участок, где ДНК подвергнется расщеплению [7].

Функциональная роль модификаций, вызываемых хозяином, неясна. Они способны защитить данный штамм бактерий от массивного разрушения фагами, растущими на различных бактериях. В более общем виде роль модификаций можно определить как защиту от попадания неприемлемой чужеродной ДНК в бактериальную клетку и последующего ее «приживления». Бактерия А, которая отвергает фаг, размножающийся на штамме В, отвергает также и ДНК бактерии В, если ее вводить с помощью конъюгации или трансдукции [6].

мутация бактериофаг

Библиографический список

1. Гендон, Ю. З. Общая и частная вирусология./ Ю.З.Гендон.[Текст] - М.:Мир, 2008. - С.640-680.

2. Горьский, Б. В. Основы общей ветеринарной вирусологии. 2-е изд./Б.В.Горьский.[Текст] - М.:Колос, 2007. - С.232-269.

3. Земсков, М. В. Основы общей микробиологии, вирусологии и иммунологии. - 2-е изд./М.В.Земсков[Текст] - М.:Колос, 2011. - С.312.

4. Киселев, О.И. - Вопросы общей вирусологии. /О.И.Киселев, И.Н.Жилиский.[Текст] - Спб.:Инферно, 2007. - С.113-117.

5. Рудаков, Н.В. - Краткий курс лекций по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии. Часть 1. Общая микробиология, вирусология и иммунология./Н.В.Рудаков[Текст] - Омск:Красно, 2009. - С.163171.

6. Сергеев, В.А. - Вирусы и вирусные вакцины. / В.А.Сергеев, Е.А.Непоклонов, Т.И.Алипер.[Текст] - М.:DRAFT, 2007. - С.113-118.

7. Теппер, Е.З. - Практикум по микробиологии. /Е.З.Теппер, В.К.Шильникова.[Текст] - Спб:Дрофа, 2011. - С.74-86.

8. Наследственность и изменчивость вирусов [Электронный ресурс]. Режим доступа: 10.12.2016. http://www.activestudy.info/nasledstvennost-iizmenchivost-virusov/

9. Мутации вирусов [Электронный ресурс]. Режим доступа: 10.12.2016. http://biofile.ru/bio/17030.html

10. Мутагенез [Электронный ресурс]. Режим доступа: 10.12.2016. http://www.bestreferat.ru/referat-139358.html

Размещено на Allbest.ru