Мутации у бактерий

Мутации — это изменения в последо­вательности отдельных нуклеотидов ДНК. которые ведут к таким проявлениям, как из­менения морфологии бактериальной клет­ки, возникновение потребностей в факторах роста, например в аминокислотах, витами­нах, т. е. ауксотрофности; к устойчивости к антибиотикам, изменению чувствительнос­ти к температуре, снижению вирулентноти (аттенуация) и т. д.

По протяженности изменений поврежде­ния ДНК различают мутации точечные, когда повреждения ограничиваются одной парой нуклеотидов, и протяженные или аберрации. В последнем случае могут наблюдаться выпа­дения нескольких пар нуклеотидов, которые называются делецией, добавление нуклеотид-ных пар, т. е. дупликации, перемещения фраг­ментов хромосомы, транслокации и переста­новки нуклеотидных пар — инверсии.

Мутации могут быть спонтанными, т. е. воз­никающими самопроизвольно, без воздейс­твия извне, и индуцированными.

Точечные спонтанные мутации возникают в результате возникновения ошибок при репли­кации ДНК, что связано с таутомерным пере­мещением электронов в азотистых основаниях.

Тимин, например, обычно находится в кетоформе. в которой он способен образовывать водородные связи с аденином. Но если тимин во время спари­вания оснований при репликации ДНК переходит в енольную форму, то он спаривается с гуанином. В ре­зультате в новой молекуле ДНК на месте, где раньше стояла пара А—Т, появляется пара Г—Ц.

Спонтанные хромосомные аберрации возни­кают вследствие перемещения подвижных ге­нетических элементов.

Индуцированные мутации появляются под влиянием внешних факторов, которые на-

зываются мутагенами. Мутагены бывают физическими (УФ-лучи, гамма-радиация), химическими (аналоги пуриновых и пири-мидиновых оснований, азотистая кислота и ее аналоги и другие соединения) и биологиче-кими — транспозоны.

Аналоги пуриновых и пиримидиновых оснований, например 2-аминопурин, 5-бромурацил, включаются в нуклеотиды, а следовательно, и в ДНК, но при этом они значительно чаще в силу таутомерных превраще­ний спариваются с «неправильными» партнерами, в результате вызывая замену пурина другим пурином (А—Г) или пиримидина другим пиримидином (Т—Ц). Замены пурина на пурин, а пиримидина на пирими­дин называются транзициями.

Азотистая кислота и ее аналоги вызывают дезами-нирование азотистых оснований, результатом чего являются ошибки при спаривании и, как следствие, возникновение транзиции. Аденин в результате де-заминирования превращается в гипоксантин, ко­торый спаривается с цитозином, что приводит к возникновению транзиции AT—ГЦ. Гуанин же при дезаминировании превращается в ксантин, который по-прежнему спаривается с цитозином; таким обра­зом, дезаминирование гуанина не сопровождается

му тацией.

Акридин и профлавин внедряются между сосед­ними основаниями цепи ДНК, вдвое увеличивая расстояние между ними. Это пространственное из­менение при репликации может привести как к ут-рате нуклеотида, так и включению дополнительной нуклеотидной пары, что приводит к сдвигу рамки счи­тывания тРНК. Начиная с того места, где произошло зыпадение или включение нуклеотида, информация считывается неправильно.

УФ-облучение затрагивает преимущественно пи-- чидиновые основания, при этом два соседних ос­татка тимина ДНК могут оказаться ковалентно свя-

нными.

На бактериях, подвергнутых УФ-облу-чению, было показано, что повреждения, вызванные облучением в бактериальных ЛНК, могут частично исправляться бла­годаря наличию репарационных систем. У различных бактерий имеется несколько типов репарационных систем. Один тип репарации протекает на свету, он связан с деятельностью фотореактивирующегося фермента, который расщепляет тимино-вый димер. При темновой репарации де-

фектные участки цепи ДНК удаляются, и образовавшаяся брешь достраивается при помощи ДНК-полимеразы на матрице со­хранившейся цепи и соединяется с цепью лигазой (рис. 5.2).

Мутация, приводящая к потере функции, называется прямой мутацией. У мутантов может произойти восстановление исходных свойств, т. е. реверсия (reverse — обратный, англ.) Если происходит восстановление ис­ходного генотипа, то мутация, восстанавли­вающая генотип и фенотип, называется об­ратной или прямой реверсией. Если мутация восстанавливает фенотип, не восстанавли­вая генотип, то такая мутация называется супрессорной. Супрессорные мутации могут возникать как в пределах того самого гена, в котором произошла первичная мутация, так в других генах или могут быть связаны с мута­циями в тРНК.