Биологический каталог




Фотобиология

Автор С.В.Конев, И.Д.Волотовский

гуанин— цитозин. Совершенно очевидно, что участие тех или иных фотохимических повреждений ДНК в мутагенезе определяется видом организма и, следовательно, особенностями строения его ДНК. Например, в ДНК фага Т4 в противоположность фагу сд гидраты цитозина вообще не образуются, так как оксиметилцитозин, свойственный фагу Т4, не фотогидрируется.

Фотохимические повреждения могут реализоваться в мутационные изменения генома (миссенс-мутации, нонсенс-мутации, мутации сдвига рамки, супрессорные мутации) за счет возникновения ошибок в ходе следующих основных процессов: заполнения бреши ДНК при эксцизионной репарации; заполнения бреши ДНК при пострепликационной рекомбинации; перескока ДНК-полимеразы через неэлиминированное повреждение при репликации.

В последние годы получили широкое распространение представления, развиваемые в работах Виткин, согласно которым мутации возникают только благодаря ошибкам в ходе работы SOS-репарирующей системы (см. гл. XVI). Показано, в частности, что УФ-мута--бидьность связана с продуктами генов гес А+ и lex А+

и прямо коррелирует с другими SOS-функциями: инду-цибельностью Я-профага и И?-реактивацией. Действительно, у двойных мутантов гес А~ и lex А~ УФ-свет практически не вызывает мутаций.

Итак, мутабильность клетки определяется не только количеством или природой фотоповреждений, но и параметрами репарирующих повреждение систем и в первую очередь системы SOS-репарации. Именно эта точка зрения наиболее популярна в настоящее время.

Если УФ-свет вызывает мутацию гена, ответственного за биосинтез ДНК-полимеразы или других ферментов репарирующей системы, то возникшие мутант-ные клетки характеризуются высокой частотой спонтанных мутаций, которые не связаны с действием внешних или внутренних мутагенных факторов, а обусловлены ошибками в ходе репликации. В связи с этим в генетике возникло представление о гене, контролирующем частоту естественных мутаций,— гене-мута-торе.

Как и другие дефекты ДНК, мутационные повреждения фотореактивируются и элиминируются ферментами темновой репарации. У некоторых штаммов Я. coli фотореактивируются только те повреждения, которые вызываются малыми дозами ультрафиолетового света. У мутантов Е. coli, дефектных по ферментам темновой репарации, повышенная мутабильность сохраняется на протяжении четырех поколений, прогрессивно уменьшаясь в каждой последующей генерации. По мнению Виткин, почти все УФ-индуцированные мутации реализуются до второй пострадиационной репликации ДНК.

В заключение необходимо отметить, что одни и те же повреждения ДНК вызывают и гибель, и мутации биообъектов, а различные повреждения могут приводить примерно к одному и тому же спектру мутаций.

2. РЕКОМБИНАЦИИ

Под термином «рекомбинация» у бактерий подразумевается образование новых комбинаций генов во время полового размножения. После конъюгации мужской и женской клеток ДНК донора переходит в клетку реципиента, где и происходит обмен участками полинуклеотидной цепи ДНК—генами. Интеграция половой зписомы донора в хромосому хозяина осуществляется системой ферментов рекомбинации. Поэтому мутанты гес~ дефектные по этим ферментам, к рекомбинации не способны.

По данным Хейса, при облучении мужских штаммов бактерий (F+) дозами ультрафиолетового света, соответствующими 70% выживаемости, наблюдается резкое (примерно в 50 раз) увеличение частоты образования рекомбинантов при скрещивании с необлученными женскими штаммами. Спектры действия рекомбинаци-онных эффектов не измерялись. Показано только, что свет, адресованный нуклеиновым кислотам (Х= = 260 нм), повышает частоту рекомбинаций у Е. coli, в то время как свет, адресованный белку (Я=289 нм), приводит к гибели клеток с понижением частоты рекомбинаций. Следовательно, более вероятно, что акцептором биологически активного света является ДНК, а не белок.

В многочисленных экспериментах показано, что, как и для других генетических эффектов (мутация, индукция профага), зависимость частоты рекомбинации от дозы ультрафиолетового света описывается куполообразной кривой с максимумом. Подобная зависимость скорее всего отражает наложение двух одноударных процессов: активацию хромосомы (F+) мужской клетки при включении в нее половой эписомы (интеграция) и предотвращение переноса активированной хромосомы. Ингибирование переноса хромосомы донора к акцептору является следствием либо прямых, либо косвенных разрывов полинуклеотидной цепи, возникающих при темновой репарации. Молекулярные механизмы активации хромосомы (F+), приводящей к увеличению частоты рекомбинаций, не выяснены. Предполагается, что этому способствуют однонитевые разрывы ДНК половой эписомы. Увеличение частоты рекомбинаций наблюдается только у штаммов с неинтегриро-ванной половой эписомой. У остальных штаммов рекомбинация подавляется по одноударному механизму в результате торможения переноса ДНК.

Рекомендуемая литература

С о й ф е р В. Н. Молекулярные механизмы мутагенеза. М., 1969.

G i е s е A. UV-action spectrum in perspective: with special referring to mutation.— Photochem. and Photobiol., 1968, 8, 527.

Meistrich M., Shulman R. Mutagenic effect of sensitized irradiation of bacteriophage T4.— J. Molec. Biol., 1969, 46, 157.

W i t k i n E. UV-mutagenesis and inducible DNA repair in E. coli.— Bacterid. Rev., 1976, 40, 869.

Глава XIX. ЛИЗОГЕНИЯ

Лизогения — это наследственная способность некоторых микробов продуцировать фаг без предварительного инфицирования их этим фагом. У лизогенных микроорганизмов фаговая ДНК (профаг) встроена в нить ДНК хозяина. Как правило, профаг включен в бактериальную хромосому в определенном ее участке и реплицируется при размножении клеток. Иногда в геном хозяина вовлечено несколько профагов. Такие организмы называются полилизогенными. Обычно структурные цистроны профага репрессированы особым белком, блокирующим специфическую область генома фага и предотвращающим транскрипцию его генов. Индукция профага происходит спонтанно или под действием различных факторов: фаговая ДНК отделяется от ДНК хозяина, профаг превращается в вегетативный фаг, после интенсивного размножения которого клетка лизируется и зрелый фаг выходит в окружающую среду.

Наиболее универсальным индуцирующим агентом является УФ-свет. Чувствительность клеток к УФ-ин-дукции профага в большой степени зависит от физиологического состояния микробной клетки и условий внешней среды: температуры, химического состава, рН и др. Например, индукция облегчается при наличии в питательной среде некоторых аминокислот (/-лейцин, J-изолейцин, /-валин и др.). Профаг Bad. megatherium 899 легко индуцируется в казеиново-дрожжевой, но не в синтетической среде. Образованию фага предшествует сравнительно продолжительный латентный период. Для индукции профага необходимы, как правило, меньшие дозы ультрафиолета, чем для гибели клеток хозяев. Обнаружена также прямая коррелятивная зависимость между способностью различных штаммов Е. coli к мутациям и индукции профага.

Кривая зависимости степени индукции профага Е. coli К-12 (X) от дозы (Х = 254 нм) имеет четко выраженный максимум, который возникает вследствие наложения двух одновременно протекающих процессов: индукции профага и его гибели (рис. 61).

Рис. 61. Дозные кривые инактивации Е. coli К-12 (1), индукции профага (2), инактивации профага (3), истинной индукции профага (4)

(Franklin R., 1954)

Рис. 62. Спектры действия индукции профага Е. coli К-12 (1), гибели клеток (2) и спектр поглощения Е. coli (3) (Franklin R., 1954)

Суммарная кривая описывается уравнением NjN0=(l — e~*D) [1— (1 —e~s>D)m]y

где NQ И N— общее число клеток и число индуцированных клеток соответственно; S\ и s2 — поперечные сечения индукции и гибели профага; D — доза; m — множественность удара.

Первый член уравнения описывает индукцию, второй — гибель профага. С учетом гибели профагов истинная индукция описывается кривой с насыщением. Следовательно, действию ультрафиолета подвергаются две мишени, причем поперечное сечение повреждения одной из них зависит от физиологического состояния клеток.

Спектр действия индукции профага Е. coll К-12 (Я) имеет нуклеиновую природу без белкового «плеча» при 280 нм, характерного для спектра действия гибели клеток (рис. 62). Следовательно, акцептором биологически активного света служит ДНК. Вполне вероятно, что индукция профага обусловлена пиримидиновыми димерами ДНК> поскольку эффективность ультрафиолетовой индукции лизогенных микробов снижается при фотореактивации и фотопротекции длинноволновым УФ-светом.

К изменению активности генома могут приводить фотоповреждения как в ДНК хозяина, так и в ДНК профага. В пользу локализации фотоповреждений в ДНК хозяина свидетельствуют следующие факты: 1) у полилизогенных культур индуцируется сразу несколько различающихся по геному профагов; 2) профаг индуцируется у лизогенного донора при скрещивании его с нелизогенным, но УФ-облученным реципиентом; 3) лизогенные по фагу X мутанты Е. coli, дефектные по способности к рекомбинации (гес-), теряют способность к индукции профага, приобретая ее вновь после введения в геном клетки гес+-маркера с помощью трансдукции (переноса гена от одной бактериальной клетки к другой с помощью фага); 4) изменение генома Е. coli К-12 (X) (увеличение «полярных шапочек», т. е. количества ДНК) после индуцирующего УФ-облучения.

В свою очередь на поглощение биологически активного света ДНК профага указывает возможность получения его мутантов (ind-), теряющих способность к индукции. Показано также, что индукции предшествует синтез на матрице ДНК особого фермента интегразы, при блокировании которого левомицетином индукция резко тормозится.

По данным Кэмпбелла и Киллена, переход профага в вегетативный фаг, заключающийся в разрыве, по крайней мере, двух ковалентных связей в полинуклео-тидной цепи, представляет собой ферментативный процесс с участием интегразы и концевого фермента. Непосредственной причиной перехода может быть активация нуклеаз, расщепляющих полинуклеотидную цепь, или активация субстрата — ДНК. В первом случае активация достигается прекращением синтеза репрессора.

страница 56
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69

Скачать книгу "Фотобиология" (3.60Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(22.10.2019)