Механизмы мутагенеза

Включение аналогов оснований. Аналоги оснований - это антиметабо­литы. Некоторые аналоги настолько сходны с нормальными пиримидиновыми и пуриновыми основаниями, что поглощаются клетками и включаются в ДНК. Здесь они в значительной степени выполняют функцию нормальных оснований, но в отличие от них обнаруживают большую тенденцию связывать «ложного» (неподходящего) партнера при репликации ДНК. Для вызывания мутаций часто используются бромурацил и 2-аминопурин. 2-Аминопурин включается в ДНК вместо аденина. Этот вид изменений - замену одного пурина другим пурином (A->G) или одного примидина другим пиримидином (С-> Т) - называют транзицией.

Химическое изменение оснований. Некоторые мутагенные вещества действуют путем химического изменения содержащихся в ДНК основа­ний, что приводит к ошибкам репликации. Вполне понятное изменение вызывает нитрит. Азотистая кислота дезаминирует аденин, гуанин или цитозин. В результате замещения аминогруппы гидроксильной группой аденин превращается в гипоксантин и спаривается с цитозином вместо тимина, что приводит к мутации AT -► GC.

Алкилирующие агенты. Этил- и метилметансульфонат, диметил- и диэтилсульфат, этиленимин, азотистый или серный иприт принадлежат к наиболее эффек­тивным мутагенам. Например, этилметансульфонат этилирует атом N гуанина. Образовавшийся 7-алкилгуанин отщепляет­ся от цепи, в результате чего в ней образуется «пропуск». При очередной репликации на этом месте часто оказывается «ошибочное» основание.

Включение или утрата отдельных пар оснований. Профлавин и другие акридиновые красители. Вероятно, молекула акридина внедряется между соседними основаниями цепи ДНК и увели­чивает расстояние между ними (интеркаляция). Такое пространственное изменение при репликации ДНК может вызывать ошибки двух типов- утрату нуклеотида или включение дополнительной пары нуклеотидов. Мутации этого типа приводят к очень серьезным последствиям, так как при этом нарушается порядок считывания информации при синтезе бел­ка.

Ультрафиолетовые лучи и ионизирующее излучение. УФ-свет, рентге­новские лучи и другие виды ионизирующего излучения оказывают на микроорганизмы летальное и мутагенное воздействие. УФ-лучи действуют в основном на нуклеи­новые кислоты. Наиболее эффективны лучи ближней УФ-области с дли­ной волны около 260 нм. Побочные повреждения при этом незначительны. Поражаются главным образом пиримидиновые основа­ния. Например, два соседних тиминовых основания в ДНК могут ока­заться связанными. Источник ошибок при репликации.

Трансформация. В 1928 г. Ф.Гриффитс исследовал 2 штамма бактерий – пневмококков. Они образовывали колонии разной формы на твердой питательной среде и и по-разному действовали на подопытных мышей. Вирулентный капсульный штамм вызывал пневмонию у мышей и их гибель. Не вирулентный бескапсульный – был безвреден. Способность вызывать пневмонию у мышей связывалась с наличием капсулы. Он надеялся, что если ввести больному бескапсульную или убитую нагреванием капсулированную форму, то его организм начнет вырабатывать антитела, которые смогут предохранить организм от заболевания пневмонией. В ряде экспериментов Гриффитс вводил мышам обе формы бактерий и получил следующее:

1. живой бескапсульный выживают

2. живой капсулированный гибнут

3. капсулированный убитый нагреванием выживают

4. капсулированный убитый tºС+живой бескапсульный гибнут

При вскрытии погибших мышей у них были обнаружены живые капсульные формы. Вывод: от убитых нагреванием инкапсулированных форм к живым бескапсульным формам передается какой-то фактор, заставляющий их вырабатывать капсулы и становиться вирулентным. Природа этого фактора оставалась неизвестной до 1944 г, когда Эйверн, Мак-Леод и Маккарти пришли к выводу, что это вещество- ДНК.

Трансдукция -передача ДНК от клетки-донора клетке-реци­пиенту при участии бактериофагов. Различают два вида трансдукции: неспецифическую (общую), при которой может быть перенесен любой фрагмент ДНК хозяина, и специфическую, затрагивающую лишь строго определенные фрагменты ДНК. Передача признаков путем трансдукции была обнаружена у многих бактерий, в том числе у видов Salmonella, Escherichia, Shigella, Bacillus, Pseudomonas,Staphylococcus, Vibrio и Rhizobium. Но не все фаги могут осуществлять трансдукцию, и не во все бактерии таким путем может быть перенесена ДНК.