Антибиотики и мутации бактерий

Мутации и мутагенез. Исследования по изменчивости и селекции микроорганизмов в связи с развитием учения об антибиотиках стимулировало развитие работ по мутагенезу продуцентов витаминов, антибиотиков, ферментов и других биологически активных веществ. Микробиологи-селекционеры привлекали все известные методы изыскания новых форм микроорганизмов с повышенной биохимической активностью. Приспособление бактерий к разрушению нового синтетического органического соединения, не встречавшегося ранее в природе, требует от бактериальных клеток синтеза новых ферментов, т. е. изменения в генотипе. Генотипическая изменчивость наследственна. [c.110]

Существуют также мутации бактерий, вызывающие устойчивость к определенным бактериофагам или антибиотикам. Первые из них обычно влияют на способность фага прикрепляться к бактерии-мутанту, поскольку у мутанта несколько изменены белки мембраны. Устойчивые (резистентные) мутанты легко отбираются при посеве клеток, подвергнутых действию какого-либо мутагена, непосредственно на среду, содержащую данный фаг или антибиотик выросшая бактериальная колония и есть мутант. Мутации, вызывающие устойчивость к определенным антибиотикам, хорошо известны, поскольку они создают серьезную проблему для медицины и здравоохранения. Фенотип устойчивости к фагу Т1, обозначается символом Т1 (фенотип чувствительности к фагу-Т1 ). Соответственно, устойчивость и чувствительность к антибиотику стрептомицину обозначают как Str и Str . Ген чувствительности к фагу Т1 обозначается как ton, (ton -синоним Т1 ген чувствительности к стрептомицину-sir (sir -синоним sir ). [c.229]

Мутации, вызываемые транспозонами. В генетике бактерий все большее значение приобретает метод получения мутаций с помопдью транс-позонов. Транспозоны (Тп) представляют собой короткие двойные цепи ДНК, которые состоят из более чем 2000 пар оснований и обычно обусловливают устойчивость к одному антибиотику, в исключительных случаях-к нескольким, Транспозоны способны перепрыгивать из одного участка генома в другой, в частности из бактериальной хромосомы в плазмиду и обратно таким образом, они могут включаться в различные участки генома (см. разд. 15.3,1), В случае внедрения транспозо-на в какой-либо структурный ген хромосомы нуклеотидная последовательность этого гена будет нарушена и генетическая информация не сможет транслироваться в функционально полноценный полипептид. ВЬзникнет инсерционный мутант. [c.447]

Таким образом, даже беглый перечень особенностей большинства мутаций, наблюдаемых у человека, и у других хорошо известных видов, таких, как дрозофила, обнаруживает их неадаптивный характер. Мутации возникают не для того, чтобы обеспечить лучшую приспособленность организмов к условиям их обитания. Этот факт, уже давно очевидный генетикам, изучающим высшие организмы, не признавался бактериологами до конца 40-х годов. Большинство ученых, изучавших мутации бактерий, считали, что мутации происходят в бактериальных популяциях в ответ на возникновение новых селективных условий. Например, когда в чашку Петри со средой, содержащей пенициллин, высевают чувствительные к пенициллину бактерии, на поверхности агара появляется несколько устойчивых к этому антибиотику колоний, причем их устойчивость наследуется. Данный факт объясняли тем, что устойчивость к пенициллину индуцируется самим пенициллином. Методология, применявшаяся бактериологами, когда они использовали селективные среды для вьщеления мутантных штаммов, не позволяла ответить на вопрос, отбираются ли при этом мутанты, уже ранее существовавшие в популяции, или само их возникновение индуцируется фактором отбора. Мало того, некоторые микробиологи вообще подвергали сомнению факт существования генов в бактериях По их мнению, отбираемые колонии могут состоять из бактерий, приобретших новое физиологическое состояние, позволяющее им приспособиться к жизни в новых условиях. Фактически такие взгляды тормозили признание идеи о том, что ДНК представляет собой наследственное вещество, хотя на это однозначно указывала трансформирующая активность ДНК, выделенной из пневмококка (см. гл. 4). [c.24]

Гипотеза естественного отбора, постулированная Дарвином и Уоллесом, основывалась на исторических данных. Дарвин считал, что промежуток времени, необходимый для эволюционного изменения популяции, должен быть слишком большим, чтобы такое изменение можно было наблюдать непосредственно. Происходящие в последнее время изменения, связанные с промышленной, технической и медицинской революцией, создают столь сильные давления направленного и дизруптивного отбора, что теперь мы можем наблюдать резкие изменения в генотипе и фенотипе популяций, происходящие достаточно быстро. Открытие в сороковых годах антибиотиков создало сильное давление отбора в пользу бактериальных штаммов, обладающих генетической устойчивостью к антибиотикам. Бактерии очень быстро размножаются и дают ежедневно много поколений и миллионы особей. В результате случайной мутации может появиться устойчивая клетка, потомки которой будут процветать благодаря отсутствию конкуренции со стороны других бактерий, уничтожаемых данным антибиотиком. В ответ на это приходится создавать новые антибиотики для уничтожения устойчивых бактерий, и цикл продолжается. Селективное давление создается также в результате использования таких веществ, как ДЦТ для борьбы с платяной вошью и комарами и антикоагулянт варфарин для уничтожения крыс. После возникновения устойчивости она быстро распространяется по всей популяции. [c.327]

Уже из этих ранних наблюдений Демереца можно было сделать важный вывод для клинического применения таких антибиотиков, как пенициллин и стрептомицин. Если для лечения бактериальной инфекции применяют пенициллин, то врач с самого начала должен вводить этот антибиотик в возможно максимальных концентрациях. Это обеспечит наибольшую вероятность юго, что будут убиты все патогенные бактерии, и снизит вероятность отбора мутантов, устойчивых к высоким концентрациям пенициллина. Если же больному, наоборот, сначала дают небольшую дозу антибиотика и затем, когда лекарство ему не помогает, дозу повышают, а потом, если и эта доза не помогает, дают еще более высокую дозу антибиотика, то при таком постепенном повышении дозы лекарства есть риск провести последовательный отбор все более и более устойчивых мутантов патогенной бактерии. При лечении стрептомицином уже не так важно избегать такого ступенчатого повышения дозы лекарства, так как даже в присутствии низких концентраций стрептомицина отбираются 1мутаиты, обладающие устойчивостью к высоким дозам этого антибиотика. Предотвратить появление таких мутантов практически невозможно. К счастью, большинство мутаций, ведущих к устойчивости, сообщает бактерии устойчивость лишь к одному типу антибиотика и оставляет ее чувствительной к другим. Так как вероятность того, что возникнет мутант с множественной устойчивостью, равна произведению вероятностей отдельных мутаций, то самый надежный способ избежать при лечении появления штаммов, устойчивых к лекарственному препарату, заключается в том, чтобы давать больному одновременно два или более антибиотиков разных типов. Увы, в последнее время бактерии стали приобретать устойчивость к антибиотикам, что сводит на нет даже эту уловку. Такое зловещее развитие событий, которое, очевидно, является следствием распространения и беспорядочного применения антибиотиков в 50-х годах, будет рассмотрено в гл. X. [c.151]

В экспериментах, связанных с переносом генов, часто используются штаммы бактерий, обладающие устойчивостью к антибиотикам либо за счет хромосомных мутаций, либо за счет присутствия R-плазмид (гл. 15). В табл. 14.5 включены концентрации антибиотиков в исходных концентрированных растворах и концентрации антибиотиков, обычно используемые в опытах по переносу генов, в средах для грамотрицательных кишечных бактерий. Следует отметить, что в стерилизации исходных концентрированных растворов антибиотиков нет необходимости, если были соблюдены соответствующие меры предосторожности во время их приготовления. При этом используют бумагу для взвешивания из закрытой коробки или запечатанного контейнера (бумага, нахо- [c.121]

Накопление мутаций в определенном гене, контролирующем структуру рецептора бактерии, может привести к нарушению какой-то функции клеточной мембраны, а длительная мутационная изменчивость соответствующего рецепторного белка фага может понизить его стабильность и вместе с тем стабильность частицы фага в целом. Первое из предположений подтверждается частой встречаемостью среди бактериальных фагоустойчивых адсорбционных мутантов форм, несущих изменения и других признаков (мутации с плейотропным эффектом), например скорости деления, устойчивости к антибиотикам, проницаемости и др. Не исключена и возможность возникновения в ходе последовательного отбора фагоустойчивых мутантов бактерий и преодолевающих их устойчивость мутантов фага таких форм белков в адсорбционном аппарате фага, которые могут обладать цитотоксическим эффектом, проявляемым при контакте с клеткой, что предотвратит последующий продуктивный цикл. [c.201]

Когда в сороковых и пятидесятых годах в медицине впервые стали применять пенициллин, стрептомицин и другие антибиотики, они в небольших дозах эффективно уничтожали болезнетворные микроорганизмы. Однако вскоре после того, как применение антибиотиков расширилось, их эффективность начала снижаться и для достижения желаемых результатов приходилось использовать более высокие дозы. Существуют штаммы бактерий, устойчивые к антибиотикам и чувствительные к ним. Появление устойчивых штаммов обусловлено спонтанными мутациями, возникающими с некоторой низкой частотой. Таким образом, применение антибиотиков в низких или умеренных дозах приводит в действие процесс отбора, благоприятствующий появлению устойчивых штаммов. [c.92]

Подвергнув популяцию бактерий действию антибиотиков, можно отобрать мутанты, способные расти в присутствии соответствующего антибиотика. Этим путем были получены, в частности, мутанты Е. соИ, устойчивые к стрептомицину (однако следует сказать, что частота их появления была очень низкой примерно 10 ). Было установлено, что измененный ген (rpsL или sir А) расположен на генетической карте в области, соответствующей 72 мин >. В дальнейшем было показано, что стрептомицин связывается с рибосомным белком S12, а rpsL — ген этого белка. Среди устойчивых к стрептомицину бактерий можно отобрать мутанты, ставшие зависимыми от этого антибиотика и не способные расти в его отсутствие. Было показано, что такая зависимость от Стрептомицина возникает в результате изменений рнбосомного белка S4. Из этих экспериментов отчетливо видно, что для существенного изменения чувствительности живого организма к определенному токсину или даже для того, чтобы организм сделался зависящим от этого токсина, оказывается достаточно единичной точковой мутации, изменяющей всего лишь одну аминокислоту. [c.240]

После воздействия, индуцирующего мутации, и многочасового роста бактериальную суспензию инкубируют в среде с глюкозой, но без азота. Это делается для того, чтобы дать возможность клеткам использовать оставшиеся растворимые соединения азота. Через несколько часов добавляют пенициллин и сульфат аммония и проводят инкубацию (на этот раз продолжительностью до 24 ч.). Прототрофные родительские клетки растут, и пенициллин их убивает, тогда как ауксотрофные мутанты, нуждающиеся в определенной аминокислоте, не растут, и это позволяет им уцелеть. Затем суспензию освобождают от пенициллина промыванием или добавлением пенициллиназы и высевают на агаризованную среду, содержащую аминокислоты. Среди вырастающих в таких условиях бактерий процент ауксотрофных клеток оказывается более высоким (помимо них растут также прототрофные клетки, выдержавшие обработку пенициллином). Если бактерии устойчивы к пенициллину, то с той же целью можно применить другие антибиотики (новобиоцин, циклосерин, колистин, канамицин). Для избирательного уничтожения растущих клеток используют и такое явление, как летальный синтез . [c.451]

Если мутация не привела к гибели организма, то организм приобретает новые свойства. Эти свойства могут быть и вредными и полезными для него. В процессе отбора, очевидно, больше шансов выжнть имеют те особи, которые обладают свойствами, повышающими их жизненную устойчивость,— так мутация способствует закреплению определенных признаков, т. е. является фактором эволюции. Сознательно направленное действие мутагенов помогает человеку, например, выводить новые ценные виды растений. В то же время способность к мутационным изменениям у бактерий приводит к тому, что они, подвергаясь обработке антибиотиками, не погибают все без остатка — некоторые сохраняют жизнеспособность и производят потомство, устойчивое к дан- [c.83]

Мы неоднократно слышали, что бактерии особенно легко приспосабливаются к новому окружению, в частности легко вырабатывают устойчивость к антибиотикам, например к стрептомицину и т.п. Как мы уже знаем, это возможно только потому, что благодаря мутациям и отбору удается преодолеть консерватизм механизма редупликации двойной спирали ДНК. Известно также, что рекомбинация мутировавших наследственных зачатков облегчается у высших организмов за счет полового процесса, который состоит в слиянии гамет с последующил мейозом. Спрашивается, не происходит ли рекомбинация или чтсьлибо соответствующее ей также и у безъядерных форм, в частности у бактерий. Известно, что бактерии размножаются с чрезвычайно высокой скоростью, По-это.чгу. если у них действительно происходит рекомбинация, пусть даже очень редко, можно ожидать, что именно у бактерий ее удастся обнаружить. В самом деле, очень скорс у бактерий, по крайней. мере у некоторых из них, были обнаружены такие фор.мы поведения, которые приводят к весьма успешной рекомбинации, В то же время мейоз здесь отсутствует. Поэтому в данном случае говорят о парамейотических или просто пара-сексуальных процессах или системах. Известны по меньшей мере три различные парасексуальные системы, и по целому ряду причин желательно было бы ознакомить с ними читателя. При этом мы можем воспользоваться для их описания некоторыми понятия.ми, нрименяемы.ми при описании мейотической наследственности. [c.143]

Демерец исследовал также механизм приобретения мутантами бактерий устойчивости к стрептомицину (фиг. 69). С помощью флуктуационного теста ему удалось показать, что устойчивые к стрептомицину мутанты Str Е. соН возникают спонтанно. Однако в отличие от пенициллина стрептомицин не дает ступенчатого обучения . Если на чашку с агаром, содержащим 100 мкг/мл стрептомицина, высеять чувствительную к стрептомицину культуру Е. oli Str , то на такой чашке могут образоваться колонии лишь около 1 бактерии из 10 высеянных. Если затем выделить клетки из некоторых из этих немногих выживших колоний, размножить их и высеять бактерии таких изолятов первой ступени на ряд чашек, содержащих возрастающие концентрации стрептомицина, то среди этих бактерий выявится по крайней мере три разных класса мутантов Str. Это будут а) мутанты с низкой устойчивостью, способные выдержать лишь 100 мкг/мл стрептомицина, т. е. ту концентрацию антибиотика, при которой они отбирались, и погибающие при более высоких концентрациях стрептомицина б) мутанты с промежуточной устойчивостью, которые могут выдержать до 500 мкг/мл стрептомицина в) мутанты с высокой устойчивостью, которые могут выдержать еще более высокие концентрации стрептомицина на чашке. При одной ступени отбора на 100 мкг/мл стрептомицина все эти три типа мутантов появляются примерно с одинаковой частотой. Поэтому Демерец сделал вывод, что признак Str контролируется тремя или большим количеством бактериальных генов sir, обладающих разной силой действия, причем частоты мутирования каждого из этих генов примерно одинаковы и составляют 10 мутаций на одну клетку на генерацию. Мутация в любом из этн х генов приводит [c.150]

В тесте Эймса используется группа гистидиновых ауксотрофов Salmonella typhimurium. Штаммы этой группы имеют специфические мутации в одном из структурных генов биосинтеза гистидина, включая сдвиг рамки и мутации с заменой оснований (свойства штаммов см. в табл. 13.4). У этих штаммов нарушена система вырезания и репарации (uvrB) и система образования липополисахаридной капсулы, которая в норме покрывает снаружи бактерию (rfa). В последнее время были также получены штаммы, содержащие R-фактор (определяемая плазмидами устойчивость к антибиотикам), которые с успехом используются для выявления мутагенности нескольких классов канцерогенов. [c.49]

Л. Горини и другие исследовали явление фено1ипической супрессии нонсенс-мутаций Е. соИ при действии стрептомицина. Этот антибиотик связывается с рибосомами бактерий, что приводит к нарушениям в считывании генетического кода. Результатом этого может быть фенокопия нормы. Например, некоторые нонсенс-мутанты, несуш,ие нонсенс-кодоны в гене, контролирую-ш,ем биосинтез аргинина, могут расти на среде без аргинина, но в присутствии сублетальных доз стрептомицина. Различные мутации, изменяюш,ие белки рибосом, способствуют повышению уровня фенотипической супрессии (белки S4, S5, L7/L12) или понижению уровня фенотипической супрессии (S12, S17, L6). [c.448]

Генетические аспекты приобретенной устойчивости. Возникновение антибиотикорезистентности может быть связано с изменениями в самой бактериальной хромосоме, возникающими в результате мутаций. Такой вид устойчивости называется хромосомной устойчивостью. Обычно в результате мутации у бактерий возникает резистентность к одному антибиотику. Передаваться хромосомная устойчивость может при всех видах генетического обмена. [c.113]

Мы рассмотрели примеры, в которых отбор мутаций, возникающих в единичных генах, приводит к относительно простым эволюционным изменениям (меланистические формы березовой пяденицы бактерии, устойчивые к антибиотикам). В других рассмотренных случаях происходит отбор по признакам, обусловленным многими генами (содержание белка в зернах кукурузы). Но в зволюции самой кукурузы от ее диких предков мы сталкиваемся с изменениями более крупного масштаба — с изменениями целого комплекса признаков, определяемого сочетанием ряда генов. Меланистическая форма березовой пяденицы остается пяденицей, но современная кукуруза — это в сущности новый тип растения для семейства злаков. [c.100]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология