Мутагены и мутации бактерий

Рис. 21-7. Тест Эймса на мутагенность. В нем иснользуется онределенный штамм бактерий рода Salmonella, дефектный но синтезу гистидина (his ), и, следовательно, нуждающийся для роста в этой аминокислоте. Если испытываемое вещество обладает мутагенным эффектом, ген his может нод действием этого соединения ревертировать к дикому типу. Образовавшиеся при этом бактерии-ревертанты способны расти на среде без гистидина. Для увеличения чувствительности теста в геном тестерного штамма введена мутация по системе репарации, что делает эти бактерии особенно восприимчивыми к действию повреждающих ДНК агентов. Большинство соединений, демонстрирующих мутагенность в этом тесте, являются

Использование направленного мутагенеза позволяет увеличить численность популяции микроорганизмов с высоким уровнем изменчивости, способных избирательно утилизировать те или иные химические загрязнения, т. е. создать культуры бактерий с заданными свойствами. В качестве мутагенов используют химические вещества, например, нитрозометилмочевину или диметпл-сульфат [34]. В активный ил, освобожденный от простейших, коловраток и других представителей фауны, не участвующих в первичной очистке на ферментном уровне, вносят раствор мутагена в буферном (например, фосфорном) растворе с pH 5,5—6,0 и выдерживают при комнатной температуре 3—24 сут. Затем добавляют концентрированный раствор щелочи и доводят pH до 8—9, в результате чего нитрозометилмочевина разлагается с образованием газа диазометана, который улетучивается, суспензия освобождается от мутагена. Для увеличения численности возникших мутантных форм обработанный ил помещают в питательную среду на 18 ч с аэрацией или без нее (в зависимости от того, какие формы являются более активными при разложении тех или иных загрязнений). После этого мутированный активный ил подают на очистные сооружения, присоединяя к имеющемуся там активному илу (в соотношении 1 1000). Возникающие при этом мутации с высокой ферментативной активностью на несколько месяцев увеличивают окислительную мощность очистных сооружений и глубину очистки сточных вод. Так, при очистке сточных вод производства эпоксидных смол степень очистки увеличивается с 68,6 до 95,1 % при очистке сточных вод, содержащих капро-лактам и замасливатель БВ, окислительная мощность аэротенка увеличивается в 1,5—2 раза. [c.38]

Третье важное свойство бактерий и вирусов — сравнительно легкая доступность клеток действию мутагенных факторов. Мутационные наследуемые изменения наблюдаются у микроорганизмов как спонтанно, так и под действием многих химических агентов и лучистой энергии. В основе всех мутаций, несомненно, всегда лежит химическое изменение ДНК. [c.285]

Подобный мутагенный эффект оказывают и другие аналоги НК, например 6-мер-капто- или 6-аминопурин Мутагенное действие 2-аминопурина проявляется на бактериях и бактериофагах, хотя в норме он имеется в цианофагах Будучи аналогом азотистых оснований нуклеиновых кислот, 2-аминопурин (Ал) индуцирует ошибку включения В обоих случаях произошли мутации типа транзиций (см) опшбга.в1 чения. [c.220]

Для того чтобы использовать мутагенез в генетических экспериментах с бактериями, необходимо согласованно провести ряд последовательных этапов работы, а именно 1) определить, какой тип мутанта соответствует цели исследования 2) выбрать наиболее подходящий мутаген для индукции желаемой мутации 3) создать условия для выражения новой мутации 4) произвести обогащение по желаемому мутанту для повышения вероятности его выделения 5) обнаружить новый мутант соответствующими прямыми и непрямыми методами отбора 6) изучить свойства мутанта и 7) картировать локус новой мутации, т. е. определить ее расположение в бактериальном геноме. [c.8]

В самой структуре пуринов и пиримидинов содержатся возможности для неправильных спариваний вследствие таутомерных превращений, кето-енольных и амино-иминных переходов. На рис. 5 изображены неправильные пары, способные образоваться вследствие таутомерии. Правда, статистич. вес таутомерных форм очень низок, но и мутации образуются очень редко, если на ДНК не воздействуют мутагенными агентами. Хорошим подтверждением роли таутомерии оснований в мутагенезе служит след. факт. Если бактерии подпитывать 5-бромурацилом, то этот пиримидин частично включается в ДНК на место тимина. 5-Бромурацил оказывает при этом сильное мутагенное действие на клетки вследствие электроотрицательности брома происходит сильное смещение равновесия в пользу таутомерной (енольной) формы, и это основание начинает гораздо чаще образовывать ошибочную пару с гуанином, чем это делал тимин. Суммарное число мутаций у бактерий под действием этого агента может достигать нескольких процентов на поколение. [c.195]

В популяции бактерий без всякого экспериментального вмешательства регулярно возникают мутации такие мутации называют спонтанными мутациями, а клетки, в которых они возникли, - спонтанными мутантами. Мутагенное действие аналогов оснований ДНК (см. ниже) указывает на возможные причины спонтанных мутаций вероятно, речь идет о слу- [c.441]

В пользу ДНК как генетического фактора свидетельствуют и данные по мутагенному действию горчичного газа и его азотных аналогов (производные иприта). Горчичный газ является, по-видимому, первым химическим фактором, у которого была обнару кена способность вызывать мутации. При изучении процессов инактивации (лишения активности) различных биологических материалов, начиная от чистых ферментных белков и кончая вирусами, бактериями и дрожжами, под действием горчичного газа было установлено, что ДНК гораздо более чувствительна к горчичному газу, чем белок, РНК или другие компоненты клетки. В ряде исследований показано, что горчичный газ вызывает потерю вязкости и отчетливую деполимеризацию ДНК. Была отмечена также способность горчичного газа и его аналогов осаждать протеид ДНК, и найдено, что они взаимодействуют с нуклеопротеидами ДНК в большей мере, чем с другими белками. [c.68]

Одним из основных отличий химического мутагенеза от радиации является специфичность действия химических соединений. Известно много случаев, когда мутагенное для одного организма вещество совершенно не вызывает у другого организма мутаций (В. Н. Никифоров, 1965). Например, уретан, индуцирующий мутации у плодовой мушки, растений и бактерий, совершенно не вызывает их у нейроспоры (Ауэрбах, 1958). Уретан является также канцерогенным для мышей и крыс, но не вызывает опухолей легких у кроликов и морских свинок (Роджерс, 1957) 5-бромдезоксиуридин способен вызвать у бактерии только точечные мутации, а в культуре клеток человека — разрывы хромосом (В. Г. Никифоров, 1965). [c.302]

Впервые способность делать ошибки была обнаружена при таких обстоятельствах. Оказалось, что, если фаг введен в клетки, предварительно обработанные УФ-светом, репарация поврежденной фаговой ДНК сопровождается индукцией мутаций. Это позволило предположить, что УФ-облучение клетки-хозяина способствовало активации какого-то белка (белков), который не функционировал в необлученных клетках и активность которого в процессе репарации порождает мутации. Мутагенный эффект имеет место также и для ДНК бактерии-хозяина. [c.440]

Перед обработкой мутагенами группы ШС целесообразно изучить рост данной бактерии в средах с возрастающей концентрацией мутагена. Для эксперимента по мутагенезу следует выбрать такую концентрацию, при которой культура еще может медленно расти (время генерации приблизительно вдвое превышает нормальное) в этом случае наблюдается оптимальная корреляция между торможением роста и мутагенной активностью. Это предшествующее опыту определение важно при изучении бактерий с различной степенью дефектности рекомбинационной и репарационной систем, так как они могут быть слишком чувствительны к мутагену. Соединения рассматриваемой группы могут усилить индукцию мутаций светом, поэтому, если поставлена цель — получить мутации только сдвига рамки, опыты следует проводить в темноте. [c.22]

Бактерии могут выжить, имея лишь единственную хромосому в этом смысле они гаплоидные организмы. Однако динамика их деления и репликации хромосомы такова, что почти при любых условиях роста среднестатистическая бактериальная клетка содержит от полутора до двух полных хромосом. Поэтому в культурах, высеянных сразу же после обработки мутагеном, возникшие мутации с потенциально рецессивным фенотипом (например, связанные с ферментативной функцией) могут маскироваться присутствием неизмененной хромосомы в тех клонах, в которых последняя имеется. В связи с этим целесообразно дать культуре, обработанной мутагеном, расти в течение определенного периода времени и тем самым исключить возможность одновременного присутствия в одной клетке хромосомы, содержащей новую мутацию, и прежней хромосомы. Длительность этого периода зависит как от времени деления той или иной бактерии при росте в данных условиях, так и от специфики роста. Для видов или штаммов, клетки которых при росте образуют цепочки или гроздья (например, бациллы, стрептококки, стафилококки), этот период больше, чем для штаммов, растущих в виде одиночных клеток. При излишнем затягивании выращивания мутантные клетки сами начинают делиться, и тогда в одной клетке может присутствовать несколько копий одной мутации. Если хотят получить ряд независимых мутантов одного типа, то лучше всего еще во время индукции мутаций мутагеном или сразу же после нее поделить культуру на порции и затем из каждой порции отбирать после периода выращивания только по одному мутанту. Как было отмечено ранее в описании методов мутагенеза, если время обработки мутагеном достаточно велико, то выращивание проводят одновременно с индукцией мутагеном, тем самым устраняя необходимость в проведении дальнейшего выращивания. [c.26]

Обычно возникновение мутаций, даже в том случае, когда их вызывают сильными мутагенами, — относительно редкое событие. В популяциях бактерий частота му- [c.26]

Большинство химических канцерогенов являются мутагенами. Для выявления мутационной активности разработано множество тестов. Во всех случаях было показано, что при обработке бактерий конечными канцерогенами происходит целый ряд мутаций, в том числе транзиции и трансверсии (см. гл. 38 и 40). Предполагалось, что именно они и служат причиной развития опухолей. В настоящее время получены экспериментальные подтверждения этой гипотезы (см. ниже Онкогены ), [c.355]

Мутации бактерий и вирусов вызываются в эксперименте искусственно с помощью облучения ультрафиолетовым светом или рептгеповскими лучами, а также действием специальных веществ — мутагенов. В основе мутаций лежит всегда химическое изменение ДНК в том или ином цистроне. Это несомненно сейчас для всех типов мутагенеза. Мутагенез под действием лучистой энергии связан, по всей вероятности, с образованием свободных радикалов непосредственно в клетке и атакой этими радикалами ДНК или образованием возбужденных атомов в ДНК. [c.290]

В 1914 г. В. Генри обнаружил среди выживших после облучения ультрафиолетовым светом бактерий большое количество, как он считал, наследственных вариантов, отличающихся от нормального типа по таким свойствам, как морфология колоний и патогенность. Из этого наблюдения Генри заключил (за 13 лет до того, как Мёллер доказал мутагенное действие рентгеновских лучей на плодовую мушку), что ультрафиолетовые лучи мутагенны для бактерий. Однако доказательство этого утверждения пришло лишь много лет спустя с расцветом в сороковых годах генетики бактерий, когда Демерец показал, что среди 10 клеток Е. соИ штамма Топ (чувствительного к фагу Т1), выживших после облучения определенной дозой ультрафиолетовых лучей, доля мутантов Топ более чем в тысячу раз превышает спонтанный уровень этих мутантов среди необлученных бактерий. Вскоре ультрафиолет стал одним из наиболее широко распространенных мутагенов, используемых для получения мутантов бактерий. Многие мутанты, которые упоминались в предыдущих главах, были отобраны среди клеток, выживших после облучения ультрафиолетом немутантного родительского штамма. Так, например, были получены использованные в опытах по конъюгации (гл. X) Hir- и Р -штам-мы Жакоба и Вольмана с множественными мутациями, а также мутанты Тгр Яновского, использованные для изучения тонкой генетической структуры генов trp (гл. XIV). Однако, хотя молекулярный механизм спонтанных мутаций, а также мутаций, индуцированных аналогами оснований и акридиновыми красителями, к 1960 г. был достаточно хорошо изучен (см. гл. XIII), выяснение механизма мутаций, вызванных ультрафиолетом — исторически первым и долгое время наиболее широко распространенным бактериальным мутагеном, — задержалось до тех пор, пока не был выяснен механизм репараций. [c.381]

Как можно распознать мутагенное соединение Очень ценный метод, основанный на использовании тест-штаммов бактерий, предложили Амес и сотрудники, использовавшие мутанты Salmonella, не способные синтезировать собственный гистидин, но способные расти, когда мутагенный агент вызывает обратную мутацию. Мутации одного такого [c.293]

Мутационный переход от ауксотрофов к прототрофам исследовать легче, чем обратный переход, так как можно высеивать большие популяции ауксотрофных родителей на минимальной среде, а прорастать в колонии будут только прототрофы. Witkin [9] наблюдала, что мутации такого типа, вызванные ультрафиолетовыми лучами, возникали со значительно большим выходом, в том случае, если для бактерий непосредственно после облучения были доступны аминокислоты, по сравнению с посевом на минимальной среде. Kada [е] удалось глубже проникнуть в сущность этого явления при использовании штамма Е. соИ требующего для роста тирозин, метионин, урацил и тимин. Он исследовал индуцирование мутаций, приводящих к способности синтезировать тирозин, и оценил относительную значимость активного синтеза белка, РН1< и ДНК после облучения путем исключения или снабжения метионином, урацилом и тимином соответственно. Было обнаружено значительное различие в мутагенном действии ультрафиолетовых и рентгеновских лучей с ультрафиолетовыми лучами выход мутаций после определенной дозы заметно уменьшался, если ингибировался синтез белка или РНК, а на выходе рентгеновских мутаций наличие или отсутствие любого из веществ, необходимых для роста родительского ауксотрофного штамма, никак не сказывалось. [c.150]

Единообразие в строении генетич. материала у различных видов живых организмов позволяет предполагать универсальность действия химич. мутагенов. Так, этиленимин, диалкилсульфаты, этилметансуль-фонат индуцируют мутации у насекомых, высших растений, сумчатых и несовершенных грибов, акти-номицетов, бактерий, фагов. С другой стороны, перекись водорода и диазометан вызывают мутации у сумчатых грибов и бактерий, но не эффективны на расстояниях. Полученные различия вызваны, по-видимому, неодинаковой способностью мутагенов проникать в клетки различных организмов и различиями в метаболизме мутагенов. [c.327]

Для нормального функционирования аппарата исправления ошибок, связанных с включением неправильных нуклеотидов, необходимо располагать механизмом, позволяющим отличать новосинтезированную цепь ДНК от родительской матричной цепи. В противном случае с вероятностью 1/2 будет происходить исправление нуклеотида в родительской цепи, приводящее к закреплению потенциально мутагенной ошибки, допущенной ДНК-полимеразой. Вероятно, для установления различий между родительской и дочерней цепями ДНК в Е. соИ используется метилирование аденина в последовательности GAT . Эта палиндром-ная последовательность обычно метилирована в обеих цепях родительской ДНК. При полуконсервативной репликации метилированной ДНК образуется дочерняя ДНК, в которой одна цепь, пришедшая от родительской ДНК, метилирована, а новообразованная цепь в течение некоторого времени после выхода из области репликативной вилки остается неметилированной. Следует заметить, что метилирование новообразованной цепи ДНК осуществляется ферментом, отличным от метилаз, входящих в систему рестрикции—модификации, обсуждавшуюся в гл. 9. Бактерии dam , дефектные по метилированию аденина в результате нарушения синтеза соответствующей метилазы характеризуются повышенной частотой спонтанных мутаций, что подтверждает гипотезу об участии метилазы dam в системе исправления ошибок репликации. [c.123]

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]

В. вызывает мутации у бактерий и снижает плодовитость мышей без ущерба для здоровья потомства (Fabri ant). John не обнаружила влияния В. на потомство мышей, крыс и кроликов при уровнях воздействия В., достаточных для интоксикации матерей. Согласно [52], В. является мутагеном и канцерогеном для крыс, мышей и хомяков, [c.79]

Отдаленные последствия. Введение 0,03—0,2 мг на 3 день инкубации вызывает у цыплят в ряде случаев аномалии скелета (Stoll et al.). Слабый мутаген вызывает мутации у бактерий и дрозофил. При в/б введении вызывает у мышей лейкемию и ретикулосаркомы средостения (Juhasz et al.). Вызывает образование [c.85]

Наоборот, рекомбинанты к дикому типу будут превосходно жить на К12. Подсчет рекомбинантов ведется на нулевом фоне (в принципе) благодаря тому, что оба родительских фага — мутанты гП, отсюда и прекрасная чувствительность метода. Можно измерить число рекомбинантов, даже если вероятность события 10 . Собственно говоря, предел чувствительности ставится спонтанными ревертантами — возвратными мутациями к дикому типу. Из изученных Бензером свыше 3000 различных мутантов типа гП некоторая часть оказалась непригодной для рекомбинационных экспериментов из-за высокого уровня шумов (большого количества сионтанных ревертантов), одпако большинство мутаций, полученных облучением, действием химических мутагенов пли спонтанно, оказалось вполне стабильно. Эти мутации в количестве примерно 2000 и были расположены на генетической карте в линейной последовательности. Подробное изучение тонкой структуры генетического вещества обнаружило ряд важных обстоятельств. Вся область гП имеет длину в 8 единиц и распадается в а две функциональные области А и В. Бензер назвал их цистронами на основании того, что их можно различить с помощью is—trans-теста. Если инфицировать бактерию К12 двумя мутантами фага, из которых один поврежден в области А, второй поврежден в области В (оба являются гП-мутантамп), то вместе они способны развиваться на клетках К12. [c.377]

Второе, подобное же по действию мутагенное вещество — 2-аминоиурин (АП) — также включается в ДНК бактерий вместо аденина. Как и аденин, АП дает две водородные связи с тимином. Однако АП может образовать одну водородную связь с цитозином. Последнее происходит без таутомерного превращения и, по-видимому, весьма часто, так как АП является весьма активным мутагеном, хотя включается в ДНК в очень малых количествах. Механизм образования точечных мутаций в данном случае тот же, то и в предыдущем.Происходит ошибка в копировании и замена одной пары оснований, причем почти одинаково легко процесс идет в обе стороны, иначе говоря реверсии происходят так же легко, как прямые мутации. [c.397]

То обстоятельство, что в макромолекуле ДНК существуют точки, атакуемые с разной вероятностью, не вызывает удивления. Здесь может сказаться различная плотность расположения водородных связей в зависимости от природы соседних звеньев, а также различная прочность химических связей, вызываемая электронным влиянием я-электронов соседних оснований. Вполне можно себе представить, что определенные сочетания соседних звеньев являются слабыми местами, куда направляется атака химических мутагенов, в частности и тех эндогенных химических веществ, которые производят спонтанные мутации. Существование горячих точек на генетической карте не является привилегией только бактерий и вирусов. Фактически генетика высших организмов давно сталкивалась с этим явлением. Известны необычайно высокие вероятности мутации некоторых генов кукурузы (вероятность спонтанных мутаций достигала 0,1% вместо обычных 10 % на поколение). Известны также многочисленные случаи неустойчивых , легко ревертировавших мутаций с необычайно лржюкой вероятностью реверсии, доходившей до 1 % на поколение, изучение горячих точек и их специфичности к действию му-гёнов дает надежду овладеть в будущем процессом направленного -мутагенеза, т. е. сознательным управлением изменчивостью организмов. При этом сами по себе мутации сохранят характер статистического явления, которое можно рассматривать в принципе лишь с помощью понятий теории вероятностей. [c.409]

Если обмен веществ, или его нарушения, в развивающихся культурах микроорганизмов могут иметь следствием синтез мутагенов, то нельзя исключить и вероятность ноявления, в силу сходных причин, антимутагз-пов, т. е. веществ, препятствующих индукции или реализации мутаций. Показано, нанример (Novi k, 1955), что некоторые пуриновые основания заметно снижали мутагенное действие кофеина, а равно уменьшали почти на одну треть относительное число спонтанных мутаций у бактерий. Конечный эффект может, таким образом, зависеть от наличия и относительной скорости синтезов мутагенов и антимутагенов. [c.71]

Канцерогенными оказываются совершенно различные химические вещества, если их скармливать экспериментальным животным или многократно наносить им на кожу. Некоторые из них действуют на клетки-мишени в своей исходной форме, но многим для этого необходимо превратиться в более активную форму - чаще всего это происходит под действием внутриклеточной системы ферментов, известных как цитохром-Р-450-оксидазы. Эти ферменты в норме превращают попадающие в организм яды и жирорастворимые ксенобиотики в безвредные и легко экскретируемые соединения. Однако окисление этой системой определенных вешеств приводит к образованию продуктов, являюшихся прямыми канцерогенами (рис. 21-6). Хотя известные на сегодняшний день химические канцерогены весьма разнообразны, большинство из них имеет по крайней мере одно общее свойство - способность вызывать мутации. Мутагенность может быть продемонстрирована различными методами, один из наиболее общепринятых - это тест Эймса, при проведении которого канцероген смешивается с экстрактом клеток печени крысы (играющим активирующую роль) и добавляется к культуре, специально подобранных ( тестирующих ) бактерий. Частота мутаций в такой бактериальной культуре является мерой мутагенности исследуемого вешества Грис. 21-7). Большинство соединений, обнаружи- [c.450]

Соединение с метильной группой N-мeтил-N -нитpo-N-нитрозогуанидин (НТГ)—один из самых мощных известных в настоящее время мутагенов бактерий. Он вызывает главным образом транзиции типа G —>-АТ, значительно реже — транзиции типа АТ—vG , трансверсии и даже мутации со сдвигом рамки. [c.15]

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]

Смотреть страницы где упоминается термин Мутагены и мутации бактерий: [c.294] [c.152] [c.41] [c.124] [c.220] [c.111] [c.197] [c.973] [c.991] [c.239] [c.320] [c.341] [c.114] [c.71] [c.71] [c.74] [c.318] [c.244] [c.54] [c.355] [c.266]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология