Мутагенез мутаций

Рис. 9.15. Пары БУ—А и БУ—Г. тем, что мы не знаем, какой вырожденный кодон находится в данном месте ДНК. Однако определение аминокислотного состава ряда ревертантов амбер-мутантов (т. е. результатов мутаций, приводящих к бессмысленному кодону УАГ) в белке головки фага Т 4 показало, что замены пар оснований в различных локусах цистрона происходят с разными вероятностями [143]. Мутации ЦАА-)-УАА в локусе г II фага Т4 индуцируются ЫНгОН с частотами, меняющимися в 20 раз в зависимости от локуса ДНК [144]. Сходные факты обнаружены при ультрафиолетовой реверсии этих мутаций [145]. Все приведенные выше факты могут объясняться и тем, что вероятности мутаций внутри цистрона зависят от направления репликации гена, близости контрольных, регулирующих элементов и т. д. Однако Кох получил прямые доказательства влияния соседних пар оснований на мутагенез [146].

Механизм этой кооперативности еще совершенно не изучен. Физика спонтанного и химического мутагенеза не развита, ее построение требует детальной расшифровки структуры ДНК-полимеразы и выяснения механизма ее действия. Богатый материал, относящийся к молекулярному механизму мутаций, приведен в обзоре [148] и в монографии [147]. [c.603]

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]

Для перекрестноопыляющихся культур (рожь, кукуруза, гречиха, клевер, люцерна, донник, горчица, тыквенные и др.) обычно важно не выделение отдельных рецессивных мутаций, как для самоопылителей, а общее повышение гетерозиготности сорта-популяции и насыщение его с помощью экспериментального мутагенеза мутациями, которые повышают комбинационную ценность растений и увеличивают гетерозис. [c.115]

М. физические. Мутации при действии физических М. возникают так же, как и при действии М. химических. Вначале возникает первичное повреждение ДНК. Если оно не будет полностью исправлено в результате репарации, то при послед, репликативном синтезе ДНК будут возникать м>тации. Специфика мутагенеза (процесса возникновения мутаций) при действии физ. факторов связана с характером первичных повреждений генома, вызываемых ими. [c.152]

Спонтанные изменения генетической природы организма — продуцента основаны на процессах рекомбинации генетического материала in vivo (амплификация, конъюгация, трансдукция, трансформация и пр.). Для вьщеления из природных популяций высокопродуктивных штаммов микроорганизмов используют методы селекции, т. е. направленного отбора организмов со скачкообразным изменением геномов. Методы слепого многоступенчатого отбора случайных мутаций чрезвычайно длительны и могут занимать целые годы. Для возникновения мутаций интересующий ген должен удвоиться 10 —10 раз. Более эффективен метод искусственного повреждения генома. Таким методом является индуцированный мутагенез, основанный на использовании мутагенного действия ряда химических соединений (гидроксиламин, нит-розамины, азотистая кислота, бромурацил, 2-аминопурин, алки-лирующие агенты и др.), рентгеновских и ультрафиолетовых лучей. Мутагены вызывают замены и делеции оснований в составе ДНК, а также индуцируют мутации, приводящие к сдвигу рамки считывания информации. [c.33]

Внесение специфических изменений в кодирующие последовательности ДНК, приводящих к определенным изменениям в аминокислотных последовательностях, называется направленным мутагенезом. Идентификация аминокислот, замена которых даст желаемый результат, облегчается, если детально известна пространственная структура белка (ее устанавливают с помощью рентгеноструктурного анализа или других аналитических методов). Однако для большинства белков такие данные отсутствуют, поэтому направленный мутагенез - это в значительной мере эмпирическая процедура, основанная на методе проб и ошибок. Каждый белок, кодируемый мутантным геном, нужно протестировать и убедиться в том, что мутация дала желаемый эффект. [c.159]

Этиленимин и его производные являются наиболее мощными химическими мутагенами [17—26]. Изучение мутагенной активности триэтиленмеламина (ТЭМ) на дрозофиле [27—41] показало, что он индуцирует как интра-, так и интергенные мутации тип мутаций тот же, что и для ионизирующей радиации возрастание фрагментации Х-хромосом, хромосомные аберрации. Механизм химического мутагенеза производных этиленимина связан 42— 44] с атакой его молекулой пиримидинового предшественника дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). По сравнению с УФ- и рентгеновским облучением ТЭМ дает максимальное число мутаций на 1000 выживших спор [45, 46]. Комбинированный эффект [c.192]

Помимо описанного выще, для случайного мутагенеза используют и другие методы, например один из вариантов олигонуклеотид-направ-ленного мутагенеза с применением ДНК фага М13. В этом случае затравкой для синтеза ДНК служит смесь олигонуклеотидов, содержащих случайные замены. В результате получают библиотеки клонов, несущих множество мутаций в различных сайтах. Недостаток подходов, при которых в клонированном гене образуется больщое число случайных мутаций, состоит в необходимости тестирования каждого клона для идентификации того, который детерминировал бы синтез нужного белка. Это весьма непростая [c.167]

К настоящему времени накоплен огромный материал по структуре комплексов фермент — субстрат. Роль отдельных групп в отборе субстрата или в каталитическом акте, гипотетически вытекающая из этих структур, сегодня во многих случаях подтверждается сайт-направленным мутагенезом, одним из важнейших методов выявления роли отдельных аминокислотных остатков в функционировании белка (см. 7.11). Это позволяет заменить определенный аминокислотный остаток, предположительно участвующий в узнавании или в каталитическом акте, на любой другой путем создания соответствующей мутации в гене, программирующем исследуемый фермент или апофермент. Сохранение или, наоборот, исчезновение каталитических свойств является доводом в пользу или против роли данного остатка в каталитическом процессе. Однако сегодня установлены структуры ничтожно малой части ферментов и апоферментов и можно думать, что дальнейшее накопление материала по этому вопросу послужит основой для новых интересных обобщений. [c.223]

Индуцированные мутации вызываются мутагенными веществами или излучениями. Особенно ясные результаты получаются при изучении мутагенеза на самых простых объектах — бактериофагах и вирусах. Проще всего оказалось действие азотистой к-ты на Н. к., которое сводится к обычному дезаминированию оснований [c.194]

Есть ли необходимость в создании новых генов Оказывается, да. Мутации происходят часто, но сохраняются очень немногие, и далеко не все они благоприятны. А управляемый мутагенез позволяет обойти эти трудности как по существу мутации, так и по времени ее появления. Еще одним важным достижением биоорганической химии и генной инженерии является химический синтез олигонуклеотидов, практически генов. Первый ген из 150 нуклеотидных пар синтезировал в 1967 г. X. Г. Корана и его сотрудники. Это был гея одной из тРНК. Х.Г. Корана первым осуществил так называемый блочный синтез, когда одна половина блока [c.61]

Такой метод осуществления специфических мутаций в нормальных белках получил название мутагенеза, индуцированного олигонуклеотидами. Он дает возможность получать белки любой желаемой структуры. Кроме того, стоит нам один раз синтезировать всего одну молекулу гена, кодирующего белок, и после этого с помощью микроорганизмов можно получать сам белок сколь угодно долго и в сколь угодных количествах. [c.179]

При индуцированном мутагенезе мутации но генам или локу-сам, определяющим основные диагностические признаки Т. spel-ta, Т. spaero o um и Т. сошрас1пт, по-видимому, происходят независимо от мутаций так называемых малых генов, генов, контролирующих биохимические признаки и от изменений ДНТ и РНК хлоропластов. [c.118]

Свойства любого белка зависят от его конформации, которая в свою очередь определяется аминокислотной последовательностью. Некоторые аминокислоты в полипептидной цепи играют ключевую роль в определении специфичности, термостабильности и других свойств белка, так что замена единственного нуклеотида в гене, кодирующем белок, может привести к включению в него аминокислоты, приводящему к понижению его активности, либо, напротив, к улучшению каких-то его специфических свойств. С развитием технологии рекомбинантных ДНК появилась возможность производить специфические замены в клонированных генах и получать белки, содержащие нужные аминокислоты в заданных сайтах. Такой подход получил название направленного мутагенеза. Как правило, интересующий исследователя ген клонируют в ДНК фага M13. Одноцепочечную форму ДНК этого фага копируют с использованием олигонуклеотидного праймера, синтезированного таким образом, чтобы в ген-мишень был встроен определенный нуклеотид. Затем трансформируют двухцепочечными ДНК M13 клетки Е. соИ. Часть образующихся в клетках фаговьгх частиц несет ген, содержащий нужную мутацию. Такие частицы идентифицируют, встраивают мутантный ген в экспрессирующий вектор, синтезируют белок и определяют его активность. Вносить изменения в клонированные гены можно также с помощью плазмид или ПЦР. Обычно заранее не известно, какую [c.175]

На основании результатов опытов с животными пока еще очень трудно определить опасность потенциально канцерогенного вещества для человека. Еще в большей степени относится это к тератогенезу и мутагенезу. Мутации, т. е. внезапные изменения внутри отдельных генов или целых хромосом в клеточных ядрах, могут быть индуцированы с помощью сильных физических факторов, таких, как гамма-лучи, нейтроны, или химически высокоактивных веществ. Большинство же химических средств защиты растений и искусственных структурооб-разователей почвы в практических условиях почти не [c.183]

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]

Существуют разные способы внесения мутаций В клонированные фрагменты или небольщие геномы, НО мы рассмотрим лищь немногие из них. Во всех случаях успех зависит от двух условий. Во-первых, должна быть хорощо известна структура ИСХОДНОЙ ДНК. Как минимум, необходимо знать подробную карту сайтов рестрикции, но еще лучще, если известна вся последовательность изучаемого фрагмента. Во-вторых, поскольку все методы дают некую смесь продуктов, нужный элемент следует очистить с помощью клонирования, амплифицировать и охарактеризовать. Нри некоторых типах мутагенеза мутации образуются в случайных местах, при других—в определенных сайтах о последних говорят как о сайт-специфических (или сайт-направленных) мутациях. [c.343]

Скрещивание самок без Р-элемента с самцами, несущими Р-элементы, приводит у гибридов к транспозициям Р-элемента, которые наблюдаются только в клетках зародышевого пути. В потомстве таких гибридов обнаруживается достаточно много мутаций, вызванных внедрением элемента. Эги мутации часто приводят к стерильности потомства. Поэтому линии с Р-элементом и без него выглядят как репродуктивно изолированные, по крайней мере частично. Биологическая изоляция играет огромную роль в процессе эволюции. В этом случае она объясняется на молекулярном уровне изоляция линий вызвана активацией транспозиций Р-элемента, присутствующего в одной из них. Механизм активации транспозиций не расшифрован, однако выяснена причина, почему транспозиции Р-элемента ограничены зародышевыми клетками. Оказалось, что только в клетках—предшественниках гамет — осуществляется такой ход сплайсинга транскрипта Р-элемента, который приведет к образованию непрерывной открытой рамки трансляции, кодирующей транспозазу (рис. 120, а). Ограничение транспозиции зародышевыми клетками, по-видимому, имеет определенный смысл, поскольку обеспечивает выживание особей, несущих гаметы, в которых произошли геномные перестройки вследствие транспозиции Р-элемента. Подобный геномный шок , сопровождающийся высокой частотой мутагенеза, может обеспечить большую степень геномной изменчивости, которая послужит материалом для отбора в процессе эволюции. [c.232]

Согласно предположению И. А. Рапопорта (1966), в мутагенезе, вызываемом органическими веществами, обнаруживается определенная закономерность. Она выражается в том, что в каждом гомологическом ряду только один член обладает обычно высокой мутагенной активностью. Как правило, им является первый член ряда. В связи с этим целесообразно при рассмотрении биологической активности этиленимина особое внимание уделить его мутагенной, гонадотропной и эмбриотропной активности. В 1962 г. И. А. Рапопорт проводил исследования по оценке мутагенной активности этиленимина с помощью метода изучения сцепленных с полом мутаций на дрозофиле (на уровне смертельных доз). Автор установил, что этиленимин вызывает усиление указанного эффекта в 270 раз по сравнению с контролем. [c.259]

Полезную информацию о молекулярных механизмах мутагенеза мовет дать анализ мутационных переходов i -> j (где 1 исходный тип нуклеотида, J - тил нуклеотида, возникшего в результате мутации). Анализируется матрица частот мутационных переходов Т(4х4) (где T(l,j) - частота мутационных переходов из нуклеотидов 1-го в нуклеотиды J-ro типа). Пусть k j - число переходов из 1-го в J-й нуклеотид, п - общее число мутаций. Пусть частота мутационного перехода T(l,j)=kjj/n превышает 1/12, ожидаемую при равномерном распределении мутаций по возможным типам переходов. Для оценки неслучайности превышения наблюдаемого числа переходов над ожидаемым используется критерий (1 биномиального распределения Pikjj). [c.95]

Разработанный Ферштом эмпирический подход к изучению термодинамических и кинетических аспектов свертывания белковой цепи с привлечением сайт-направленного мутагенеза позволил автору и сотрудникам проанализировать все этапы формирования трехмерной структуры белка (барназы), не содержащего дисульфидных связей [31-33]. Изучение обратимой денатурации начинается с тщательного визуального анализа трехмерной структуры белка с целью выявления остатков, которые предположительно могут играть важную роль в структурной стабилизации и кинетике свертывания. Следующий этап заключается в модификации потенциально важных для сборки межостаточных взаимодействий путем специальных химических изменений белковых цепей актуальных остатков и сайт-направленного мутагенеза. Завершается этап составлением оптимального набора и его синтеза методами генной инженерии. Далее проводятся термодинамические и кинетические экспериментальные исследования механизма ренатурации (денатурации) нативного белка и мутантов, определения констант равновесия, констант скорости и величин изменений свободной энергии Гиббса стабильных структур, промежуточных и переходных состояний. Найденные значения используются для построения энергетических профилей путей свертывания белковых цепей дикого и мутантного типов. На их основе определяются разностные энергетические диаграммы, которые показывают различия в уровнях энергии всех состояний на пути свертывания белка и мутантов. Реализация описанной процедуры приводит к эмпирическим зависимостям между важными для свертывания белковой цепи взаимодействиями боковых цепей и параметрами, по мысли Фершта, характеризующими кинетику, равновесное состояние и механизм ренатурации [И]. Каждая мутация, которая в [c.87]

Методика олигоггуклеотид-направ-ленного мутагенеза (сайт-спенифи-ческого мутагенеза) была разработана в основном в лаборатории М. Смита как модификация метода спасения маркера . При спасении маркера мутацию в фаговой ДНК устраняют с помоцгью отжига мутантной ДНК с фрагментом комплементарной ДНК дикого типа. Было показано, что, отжигая химически синтезированный олигонуклеотид с фаговой ДНК, можно, напротив. [c.165]

Предположим, что вы клонировали бактериальный ген, экспрессирующийся в Е. соИ, и хотите изменить его активность. Однако в результате применения стандартного метода мутагенеза с использованием ДИК М13 по ряду технических причин лишь небольшая часть клонов приобрела мутантный ген-мишень, а большинство из них содержит интактный ген. Как увеличить долю клонов, содержащих ДНК с нужной мутацией [c.176]

Мутагенез (Mutagenesis) Искусственное введение мутаций с помощью физических или химических агентов. [c.554]

В настоящее время в общедоступных базах данных имеются координаты атомов, полученные методами рентгеноструктурного анализа или ЯМР, для тысяч белков, многие из которых могут служить в качестве биомншеней при разработке новых лекарств. Однако для большинства белков известна лишь аминокислотная последовательность и иногда данные точечного мутагенеза, указывающие на амнинокислоты, важные для связывания определенных лигандов. В последнем случае часто оказывается возможным построение пространственной модели белка-био-мишени, например, по гомологии с белками, для которых известна пространственная структура. Информация же о точечных мутациях, влияющих на связывание лигандов, помогает определить сайт связывания таких лигандов. При наличии гомологии выше 70% моделирование обычно не представляет больших трудностей при гомологии менее 20-40% могут возникать существенные проблемы с точностью модели и рекомендуется применять более усовершенствованные методы, например "метод протягивания нити". Но и при невысокой гомологии часто возможно достаточно неплохое моделирование сайта связывания лигандов (который обычно является более консервативным и для которого "локальная" гомология может оказаться достаточно высокой), а наибольшие ошибки возникают при моделировании петельных областей, как правило, достаточно удаленных от сайта связывания лигандов. [c.73]

Из сказанного можно заключить, что основным регулятором построения белка является ДНК, поскольку она в соответствии со своей структурой синтезирует мРНК, на которой формируется белок. Самые незначительные изменения в структуре ДНК, возникающие в результате спонтанной или индуцированной мутации, неизбежно скажутся на строении мРНК, а матричная (информационная) РНК передаст эти изменения формирующейся на ней цепочке белковой молекулы. Таким образом, выясняется механизм корреляционной связи между изменением (заменой или выпадением) нуклеотидов в составе кодонов или триплетов ДНК и изменениями в структуре белков, а следовательно и в свойствах клетки, в ее наследственности. Изменения в структуре отдельных фрагментов ДНК генов могут происходить в результате различных воздействий внешних факторов— мутагенов (см. Мутации и мутагенез ). Выяснено, что иногда наблюдаются в работе триплетов ошибки . Триплет (кодон) вместо свойственной ему аминокислоты, включает в белковую цепь несвойственную ему аминокислоту, что приводит к изменению свойства белка, а следовательно, и свой- [c.106]

Первая контролируемая модификация белка была проведена в середине 60-х годов Кошландом и Бендером. Для замены гидроксильной группы на сульфгидрильную в активном центре протеазы — субтилизина они применили метод химической мо дификации. Однако, как выяснилось, такой тиолсубтилизин не сохраняет протеазную активность. Вообще говоря, методы химической модификации не только жестки и неспецифичны они плохи еще и тем, что с их помощью невозможно вызвать множественные желаемые изменения, особенно если модифицируемые аминокислотные остатки погружены в глубь третичной структуры белка. Для этого нужна белковая инженерия, основанная на генетической инженерии. Сегодня она осуществляется при помощи двух хорошо освоенных методов (гл. 7). Так, сайт-специфический мутагенез осуществляется следующим образом. Клонируют ген того белка, который интересует исследователя, и встраивают его в подх.одящий генетический носитель. Затем синтезируют олигонуклеотидную затравку с желаемой мутацией, последовательность которой из десяти — пятнадцати нуклеотидов в достаточной степени гомологична определенному участку природного гена и поэтому способна образовывать с ним гибридную структуру. Эта синтетическая затравка используется полимеразами для начала синтеза комплементарной копии вектора, которую затем отделяют от оригинала и используют для контролируемого синтеза мутантного белка. Альтернативный подход основан на расщеплении цепи, удалении подлежащего изменению сайта и замещении его синтетическим аналогом с желаемой последовательностью нуклеотидов. [c.183]

Введение чужеродного гена в клетки организма-продуцента — это отнюдь не единственный генно-инженерный способ конструирования новых штаммов. Иногда оказывается полезным клонирование собственных генов организма. Так, если известно, что определенная ферментативная реакция лимитирует скорость какого-то метаболитического процесса, то введение многих копий соответствующего гена в рекомбинантные плазмиды может ликвидировать это узкое место благодаря образованию большего числа молекул фермента. Главной областью применения самоклонирования , видимо, может стать направленный мутагенез. При обычном методе получения новых штаммов с помощью мутагенеза и отбора действию мутагена подвергается весь геном организма-продуцента. При этом, естественно, не гарантируется, что полезные мутации произойдут именно в интересующих нас генах. Мутируют также и другие гены, и некоторые из таких мутаций неблагоприятно повлияют на жизнеспособность организма-продуцента. Если же провести клонирование нужных генов, то их обработку мутагеном можно провести in vitro, а затем вернуть эти гены в организм, Это гарантирует получение только желаемых мутаций. [c.321]

Мутанты с измененной чувствительностью к эффектору. Мутантов, у которых изменена чувствительность какого-нибудь аллостерического фермента к эффектору, можно также выделять с помощью совершенно иного принципа, а именно как ревертантов к ауксотрофии. При этом поступают следующим образом. Сначала вьщеляют мутантов с дефектом регуляции, ауксотрофных в отношении метаболита, который хотят получить как конечный продукт, накапливающийся в среде. Затем среди этих ауксотрофных мутантов отбирают таких, у которых неспособность к синтезу данного метаболита обусловлена дефектом в аллостерическом ферменте соответствующего пути биосинтеза После этого из полученной мутантной популяции выделяют прототрофных ревертантов, которые не нуждаются в этом конечном продукте, так как сами спо-собнь его синтезировать. Среди ревертантов отбирают тех, которые выделяют нужный продукт в среду. Их можно выявить биоавтографиче-ским методом (разд. 10.2.2) или распознать по росту сателлитных колоний. О таком мутанте, полученном в результате двукратного отбора, можно составить себе следующее представление. У него после первой мутации перестал функционировать каталитический центр одного из аллостерических ферментов. Вторая мутация затронула структуру (конформацию) всей белковой молекулы, в результате чего каталитическая активность фермента восстановилась, но аллостерическая чувствительность оказалась утраченной. Как в этом, так и во многих других случаях для выделения желательного мутанта необходим ряд этапов, включающих мутагенез и отбор. [c.500]

В то время как фенольные соединения собственной пыльцы, будучи свойственны данному виду по своему составу и дозировке, оказывают благоприятное действие на процесс опыления и оплодотворения (а может быть, и антимутагепное действие), фенольные вещ ества чун еродной пыльцы, не свойственные данному виду, могут привести к определенным перестройкам и нарушениям в хромосомном аппарате, что в конечном итоге вызывает наследственные новообразования типа мутаций. Изучение пыльцы некоторых видов растений показало, что каждому из них свойственен свой тип фенольных соедипений, являюш ийся таксономическим показателем (рис. 2). Можно предполагать, что взаимодействие антимутагенных и мутагенных свойств полифенольных соединений собственной и чужеродной пыльцы играет определенную роль в естественном мутагенезе. [c.300]

Другой часто используемый реагент (особенно ценный при исследовании мутагенеза in vitro)— это азотистая кислота, образующаяся в 0,05—1,0 М растворе NaN02 в ацетатном буфере при pH 4—5. Под действием азотистой кислоты, вызывающей окислительное дезаминирование, аденин превращается в гипоксантин, гуанин — в ксантин и цитозин — в урацил. Каждое основание характеризуется способностью спариваться с другим определенным основанием (фиг. 53). Поэтому основания, образовавшиеся при окислительном дезаминировании, ведут себя не так, как исходные основания. В результате после двух циклов репликации исходная пара оснований заменяется другой, т. е. возникает мутация. Под действием азотистой кислоты могут иметь место по крайней мере два таких перехода [c.145]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология