ИНДУЦИРОВАННЫЙ МУТАГЕНЕЗ
Раньше считали, что мутации возникают только под действием внутренних факторов (внутренней среды организма), имеющих место при синтезе ДНК, репродукции хромосом, делении клеток. Ошибки, или «опечатки», в строении генетического материала, казалось бы, не зависели от условий внешней среды. Действительно, первые попытки вызвать мутацию искусственно были безуспешными. Однако уже в 1925 г. Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов наблюдали широкий спектр мутаций у грибов, вызванных воздействием лучами радия.
Широкий интерес у биологов вызвали сообщения Г. Меллера (1927), обнаружившего мутационное действие рентгеновых лучей у дрозофилы. В дальнейшем у нее при облучении стали получать
самые разнообразные мутации, что способствовало изучению строения генетического материала, взаимодействия мутантных генов и др. В начале 30-х годов В. В. Сахаров, М. Е. Лобашов открыли мутагенное действие отдельных химических веществ. И. А. Рапопорт в России и Ш. Ауэрбах в Англии обнаружили химические соединения с сильным мутагенным действием. В ряде работ, начало которых, очевидно, положено С. М. Гершензоном, открывшим мутагенный эффект при включении экзогенной ДНК в геном дрозофилы, показана возможность индуцирования генных и хромосомных мутаций у животных биологическими агентами, среди которых вирусы, бактерии и другие объекты.
Роль репарирующих систем в мутационном процессе. Повреждения в ДНК, возникающие спонтанно или индуцированно, не всегда реализуются в виде мутаций. Часть из них устраняется или исправляется с помощью специальных репарирующих ферментов, содержащихся в клетках. Известно несколько основных механизмов репарации:
1) фоторепарация (фотореактивация). Процесс протекает под влиянием видимого света и фотореактивирующего фермента;
2) репарация в молекуле ДНК путем механизма «вырезание — застройка» (темновая репарация);
3) эксцизионная (пререпликативная) репарация;
4) репарация однонитевых разрывов в ДНК при действии лигаз;
5) пострепликативная, или рекомбинационная, репарация.
Наиболее изучены первые два механизма репарации. Так, механизм фоторепарации заключается в устранении видимым светом димеров тимина, часто возникающих под действием ультрафиолетовых лучей. Это происходит с помощью особого фотореактивирующего фермента. Видимый свет активирует молекулу фермента, она отделяется от димера тимина и разъединяет его на два отдельных тимина. Так восстанавливается нормальная структура ДНК.
Темновая репарация протекает с помощью нескольких ферментов, под действием которых последовательно происходят надрезание, выщепление, расширение бреши, репаративная репликация и сшивание концов молекулы ДНК (рис. 37). Эти два механизма репарации устраняют дефекты в ДНК в основном до стадии репликации.
Изучен механизм удаления (эксцизии) измененных участков ДНК у мутантов с дефектами систем репарации. Это происходит следующим образом (В. А. Ратнер, 1983):
1) при утрате основания. Утрата основания может быть вос полнена по комплементарной матрице либо ферментом инверта- зой, либо путем разрыва дефектной цепи (инцизия), вырезания фрагмента репарационной застройки бреши и замыкания связи;
2) при замене, модификации основания и структурном дефек-
I I I I Mi I I I I I I I I I I I I I I I I I
| 1111111II111 I
I I I I I I I I I I I I I
| Рис. 37. Схема темновой репарации (по В. Н. Сойферу):
я —исходная ДНК; б—поврежденная ДНК; в — репарированная ДНК; /—надрезание; II—вы- щепление; ///—расширение бреши; IV— репаративная репликация; V— сшивание концов
те. Дефект основания и структурный дефект репарируются одинаковыми механизмами: а) одноцепочным разрывом вблизи дефектного фрагмента специфичной эндонуклеа-зой; б) эксцизией дефекта экзонуклеа-зой; в) •застройкой бреши репарационной ДНК-полимеразой и г) замыканием фосфоди-эфирной связи лига-зой.
Поврежденные, например, ультрафиолетовыми лучами молекулы ДНК могут реплицироваться и производить такие же поврежденные участки ДНК. Однако после репликации количество поврежденных участков ДНК уменьшается вследствие замены их фрагментами, взятыми от неповрежденных молекул.
Процесс пострепликативной репарации выражен не только после облучения ультрафиолетовыми лучами, но и после воздействия химическими мутагенами.
Спонтанные и индуцированные мутации фиксируются в клетках в случаях повреждений в системах репарирующих ферментов. Первичные мутационные повреждения систем репарации и связанных с ними систем репликации и рекомбинации, возникшие в результате ошибок ферментов, получили название ошибок репараций. Этот источник составляет существенную долю спонтанных первичных повреждений. Многие мутагены действуют не прямо на ДНК, а через компоненты систем репарации, репликации и рекомбинации (В.А. Ратнер, 1983).
Установлены генетические различия в активности репарирующих систем ферментов, направленных против разрушающего действия мутагенов.
Однократное действие мутагенов может быть зафиксировано в ряде поколений клеток. Такое явление продленного мутагенеза носит название реплицирующей нестабильности. Причинами генетической нестабильности, по мнению Н. П. Дубинина, могут быть структурные мутации хромосом, действие генов-мутаторов и др.
Естественные механизмы защиты живых организмов от действия мутагенных факторов можно усилить искусственно созданными человеком специальными протекторами, или антимутагенами.
Дата добавления: 2015-12-16 | Просмотры: 677 | Нарушение авторских прав
|