Мутации и рекомбинации у вирусов

Наряду с полными вирионами в процессе репродукции фор­мируются необычные по структуре и функции вирусные части­цы, которые можно объединить в три группы: псевдовирусы, вирусы-мутанты и вирусы-рекомбинанты. Псевдо- и мутантные вирионы возникают в чистых и смешанных культурах вирусов, а рекомбинантные – только в смешанных.

Псевдовирусы представлены вирусными капсидами. Среди псевдовирусов различают:

– псевдовирионы, капсиды которых вместо вирусного генома содержат нуклеиновую кислоту клетки-хозяина.

Типы вирусных мутантов. В репродуктивных циклах вирусов зако­номерно появляются вирусные гибриды-мутанты [лат. mutation, изменение], по структуре и фенотипу отличающиеся от роди­тельского (дикого) типа, но имеющие его генетическую основу, и немутационные гибриды.

Различают спонтанную и индуцированную мутации вирусов.

Индуцированная мутация. Большая часть мутантов получена из популяций дикого типа, обработанных мутагенами, например, азотистой кислотой, гидроксиламином, алкилирующими агентами, ультрафиолетовым облучением.

Появляющиеся мутанты, как правило, являются делеционными (лат. deletion, выпадение), т. е. утрачивающими определенный участок генома родитель­ского вируса. Вирусные частицы с таким дефектным геномом сохраняют свою активность, но для репликации и созревания нуждаются в продуктах вирусного генома родителя – обычно в структурных и неструктурных белках. Такой характер воспроиз­водства вирусов называют негенетическим типом взаимодейст­вия или односторонней комплементацией(дополнением); роди­тельский вирус, стимулирующий репродукцию мутанта, – виру­сом-помощником, а репродуцирующийся с его помощью му­тант – вирусом-сателлитом (спутником).

В соответствии с этим различают 4 класса вирусов-мутантов: 1) вирусы с условно дефектными геномами; 2) ДИ-частицы, т. е. дефектные интерферирующие; 3) интеграционные вирусы с де­фектными геномами; 4) вирусы-сателлиты.

Условно-дефектные вирусы несут мутантные геномы, де­фектные в определенных условиях. Среди них чаще всего встре­чаются температурочувствительные ts- и холодочувствительные tc-мутанты, мутанты по спектру хозяев и мутанты по морфоло­гии бляшек.

У ts-мутантов нуклеотидная последовательность в геноме изменяется таким образом, что образованный ими белковый продукт сохраняет функционально активную конформацию только при пермиссивной [англ. permissive, разрешающий] температуре около 36–38°С, а при более высокой непермиссивной температуре 39–42 о С мутант становится нежизнеспособ­ным и прекращает развитие. Наоборот, tc-мутанты размножают­ся при более высокой, чем оптимальная, пермиссивной для них температуре.

Дефектные интерферирующие вирусы, или ДИ-частицы, представляют собой вирионы, у которых отсутствует некоторая часть геномной РНК или ДНК, но структурные белки остаются такими же, как у родительских вирусов. Репликация ДИ-частиц без родительских вирионов не происходит, но при совместном заражении клеток теми и другими она восстанавливается вследствие использования ген­ных продуктов дикого типа, которых они сами не вырабатыва­ют. Для ДИ-частиц родительский вирус с полно­ценным геномом является вирусом-помощником (хелпером). Название ДИ-частиц обусловлено тем, что утилизируя для своей репликации продукты генов хелпера, они вместе с тем угнетают репродукцию вируса-помощника, что в вирусологии называют интерференцией [лат. inter, взаимно и ferio, подавлять].

Интеграционные вирусы с дефектным геномом – это мутан­ты-типы (или виды) ретровирусов подсемейства онкорнавирусов, содержащие onс-гены [греч. oncoma, опухоль и англ. RNA – РНК], – прежде всего саркомные вирусы-гибриды, которые в процессе эволюции, как предполагают, приобрели клеточные onс-гены. Интегрируя с клеточным геномом, ДНК-транскрипты саркомных вирусов привносят в него onс-гены и, если они попа­дают под действие определенной регуляции клеток, после короткого латентного периода вызывают злокачественное их пе­рерождение.

Вирусы-сателлиты. Так же, как ДИ-частицы, они паразитируют на генных продуктах ви­руссов-помощников и часто интерферируют с ними, как, напри­мер, сателлит вируса некроза табака, полностью зависящий в своей репликации от одновременного заражения клеток табака его инфекционным вирусом-помощником.

Однако вирусы-сателлиты часто используют генные про­дукты неродственных им вирусов-помощников с негомологич­ными геномами.

Генетическое взаимодействие между вирусами. Различают два типа генетического взаимодействия между вирусами: комплементация и рекомбинация.

Комплементацией называют взаимодействие генных продуктов вируса в смешанных вирусных культурах клеток, которое приводит к увеличению выхода одного или обоих вирусов, в то время как их генотип остается неизменным.

Существует два типа комплементации:

1) неаллельная, или межгенная (наиболее типичная), при которой мутанты, дефектные по различным функциям, помогают друг другу в репликации, предоставляя функцию, дефектную у другого вируса;

2) аллельная, или внутригенная (наблюдается намного реже), которая происходит в том случае, если генный продукт, дефектный у обоих партнеров в разных доменах, образует мультимерный белок. Если такой белок состоит из субъединиц одного партнера, то он функционально неактивен, а если из субъединиц обоих партнеров, то он может принять функционально активную конформацию.

Вирус­ной рекомбинацией называют обмен генетическим материалом (отдельных участков и целых генов) между двумя вирусами с разными геномами или же вариантами одного и того же вируса, различающимися некоторыми структурными особенностями их генома. Вирус, в геноме которого при рекомбинациях произошло замещение-добавление определенного участка ДНК, называют вирусом-реципиентом (рекомбинантом).

Биологическое значение рекомбинаций: они не нарушают структуры вирусного генома (в отличие от мута­ций, они не летальны), а обновляют его или устраняют имеющиеся повреждения, обогащают при этом ге­нетический фонд вирусов и вносят существенный вклад в их эволюцию.

Внутримолекулярные рекомбинации у вирусов реализуются механизмом разрыв-воссоеди­нение, а у РНК-вирусов с сегментированным геномом – пере­мешиванием генов.

Среди генетических рекомбинаций ДНК-вирусов выделяют рекомбинации:

1) между двумя дикими типами вирусов с интактными (лат. intactus, нетронутый), т. е. полными, геномами. Рекомбинации между дикими типами могут быть межгенны­ми с передачей генов и внутригенными с обменом отдельных участков гена. При этом образующийся вирус-рекомбинант на­следует свойства обоих типов вирусов;

3) между вариантами мутантов дикого типа вируса. Формирование рекомбинантов происходит на основе мутантов. Также наблюдается реактивация повреж­дений геномов, но так как ее эффективность всецело зависит от количества и тесного кооперативного взаимодействия между рекомбинирующими вирусами, то ее называют не пере­крестной, а множественной реактивацией.

В рекомбинационном процессе между вирусами, имеющими полный сегментированный геном, происходит перетасовка (пе­ресортировка) их фрагментов и образование рекомбинантов, со­держащих родственные, но не свойственные для дикого типа ге­ны, например, гены гемагглютининов и нейраминидаз других сероваров вируса гриппа типа А.

Таким образом, в клетке, зараженной смешанной культурой родственных вирусов с интактными генами, возникают вирусы-рекомбинанты и реассортанты, а при одновременном ее инфи­цировании диким типом с его мутантом или несколькими му­тантами-реактивантами.

Генетического взаимодействия между биологически и эволюционно далекими вирусами в природе не происходит вслед­ствие их высокой специфичности по спектру клеток-хозяев и интерференции, т. е. в естественных условиях из гетерогенных вирусных геномов гибридов не возникает.

Негенетическое взаимодействие вирусов. Негенетические взаимодействия часто приводят к фенотипическому маскированию истинного вирусного генотипа и возникновению немутационных гибридов. К негенетическим взаимодействиям вирусов в частности относят гетерозиготность, фенотипическое смешивание, интерференцию.

Вирусы гетерозиготы (греч. heteros, иной, чужой и zygoo, со­единять) представляют собой вирусные частицы, в состав кото­рых входит не один, а два различных генома вирусов или один полный с некоторой частью второго. Образование гетерозигот сравнительно редкое явление.

Таким образом, немутационные вирусы-гибриды – полноценные вирионы. Подобно виру­сам-мутантам, возникают путем комплементации, а не вследст­вие скрещивания геномов, как рекомбинанты.

Состояния гетерозиготности и транскапсидизации вирусов неустойчивы и быстро исчезают при пассажах.

Биологическое значение немутационных гибридов: значение гетерозигот не выяснено. Транскапсидизация же может обеспечить вирусам-гибридам широкий круг хозяев и преодоле­ние межвидовых барьеров.

Выше была рассмотрена роль бактериофага лишь как переносчика наследственного материала от одной клетки к другой при трансдукции.

Но фаги интересны не только как пассивные переносчики наследственного материала. Сами по себе они так же, как й вирусы высших организмов, является генетическим объектом. Гены вирусов могут претерпевать мутации и рекомбинации, спонтайные и. индуцированные различными воздействиями: ультрафиолетовыми лучами, ионизирующими излучениями и химическими агентами. Мутации могут касаться таких признаков фага, как скорость лизирования бактериальной клетки, способность заражать бактерии определенного штамма, антигенная природа белковой оболочки фага и т. д. Эти мутантные свойства фагов могут сохраняться длительно е время при их размножении.

При заражении клетки вирулентным фагом биосинтез клетки, находившейся под контролем генома хозяина, останавливается: синтез ДНК бактерии полностью прекращается, происходит обновление РНК и соответственно синтезируются новые белки для построения фаговых частиц. Вновь синтезируемые молекулы ДНК, РНК и белка на этом этапе осуществляются под контролем ДНК фага. При этом если геном бактерии не способен синтезировать какую-либо аминокислоту, а геном фага обладает такой возможностью, то геном фага может обеспечить ее синтез. Геном фага настраивает биосинтез на свой лад. В данном случае мы вправе говорить о генетическом паразитизме.

Фаговая ДНК сначала в клетке размножается и находится в виде отдельных нитей (вегетативный фаг). В это же время гены фага контролируют формирование соответствующей белковой оболочки и части зрелой частицы. ДНК зрелых фаговых частиц в клетке хозяина не воспроизводит себя.

Примером генетического анализа фага может служить следующий опыт. Существуют фаги (r) с мутантным фактором, обусловливающим появление на культуре Escherichia coli больших светлых пятен (зон лизиса или подавления роста бактерий), и фаги с мутантным фактором (m), которые обусловливают появление мелких зон лизиса. Культуру кишечной палочки заражали одновременно двумя мутантными штаммами фагов r — m + и г + m — . При такой смешанной инфекции, когда с большой вероятностью все клетки были инфицированы указанными двумя генотипами фагов, появлялись четыре типа пятен: большие светлые, маленькие темные, маленькие светлые и большие темные. Первые два соответствовали исходным мутантным частицам фагов r — m + и г + m — , а два последних, очевидно, имели новое сочетание генов: r — m — и г + m + . Они могли возникнуть лишь в результате рекомбинации генов двух исходных штаммов фага, произошедшей в бактериальной клетке.

Картирование генов по трем точкам, примененное Т. Морганом для дрозофилы, было использовано и для составления генетической карты у фага Т₄. Так, в таблице показано сцепление генов в гибридном скрещивании и рекомбинация у фага Т₄, а на рисунке — генетическая карта этого фага.

Сцепление генов при тригибридном скрещивании и рекомбинация у фага T4

Картирование по трем точкам у фага Т4 — генам m, r, tu

Равенство реципрокных комбинаций может быть достигнуто только при исследовании большого числа зараженных разных бактерий одним и тем же штаммом фага.

Одной из гипотез, объясняющих рекомбинацию у фагов, является гипотеза copy-choice, или partial-replica. Смысл этой гипотезы заключается в том, что при репликации по оси матрицы ДНК происходит смена матриц с одной нити ДНК на другую. Сначала репликация идет по одной матрице, но вследствие повреждения участка на пути репликации данной матрицы дальнейшая репликация молекулы ДНК может идти по другой ДНК — неповрежденной. Подтверждением этой гипотезы служит тот факт, что под влиянием мутагенов частота рекомбинаций у фагов повышается.

В объяснении процесса рекомбинации фагов с точки зрения указанной гипотезы много трудностей, хотя самое явление рекомбинации наследственных фагов не вызывает сомнения.

Генетика вирусов приобретает сейчас исключительно важное значение для изучения роли нуклеиновых кислот в синтезе белка, а также для познания химических основ наследственности.

Генетические исследования на микроорганизмах и вирусах раскрыли новый мир явлений и огромные перспективы в деле управления наследственной природой организмов. Такие явления, как трансформация, трансдукция, половой процесс у бактерий, мутации рекомбинации у вирусов, значительно расширили наши представления о материальных носителях наследственности и многообразии механизмов их передачи. Благодаря этим явлениям установлено, что:

1) ДНК участвует в передаче наследственной информации при клеточном делении;

2) процессы мутаций и рекомбинаций, установленные ранее для высших организмов, являются общими и для микроорганизмов;

3) у эукариотов процесс рекомбинации, как правило, является Реципрокным; он осуществляется при половом размножении в мейозе путем внутрихромосомной рекомбинации, а при вегетативном размножении — путем митотической рекомбинации в митотическом цикле;

4) у прокариотов (например, фаговых частиц) процесс рекомбинации в силу особого их размножения, как правило, нереципрокный; у микроорганизмов часто наблюдается односторонний и частичный обмен генетическим материалом.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

У вирусов роль хромосом выполняет нить нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), у одних она цельная, у других (грипп, рео- ареновирус) – фрагментированная. Отдель­ные участки нуклеиновой кислоты, ответственные (детерминирующие) за синтез определенного белка, получили название генов. Простейшие из известных вирусов содержат от трех до пяти генов (например, ДНК-содержащий вирус полиомы; у пикорнавирусов 6—8 генов). Однако у более сложного вируса (например, крупного бактериофага Т4) более 30 генов контролируют синтез белков оболочки и не менее 15 — синтез нуклеотидных предшественников; для размножения этого фага тре­буется участие примерно сотни генов.

Ген не является неделимым. У него имеются более мелкие участки (мутоны, реконы), несущие определенные функции. Как известно, ген является носителем одновременно трех свойств:

1) контролирует тот или иной признак организма (функция),

2) обменивается в скрещиваниях (рекомбинация) и

3) изменяется (мутация).

Понятие цистрон соответствует понятию ген - единице функции, т. е. соответствует инфор­мации об одном белке.

Синтез ферментов у вирусов закодирован в генах. Любой фермент (белок) может синтезироваться только в том слу­чае, если в нуклеиновой кислоте имеется соответствующий ген, кодирующий синтез данного фермента. Последовательность работы цистронов определяется индукцией или репрессией.

Под геномом вируса понимают совокупность всех генов данного вируса. У од­них вирусов геном образован одной молекулой нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), у других — несколькими молекулами (вирусы гриппа, рео- и аренавирусы).

Фенотип — это совокупность всех внешних и внутренних признаков и функции данного вируса. Генотип же определяется только структурой наследственного материала — ДНК или РНК, т. е. последовательностью нуй-леотидов в их молекулах или кодом белкового синтеза. Фенотип вируса не является его постоянным свойством. Генотип же — это постоянное свойство вируса, и меняется он в результате мутаций, происходящих в-геноме. Мутационные измене­ния в геноме вируса влекут за собой и изменения его фенотипа.

У многих вирусов молекулярная масса синтезирующихся белков превышает теоретически рассчитанную. Этот феномен объясняется наличием у вирусов механизмов, позволяющих получить развернутую информацию при максимальной экономии генетического материала; подобные механизмы выработаны в процессе эволюции вирусов как генетических паразитов.

Способами увеличения информации являются:

1) двукратное считывание одной и той же иРНК, но с другого иницирующено кодона;

2) сдвиг рамки трансляции;

Трансляция может происходить без сдвига рамки и со сдвигом ее. Генетический код является триплетным, это означает, что три нуклеотида, составляющих триплет или кодон, кодируют одну аминокислоту. В том случае, если триплеты сохранены и генетический код не изменился, при трансляции с двух разных инициирующих кодонов будут синтезироваться полипептиды, представляющие собой укороченный участок первого полипептида (трансляция без сдвига рамки).

В том случае, если произошел сдвиг на один или два нуклеотида, меняется смысл всех кодонов (триплетов), стоящих за местом сдвига. В этом случае одна молекула иРНК может транслироваться с образованием двух уникальных белков, т.е. таких, у которых нет идентичных аминокислотных последовательностей.

Таким образом, общее число триплетов в составе молекулы нуклеиновой кислоты может быть меньше суммы числа триплетов, входящих в состав всех генов. Более точные представления о числе генов можно получить путем биохимического и генетического анализов.

5) сплайсинг со сдвигом рамки широко распространен у ряда вирусов. В результате сплайсинга и сдвига рамки иРНК генов транслируются с образованием двух белков

Одним из способов экономии генетического материала является нарезание полипептида - предшественника на участки разной длины, в результате чего образуются разные полипептиды с перекрывающимся аминокислотными последовательностями.

4)транскрипция с перекрывающихся областей ДНК и и др.

Наследственность у вирусов

Наследственность — это свойство организмов обеспечивать материальную и функциональную преемственность между поколениями, а также обусловливать спе­цифический характер индивидуального развития. Изменчивость — свойство, про­тивоположное наследственности. Изменчивость вирусов может быть обусловлена мутацией генов.

Мутации у вирусов

В основе наследственного изме­нения свойств вирусов могут лежать два процесса:

1) мутация, т. е. изменение последовательности нуклеотидов в определенном участке генома вируса, ведущее к фенотипически выраженному изменению свойства, и

2) рекомбинация, т. е. обмен генетическим материалом меж­ду двумя близкими, но отличающимися по наследственным свойствам вирусами.

Мутация — изменчивость, связанная с изменением самих генов. Она может иметь прерывистый, скачкообразный характер и приводит к стойким изменениям наследственных свойств вирусов.

Все мутации вирусов делятся на две группы:

По протяженности их делят на:

-аберрационные (изменения, затрагивающие значительный участок генома).

Точечные мутации обусловлены заменой одного нуклеотида (для РНК-содержащих виру­сов) или одной пары комплементарных нуклеотидов (для ДНК-содержащих вирусов). Такие мутации могут иногда ревертировать с восстановлением исходной структуры генома.

Однако мутационные изменения способны захватывать и более крупные участки молекул нуклеиновых кислот, т. е. несколько нуклео­тидов. В этом случае тоже могут происходить выпадения, вставки и перемещения (транслокации) целых участков и даже повороты участ­ков на 180° (так называемые инверсии). Это будут уже более крупные перестройки в структуре нуклеиновых кислот, а следовательно, и нарушения генетической информации.

Следует отметить, что не всегда точечные мутации реализуются. Имеется ряд причин, в силу которых такие мутации могут не проявляться. Одна из них — вырожденность генетического кода. Как уже указывалось, код белкового синтеза вырожден, т, е. некоторые аминокислоты могут кодироваться несколь­кими триплетами (кодонами). Например, аминокислота лейцин может кодироваться шестью триплетами. Вот почему если в молекуле РНК вследствие каких-то воздействий произошла замена триплета ЦУУ на ЦУЦ, ЦУА на ЦУГ, то в молекуле синтезируемого белка все равно включится аминокислота лейцин. Поэтому ни структура белка, ни его биологические свойства не нарушатся.

Другое дело, когда какая-то аминокислота кодируется всего одни триплетом, например, синтез триптофана кодируется только одним триплетом УГГ и замены, т. е. синонима, не имеет. В этом случае в белок включается какая-нибудь иная аминокислота, что может привести к появлению мутантного признака.

Как спонтанные, так и индуцированные мутации делят также на прямые и обратные (реверсии). Прямые мутации меняют фенотип, а обратные его восстанавливают.

Спонтанные мутации

Спонтанные мутации у виру­сов возникают в популяции без искусственного вмешательства со стороны экспериментатора. Не может быть абсолютно однородных популяций. Однородность относительна, поэтому в вирусной популя­ции в процессе ее развития спонтанные мутанты возникают с опреде­ленной вероятностью.

Частота мутаций одного и того же признака может быть различной в зависимости от штамма. Так, частота мутаций по признаку rсt 40° у штамма W-Fox вируса полиомиелита составляла 2,4´10 -5 , тогда как у штамма.Ch-AT она была на порядок ниже — 2,0´10 -6 .

Каковы причины и механизмы возникновения спонтанных мутаций? По мнению Уотсона и Крика, спонтанные мутации могут возни­кать вследствие таутомерного (таутомерия – один из видов изомерии, при которой изомеры легко переходят друг в друга) превращения оснований, входящих в состав ДНК. Так, например, таутомерный сдвиг в положении атома водорода у аденина приводит к тому, что аденин при репликации спари­вается не с тимином, а с гуанином. Такая ошибка при спаривании осно­ваний приводит при последующих репликациях к замене пары AT и ГЦ.

Изучение мутационной изменчивости того или иного вируса состоит в определении физико-химических и биологических свойств мутанта. (вирулентностью, реактогенностью, иммуногенностью, способность репродукции в той или иной системе, термо-резистентность, гемагглютинирующие, гемолизирующие и другие свойства).

Мутации у вирусов могут возникать и в результате адаптации их к необычным биологическим системам in vitro (культуры клеток) и in vivo (животные, куриные эмбрионы).

Мутации при пассажах на животных. Стабильные высокоиммуногенные штаммы вирусов получают методом длительной адаптации к лабораторным, естественно-восприимчивым или невосприимчивым животным. Так, был по­лучен вакцинный штамм (virus fixe) бешенства.

При адаптации вирусов к естественно-невосприимчивым видам животных или к гетерогенным тканям экспериментально-восприимчивых животных решающее зна­чение имеют вид и возраст животного, способ введения вируса и его свойства, а также свойства штамма.

Для успеха адаптации вирусов к организму лабораторных животных сущест­венное значение имеет ослабление резистентное их путем воздействия кортизоном, температурой, облучением g-лучами и т. п.

Мутации при пассажах в культурах клеток. В культурах клеток и тканей успешно выращиваются и аттенуируются многие вирусы.

Причины возникновения мутаций в процессе адаптации. Изменение свойств вируса в процессе пассажей происходит ступенчато. В первых пассажах обнаруживают главным образом вирионы, изменившие ка­кой-либо один генетический признак; с увеличением пассажей в попу­ляции выявляют вирионы, изменившие два и более генетических признака; по мере пассирования количество таких частиц постоянно возрастает, и в дальнейшем у подавляющего большинства вирусных частиц наблюдают изменение многих генетических признаков.

В основе механизма наследственной изменчивости вирусной популяции при пассажах лежат два процесса: мутация и селекция, причем и в том, и в другом процессе важную роль играет внешняя среда, являющаяся одновременно индуктором мутации и се­лективным фактором.

Если гетерогенную вирусную популяцию, имеющую в своем составе измененные и исходные вирусные частицы, культивировать в обычных условиях, то это приводит к ее реверсии.

Наконец, накопилось большое число фактов об изменчивости вируса, вызываемой хозяином (host-controlled variation). Эти измене­ния заключаются в том, что клетка влияет на характер синтезирующих в ней компонентов вируса. Такие модификации не затрагивают нуклеотидную последовательность вирусного генома.

Таким образом, клетка хозяина может существенно влиять на фенотип вируса или блокировать (частично или полностью) его репро­дукцию.

Индуцированные мутации

Возникают при действии на вирус (на его вегетатив­ную или покоящуюся форму) различными химическими и физическими мутагенами, а также в процессе адаптации его к необычным биологическим системам (при адап­тационной изменчивости).

Применение искусственных мутагенов имеет два преимущества. Во-первых, они вызывают мутации в десятки и сотни раз эффективнее, чем природные факторы, и, во-вторых, действие некоторых искусственных мутагенов имеет известную напра­вленность, что позволяет заранее предвидеть, на какие элементы структуры нуклеи­новых кислот и каким образом действует тот или иной мутаген и какие изменения в них вызовет.

Химические мутагены. Предложено разделить мутагены на две основные группы:

1) мутагены, реагирующие с нуклеиновой кислотой только во время ее репликации (аналоги пуриновых и пиримидиновых оснований);

2) мутагены вступающие в реакцию с покоящейся молекулой нуклеиновой кислоты, но требующие для формирования мутаций последующих ее репликаций (азотистая кислота, гидроксиламин, алкилирующие соединения).

В последние годы синтезирован и изучен целый ряд химических соединений — супермутагенов (нитрозопроизводных мочевины — нитрозогуанидин и его производ­ные)

Молекулярные механизмы мутагенного действия химических соединений. В основе молекулярных изменений вирусной нуклеиновой кислоты, приводящих к мутации, лежат два основных процесса за­мена основания и выпадение или вставка основания. Различает два типа за­мены оснований, входящих в состав вирусной нуклеиновой кислоты: простую (транзиция) и сложную (трансверсия). При простой замене на место одного пуринового основания встает другое (например, вместо аденина — гуанин) или вместо одного пиримидинового основания — другое пиримидиновое основание (вместо цитозина — урацил).

При сложной замене — трансверсии вместо пуринового основания появляется пиримидиновое или пиримидиновое основание заменяется пуриновым.

Другой процесс — выпадение (делеция) или вставка оснований— ведет к более глубоким изменениям генетического кода, чем простая - замена оснований. Мутационные повреждения в одном участке генома нередко приводят к изме­нению нескольких генетических признаков, имеющих различное фенотипическое проявление (плейотропия).

Мутагенное действие аналогов азотистых оснований (5-бромурацила, 5-фторурацила, 5-йодурацила, 2-аминопурина, 2,6-диаминопурина). Аналоги основании индуцируют мутации только при воздействии на реплицирующиеся молекулы ДНК и РНК. Из этой группы соединений наиболее хорошо изучены 5-бромурацил и 2-аминопурин. Tимин (Т) является урацилом (У), в котором атом водорода (Н) в одной из СН - групп заменен метильной группой (СН₃). Другими словами, тимин — это метилурацил. Однако в урациле этот атом водорода можно заменить и другим атомом, например брома (Вr). В результате такой замены получается новое соединение — бромурацил (БУ), который является аналогом тимина, так как структура основного ядра (кольца) у обоих соединений совершенно одинакова, а различие заключается лишь в одной группе (Вr вместо СН₃).

Мутации, индицируемые алкирующими соединениями. К веществам, под дей­ствием которых основания удаляются из нуклеиновой кислоты, относятся алкирующие соединения — иприт и его аналоги, этиленимин и его аналоги - этилметансульфонат и этилэтансульфонат и др. Они непосредственно взаимодействуют с нуклеи­новыми кислотами, пуринами и главным образом с гуанином, вызывая простые (транзиции) и сложные (трансверсии) замены; из ДНК удаляются пурины (в основ­ном гуанин) и, в зависимости от того, какой нуклеотид встретится напротив бреши при репликации, либо возникает мутация типа замены, либо не возникает ее совсем.

Кроме простых замен (пурин на пурин), алкилирующие агенты способны инду­цировать сложные замены — пурин на пиримидин.

Мутагенное действие гидроксиламина. Гидроксиламин индуцирует мутации по типу образования простых замен оснований в нуклеиновой кислоте, направление которых зависит от типа нуклеиновой кислоты, которую содержит вирус. У ДНК-содержащих вирусов этот мутаген реагирует исключительно с цитозином. При воз­действии на РНК-содержащие вирусы он вступает в реакцию как с цитозином, так и с урацилом, что обусловливает замены цитозина на урацил и наоборот.

Мутагенное действие азотистой кислоты. Среди веществ, химически изменяю­щих основания в покоящейся молекуле нуклеиновой кислоты, наиболее хорошо изучены азотистая кислота и гидроксиламин. Механизм действия азотистой кислоты (HNO₂) как мутагена на нуклеиновые кислоты вирусов заключается в дезаминировании органических оснований, т. е. отщеплении от их молекул аминогруппы (NH₂). В результате действия азотистой кислоты аденин (А) превращается в гипоксантин (Гк), гуанин (Г) — в ксантин (К), а цитозин (Ц) — в урацил (У). Вследствие этой реакции у дезаминированных органических основа­нии возникают новые свойства.

Мутагенное действие повышенной температуры. Влияние повышенной температуры (40—50 °С) обнаружил Фриз в опытах с фагом Т4 и Ю. 3. Гендон при обработке РНК вируса полиомиелита. Температура способ­ствует удалению пуринов (преимущественно гуанина) из ДНК. При репликации такой ДНК напротив бреши, вызванной утратой пурина могут быть включены в реплицирующую нить любые нуклеотиды. Если включится новый тип основания, которого ранее в этом участке не было, может произойти мутация (транзиция или трансверсия).

Мутагенное действие ультрафиолетовых лучей. Действие ультрафиолетовых лучей (УФ) как мутагенов состоит в том, что они взаи­модействуют с молекулами нуклеиновых кислот и поглощаются ими, особенно лучи с длиной волны 260—280 им. Попадая в молекулу нуклеиновой кислоты, они погло­щаются входящими в ее состав органическими основаниями. Оказалось, что тимин (Т), урацил (У) и цитозин-(Ц) более чувствительны к ультрафиолетовым лучам, чем аденин (А) и гуанин (Г). В результате облучения структура указанных пиримидинов изменяется. При облучении УФ-лучами две соседние, молекулы тиминов соединяются друг с другом в пары, образуя так называемые димеры.

Репарации

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.