Мутація вірусів, характеристика мутагенів

МІНІСТЕРСТВОСІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА РФ

ФГТУ ВПО

ОРЛОВСЬКДЕРЖАВНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедрамікробіології і вірусології

Реферат

В«Мутаціявірусів, характеристика мутагенів В»

Орел -2008

План

Введення

Мутація у вірусів

Частота мутацій і механізми їх виникнення

Модифікації, що викликаються господарем

Мінливість вірусів при пасажах

Мінливість вірусів при пасажах на тварин

Мінливість вірусів при пасажах на курячих ембріонах

Мінливість вірусів при пасажах на культурі клітин

Мінливість вірусів, що виникає в процесі пасажів признижених і підвищених температурах

Хімічні мутагени

Фізичні мутагени

Висновок

Список літератури

Введення

Підвищення збереженості тапродуктивності сільськогосподарських тварин неможливо без подальшоговдосконалення ветеринарного обслуговування тваринництва. Серед ветеринарнихдисциплін важливе місце належить вірусології. Сучасний ветеринарний лікарповинен знати не тільки клініко - патологічну сторону хвороби, але і матичітке уявлення про віруси, їх властивості, методи лабораторної діагностикиі особливостях постинфекционного і поствакцинального імунітету.

Віруси - облігатнівнутрішньоклітинні паразити тварин, рослин, комах, бактерій, грибів,найпростіших і інших живих істот.

Віруси змінюють свійвластивості як в природних умовах розмноження, так і в експерименті. Воснові спадкового зміна властивостей вірусів можуть лежати два процеси: 1)мутація, тобто зміна послідовності нуклеотидів у певній ділянцігеному вірусу, що веде до фенотипічно вираженого зміни властивості; 2)рекомбінація, тобто обмін генетичним матеріалом між двома близькими, алевідмінними за спадковим властивостям вірусами.

Мутація у вірусів

Мутація - мінливість,пов'язана зі зміною самих генів. Вона може мати переривчастий, стрибкоподібнехарактер і призводити до стійких зміною спадкових властивостей вірусів. Всімутації вірусів поділяються на дві групи:

В·спонтанні;

В·індуковані;

По протяжності їх ділятьна точкові і абераційні (зміни, що зачіпають значну ділянкугеному). Точкові мутації обумовлені заміною одного нуклеотиду (дляРНК-вірусів). Такі мутації можуть іноді ревертіровать звідновленням початкової структури генома.

Однак мутаційнізміни здатні захоплювати і більш великі ділянки молекул нуклеїновихкислот, тобто кілька нуклеотидів. У цьому випадку теж можуть відбуватисявипадання, вставки і переміщення (транслокація) цілих ділянок і навітьповороти ділянок на 180 В° (так звані інверсії), зміщення рамкизчитування - більш великі перебудови в структурі нуклеїнових кислот, аотже, і порушення генетичної інформації.

Але не завжди точковімутації приводять до зміни фенотипу. Є ряд причин, в силу яких такімутації можуть не проявлятися. Одна з них - вирожденність генетичного коду.Код білкового синтезу вироджений, тобто деякі амінокислоти можуть кодуватисядекількома триплет (кодон). Наприклад, амінокислота лейцин можекодуватися шістьма триплетами. Ось чому, якщо в молекулі РНК внаслідокякихось впливів відбулася заміна триплету ЦУУ на ЦУЦ, ЦУА на Цуг, то вмолекулі синтезованого білка все одно включиться амінокислота лейцин. Томуні структура білка, ні його біологічні властивості не порушаться.

Природа користуєтьсясвоєрідною мовою синонімів і, замінюючи один кодон іншим, вкладає в ниходне і теж поняття (амінокислоту), зберігаючи, таким чином, в синтезованогобілку його природну структуру і функцію.

Інша справа, колиякась амінокислота кодується всього одним триплетом, наприклад, синтезтриптофану кодується тільки одним триплетом УГГ і заміни, тобто синоніма, немається. У цьому випадку в білок включається якась інша амінокислота, щоможе призвести до появи мутантного ознаки.

Аберація у фаговобумовлена ​​делеціями (випаданням) різного числа нуклеотидів, від однієї паридо послідовності, яка обумовлює одну або кілька функцій вірусу.Як спонтанні, так і індуковані мутації ділять також на прямі і зворотні.

Мутації можуть матирізні наслідки. В одних випадках вони ведуть до зміни фенотипічнихпроявів в нормальних умовах. Наприклад, збільшується або зменшуєтьсярозмір бляшок під агарових покриттям; збільшується або послаблюєтьсянейровірулентность для певного виду тварин; вірус стає більшчутливим до дії хіміотерапевтичного агента і т. п.

В інших випадків мутаціяє летальною, тому що внаслідок її порушується синтез або функціяжиттєво важливого вірус-специфічних білків, наприклад вірусної полімерази.

У деяких випадкахмутації є умовно летальними, так як вірусспеціфіческой білок зберігаєсвої функції у визначених для нього умовах і втрачає цю здатність уНе дозволяється (неперміссівних) умовах. Типовим прикладом таких мутаційє температурно-чутливі - ts-мутації, при яких вірус втрачає здатність розмножуватисяпри підвищених температурах (39 - 42 В° С), зберігаючи цю здатність при звичайнихтемпературах вирощування (36 - 37 В° С).

Морфологічні абоструктурні мутації можуть стосуватися розміру віріона, первинної структуривірусних білків, зміни генів, що детермінують ранні та пізнівірусспеціфіческой ферменти, що забезпечують репродукцію вірусу.

За своїм механізмоммутації можуть бути теж різними. В одних випадках відбувається делеції, тобто випаданняодного або декількох нуклеотидів, в інших - відбувається вбудовування одного абодекількох нуклеотидів, а в деяких випадках - заміна одного нуклеотидуіншим. [1]

Мутації можуть бутипрямими і зворотними. Прямі мутації змінюють фенотип, а зворотні (реверсії) - йоговідновлюють. Можливі справжні реверсії, коли зворотна мутація відбуваєтьсяразом первинного ушкодження, і псевдореверсіі, якщо мутація відбувається віншій ділянці дефектного гена (інтрагенная супресія мутації) або в іншомугені (екстрагенная супресія мутації). Реверсія не є рідкісною подією,так як ревертанти зазвичай більш пристосовані до даної клітинної системі.Тому при отриманні мутантів із заданими властивостями, наприклад вакциннихштамів, доводиться рахуватися з можливою їх реверсією до дикого типу.

Віруси відрізняються відрешти представників живого світу не тільки своїми малими розмірами,виборчою здатністю розмножуватися в живих клітинах, особливостями будовиспадкової речовини, але і значною мінливістю. Зміни можутьстосуватися величини, форми, патогенності, антигенної структури, тканинноготропізму, стійкості до фізико - хімічних впливів і інших властивостейвірусів. Значення причин, механізмів і характеру зміни має великезначення при одержанні необхідних вакцинних штамів вірусів, а також длярозробки ефективних заходів боротьби з вірусними епізоотіями, в процесі яких,як відомо, властивості вірусів можуть істотно змінять однією з причинпорівняно високу здатність вірусів змінювати свої властивості є те,що спадкове речовина цих мікроорганізмів менш захищене від впливузовнішнього середовища.

Мутація вірусів можевиникати в результаті хімічних змін цистрон або порушенняпослідовності їх розташування в структурі молекули вірусної нуклеїновоїкислоти.

В залежності від умоврозрізняють природну мінливість вірусів, спостережувану в звичайних умовахрозмноження, і штучну, одержувану в процесі численних спеціальнихпасажів або шляхом впливу на віруси особливих фізичних чи хімічнихфакторів (мутагенів). [2]

У природних умовахмінливість проявляється не у всіх вірусів однаково. Найбільш яскраво цейознака виражений у вірусу грипу. Значною мінливості схильний вірусящера. Про це свідчить наявність великої кількості варіантів у різнихтипів цих вірусів, і суттєві зміни його антигенних властивостей в кінцімайже кожної епізоотії.

Частота мутацій імеханізми їх виникнення

... Мутації бактеріофагіввивчалися дуже інтенсивно не тільки з метою генетичного аналізу, але і дляодержання інформації про властивості самих фагів. Частота появи тих чи іншихмутантів в фагів потомстві варіює в досить широких межах: наприклад,деякі мутанти утворюються з частотою не вище 10, тоді як інші виникаютьз частотою 10 і вище. Несприятливий ефект високої частоти мутацій зазвичайкомпенсується дією відбору. Наприклад, мутант фага може бути витісненийдиким типом, який дає більший вихід фага.

Висока частотавспонтанного виникнення зазвичай характерна для таких мутацій, які можутьвідбуватися у багатьох сайтах одного локусу. У тих випадках, коли нормальнийознака відповідає функціональній формі гена, а мутантний з'являється врезультаті якогось зміни в будь-якій точці даного локусу, частота прямихмутацій буде вище, ніж частота зворотних, так як зворотні мутацій повинніприводити до відновлення нормального стану. Іноді ревертанти виявляютьсянасправді псевдоревертантамі: це відбувається або в результаті змін вякому іншому гені (супресорние мутації), або внаслідок змін у томуж гені, які обумовлюють іншу, але також активну форму продукту.

У зрілих фагових частокчастота вспонтанних мутацій дуже низька, але їх можна ідуціровать, впливаючиякими мутагенними факторами, наприклад рентгенівськими абоультрафіолетовими променями, азотистої кислотою, гідроксиламіном або алкилирующимиагентами. Азотиста кислота дезамінується підстави нуклеотидів, аетілметілсульфонат їх етілірует. Гідроксиламін перетворює щітозін в урацил. Призароженіі модифікованими фагами внаслідок помилок, що відбуваються приреплікації хімічно зміненою нуклеїнової кислоти, виникають мутації, іпотомство фага, що вивільняється з однієї бактерії, содеожіт як нормальні,так і мутантні частки. Однак, як і слід очікувати при обробці мутагеномфага, що містить одноланцюжкові ДНК, утворюється чистий клон мутанта.

Вивчення мутаційногопроцесу, що відбувається під час розмноження фага, має велике прямевідношення до аналізу розвитку фага. Спочатку розглянемо спонтанний мутаційнийпроцес. У бактеріальній клітині, в якій сталася мутащія фага, утворюєтьсяяк нормальний, так і мутантний фаг. Число мутантних фагових часток,містяться в популяції фага, що виходить з даної одиничної бактеріальноїклітини, очевидно, визначається характером репродукщіі фага, бо нові гениможуть утворитися лише шляхом реплікації предсуществовавшіх. Якщо ймовірністьданої мутації при кожній реплікації однакова, то число виниклих мутантівзалежить від механізму реплікації. Наприклад, якщо кожна нова копія генаутворюється незалежно від інших, то розподіл мутантних копій впотомстві фага з різних інфікованих бактерій буде випадковим. Якщо ж,навпаки, кожна з утворюються копій буде в свою чергу репродукуватися,то мутантні копії будуть зустрічатися групами, або клонами, що складаються змутантних В«сибсовВ».

Для перевірки цихпропозицій були проведені експерименти. Бактеріальні клітини заражали фагом Т2і підраховували бляшки, утворені мутантними частинками, - r-мутанти (викликають швидкий лізис).Потім знаходили розподіл за частотою клонів, що містять 1, 2, 3,. . .5, ...мутантів, і порівнювали знайдене розподіл з розрахованим, яке булозасноване на допущенні, що відтворення фагових генів - експонентнийпроцес, що складається з послідовних дуплікаций, а ймовірність мутірованіягена при кожній реплікації - величина постійна. Якщо ці припущеннясправедливі, то слід очікувати, що частота y, з якою утворюються клони, що містять

х (= 2) мутантів, буденаступною:

де m - ймовірність мутації, N - кінцеве число копій гена, а n - число генерацій фагових генів, отриманихв даному досвіді. Оскільки на практиці геноми фага реплікуються несинхронно,зручніше аналізувати розподіл мутантів, виходячи з частоти Yx освіти клонів, що містять x або більше мутантів:

Розподіл, отриманев експерименті дуже добре збігається з теоретичним, особливо якщо враховувативплив, який чинить на результати досвіду обмежена величина кожноговиходу фага - збірки зрілих фагових часток з фонду реплікується елементів. ЗОтримані дані свідчать, що реплікація генів фага - експонентнийпроцес, аналогічний розмноженню будь-якого організму, яке відбувається шляхомповторних поділів. Звичайно, ця аналогія носить чисто формальний характер іє просто наслідком підлозі консервативного механізму реплікації фаговоїДНК, тобто результатом освіти з кожної дволанцюжкові молекули ДНК двохнових дволанцюжкових молекул. [3]

Цікава ситуація булавиявлена ​​при аналізі розподілу мутантів, що утворилися в результатіобробки фага Т4 мутагеном етілметілсульфонатом. Виявилося, що клони з 1, 2,4, 8 мутантами зустрічалися приблизно з однаковою частотою. Відомо, щодія цього мутагену на фагової ДНК складається в етилування гуаніну. Томуотримані дані були інтерпретовані в тому сенсі, що для кожногоетілгуаніна, що входить до складу ДНК, існує деяка постійнаймовірність заміни на неправильне підставу. Отже, якась мутаціяможе виникнути з рівною ймовірністю в будь генерації фага і всі копії,утворюються після цієї події, будуть мутантами. Результати цього досвідупоказали, що ланцюга ДНК вихідних частинок фага Т4 неодноразово копіювалися всерединіоднієї зараженої бактеріальної клітини.

Модифікації,викликаються господарем

На додаток до мутаційбактеріофаги піддаються негенетичні змінам, в яких основна рольналежить клітини-господаря. Це явище отримало назву модифікацій,викликаються господарем (Luria,Human, 1952; Arber, 1965, 1974). Важливість цих модифікацій длямолекулярної біології полягає в тому, що вони продемонстрували здатністьвнутрішньоклітинного середовища викликати такі зміни в хімічному будовугенетичного матеріалу, за допомогою яких можна ідентифікувати клітиннілінії, які синтезують ДНК. Подібні явища були вперше відкриті на фагової ДНК,однак вони вірні і для будь ДНК бактеріальної клітини. Є також спостереження,згідно з якими цей феномен справедливий і для еукаріотичних клітин. В особливихвипадках можуть виникнути більш складні ситуації. Двостороннє обмеження фагадвома господарями іноді спостерігається, але воно не є обов'язковим.

Фаг, який відкидаєтьсяклітинами, здатний адсорбуватися на них і ін'єктувати свою ДНК. Однак частинаостанньої швидко руйнується і реплікації не відбувається. Деградація ДНКобумовлена ​​специфічними ендонуклеазами (рестріктази, або R-Нуклеази), які здатні впізнаватиособливі ділянки ДНК і розщеплювати їх, якщо вони не були модифіковані підвпливом М-ферментів. Після цього відбувається розщеплення ДНК екзонуклеазамі доокремих нуклеотидів. Бактеріальний штам може мати одну або декілька R-нуклеаз і одночасно М-ферменти,які оберігають власну ДНК клітини. Запропоновано зручна номенклатурацих ферментів. Згідно ряду даних, ділянки пізнавання R-нуклеаз не завжди збігаються зділянками розщеплення ДНК; можливо, фермент здатний мігрувати уздовж ланцюга,перш ніж він знайде ділянку, де ДНК піддасться розщепленню. Модифікаціїзазвичай полягають у метилюванні аденіну або цитозину в специфічнихділянках ДНК. Донором метильних груп при цьому служить S-аденозілметіонін. Ділянки, які здатні розпізнаватися R-і М-ферментами, часто єпаліндромів:

5 ... pGpTpPupPypApCp ... 3

3 ... pCpApPypPupTpGp ... 5

де Pu і Py позначають відповідно пуринів і піримідинів. Метилуваннянавіть одного ланцюга цілком достатньо для захисту послідовностей від діїрестріктази. М-і R-активностівходять до складу ферментного комплексу, побудованого з декількох субодиниць.Останні кодуються системою з трьох генів. Одна з субодиниць відповідальна зарозпізнавання нуклеотидної послідовності.

Функціональна рольмодифікацій, що викликаються господарем, неясна. Вони здатні захистити даний штамбактерій від масивного руйнування фагами, зростаючими на різних бактеріях. Вбільш загальному вигляді роль модифікацій можна визначити як захист від потрапляннянеприйнятною чужорідної ДНК в бактеріальну клітину і подальшого їїВ«ПриживленняВ». Бактерія А, яка від...кидає фаг, що розмножується на штамі В,відкидає також і ДНК бактерії В, якщо її вводити за допомогою кон'югації аботрансдукції.

Мінливість вірусівпри пасажах

Мінливістьвірусів при пасажах на тварин.

Основоположником цьогометоду зміни спадковості вірусів був Пастер (1882 рік), впершеотримав живу антирабічною вакцину шляхом серійних пасажів через мозоккроля дикого (вірулентного) штаму вірусу сказу. Було продемонстровано,що мінливість вірулентності вірусу в процесі пасажів відбувається не відразу,а поетапно, шляхом послідовних спадкоємних змін. Так, при внутрішньомозковомузараженні кролика культурою вірусу десятого пасажу інкубаційний періодлюдини.

В процесівакцини.

вірусів.

вірусів.

Післямавп.

температурах.

властивостей.штами.На підставі проведенихЗниженнявірусу.

1)

2)

В той же

нм.

го енцефаломієліту,володіє стабільним S-фенотипомв культурі клітин ФКЕ. Встановлена ​​принципова можливість отримання мутаційпри впливі УФ-променів на репродукується вірус і його нуклеїнову кислоту,в якій відбуваються структурні порушення РНК: компонент її - урацил -утворює діаметр і гідрати.

Висновок

Не всі мутації,утворюються під впливом мутагенів, однаково стабільні. Мутанти, отриманіпри дії підвищеної температури, кислого середовища, ультрафіолетових променів іультразвукових хвиль, давали близько 20% реверс, при впливі профлавіна всімутанти виявилися повністю стабільними. Ці відмінності в стабільності пов'язані знеоднаковим молекулярним механізмом дії використаних мутагенів.Підвищена температура, кисле середовище, ультрафіолетові промені викликають головнимчином локальні зміни вірусної нуклеїнової кислоти, що ведуть до заміни окремихпідстав. При мутагенну дію профламіна, а також частково азотистоїкислоти причиною мутацій є випадання або вставки підстав. Приотриманні вакцинних вірусних штамів шляхом впливу на вірус мутагенамидоцільно використовувати мутагени, що викликають більш глибокі змінигенетичного коду - типу випадінь або вставок, так як такі мутанти володіютьстабільністю спадкових властивостей.

Еволюція вірусів вприроді йде в різних напрямках, тобто зміна патогенності вірусу,спектра патогенності, антигенні, імуногенні властивості вірусів і т. д.Еволюція різних видів має свої особливості. Одне з важливих змін, цезміна кола господарів, пристосування до бактеріям, грибам, комахам,рослинам.

Список літератури:

1.Сюрін В. Н.Ветеринарна вірусологія. - 2-ге вид., Перероб. і доп. - М.: Агропромиздат,1991. 431 з., З іл.

2.Горьскій Б. В. Іін Основи загальної ветеринарної вірусології. 2-е изд., М., В«КолосВ», 1978., 192с., з іл.

3.Гендон Ю. З.Загальна і приватна вірусологія. - М.: Мир, 1981. - 680 с., З іл.

4.Земсков М. В. Іін Основи загальної мікробіології, вірусології та імунології. - 2-ге вид., Испр. ідоп. М., В«КолосВ», 1977., 312 с., З іл.

5.Під редакцієюСюрін В. Н. Керівництво по ветеринарної вірусології. - М., В«КолосВ», 1966.,686с.